基于小世界现象的学科信息门户链接设计优化策略
基于小世界现象的学科信息门户链接设计优化策略
肖雪
2012-9-25 9:14:40 来源：《情报杂志》(西安)2011年10期
【英文标题】Design Optimization Strategies of the Hyperlink of Subject Information Gateways Based on Small-world Phenomenon
【作者简介】肖雪(1979-)，女，讲师，研究方向：信息服务与用户研究，南开大学商学院信息资源管理系，天津300071
【内容提要】从平均最短路径、集团系数、对数路径和中心节点描述了小世界网络的特性和模型，从知识组织和用户行为的角度指出学科信息网络具有更为明显的小世界现象。采用小世界度量指标对CSDL4个学科信息门户进行分析，发现网络链接存在的问题。据此提出学科信息门户链接设计的优化策略：采用知识链接技术发展多重链接、基于凝聚子群分析和语义网确定链接集合边界、基于数据挖掘和知识地图技术寻找捷径、运用信息计量和社会网络分析方法识别中心节点。
This paper describes the mode of small-world network from characteristic path length, clustering coefficient, short cut and central node. And it further points out the small-world phenomenon also exists in subject based information gateways
from perspective of knowledge organization and user behavior. Using factors of social network analysis, the hyperlinks in four subject based information gateways of CSDL are analyzed and problems are found. Then the paper proposes optimized strategies for hyperlink design, including developing multiple links, determining link set boundaries based on cohesive subgroup and semantic web analysis, seeking shortcut with the help of data mining and knowledge map, identifying central node using informetrics and social network analysis method.
【关键词】小世界现象/学科信息门户/网络链接/社会网络分析/知识链接Small-world phenomenon/Subject based information gateways/Network hyperlink/Social network analysis/Knowledge linkage
0、引言
1967年，美国社会心理学家Milgram通过著名的发信试验，发现任意两个人之间最多通过6个人就能取得联系，由此提出了“六
度分离”理论。1970年White运用模型，提出了一个修正估计值——约为7个中间人[1]。尽管对于六度分离的确切数值存在分歧，但与总人口的数量级相比，无论哪一个数值都是非常小的，这就从科学的角度表明世界虽大，但也很小，“小世界现象”由此得名。2002年哥伦比亚大学社会学系Watts和Strogatz通过电子邮件在全球范围开展了一个“小世界研究计划”，再次重复Milgram的试验，结果表明邮件平均经过5步～7步传递到目标接收者[2]，再次验证了人际网络中小世界现象的存在，也使“小世界现象”这一术语广为学术界所接受。此外，研究者们还发现在生物细胞网、脑神经网、电力网、航线网络、互联网等多个领域中链条距离长度各有不同，但基本都表现为一个很小的常数，表明小世界现象对于刻画真实世界十分奏效。根据“大世界悖理”，世界尽管很大，总是可以缩成“小世界”，而“小世界”则能保障信息交流扩大进行[3]，因而小世界原理为实现从大世界到小世界的渡越、从无序繁衍走向有序控制提供了明晰的思路。
1、小世界现象的原理概述
任何网络都可以抽象为多个节点(代表网络中的个体)和各点之间的连线(代表个体之间的联系)构成的集合，存在小世界现象的网络也不例外。因此，探究小世界原理首先就要构建具有普适性的小世界网络模型，复杂网络和图论对此提供了很好的分析思路。研究者最早将小世界网络解释为规则网络，即网络中每个节点(共有N个节点)都遵循既定的规则，只和该节点最邻接的K个节点建立连接(见图1的左图)；与规则网络相反的是随机网络，即网络中节点之间的连接是完全无规则的，每个节点都有同等的机会和其它节点建立连
接，不存在高度连通节点和集聚情况(见图1的右图)，这两种情形都与实际不相符。Watts和Strogatz将规则网络上的每一条边按一定的概率p(p≈0.1)进行重定向，增加与其他节点之间的连接，同时保证没有重复的边和自连接的边，这时就会出现少量的快捷连接，它们会伸展到较远的节点，但由于p很小，网络模型总体仍大致维持规则结构(见图1的中图)，也就是说小世界网络是具有一定随机性的一维规则网络[4-5]，这就是著名的W-S小世界网络模型。
图1规则网络、W-S小世界网络和随机网络的简化模型
资料来源：Watts Duncan J, Strogatz Steven H. Collective dynamics of “small-world”networks[J].Nature, 1998,393：440-442图中显示了通过调节p值进行重定向,实现的从规则网络到小世界网络再到随即网络的转化,图中N=20,K=4。
W-S小世界模型中涉及四个重要特性，即特征路径长度(Characteristic path length L)、集聚程度(Clustering coefficient C)、捷径(Short cut)和中心节点(Central node)，这成为深入理解小世界现象形成机制的切入点。各类网络中的节点数量和位置在建立连接之前都是不确定的，因此难以形成纯粹的随机网络，但节点之间也存在随机的连接，它会有助于产生捷径。另一方面，虽然连接难以受制于某一具体规则，但节点总是围绕某一主题建立相关关系，从而会出现网络中与某个节点相连的节点间又存在彼此相连的现象，表现出很高的集团化聚类效应[6]。这一效应不仅为其中的各节点提供连接通道，也成为限制网络增长的重要力量，使得网络中所有节点对的平均路径长度L随着网络大小N呈对数增长(L值较小)。此外，节点的连接常常受到优先连接机制和马太效应的影响[7]。即网络中越是有很多连接的节点越能获得更多的连接，连接数量的累积使得整个网络并不均匀，产生出少量拥有较多连接的中心节点以及一些联系更加紧密的子团体即凝聚子群，中心节点的存在为网络中任意两个节点创造了联系途径，有利于降低网络的特征路径长度。总之，小世界现象的形成展现了网络内部结构和关联关系的建构原理，它与多种网络机制的合力作用息息相关，也会对网络内外的个体产生影响。
2、学科信息门户的小世界现象分析
学科信息门户(Subject Based Information Gateways，简称SBIGs)通过对某一学科领域的资源进行收集、分析、鉴别、标引和组织，实现学科网络资源内容的高度组织集成，为用户提供访问某一学科资源与服务的单一入口和统一协作的学术交流环境[8]。作为互联网的一部分，它自然具有了小世界特征，不仅如此，由于学科知识网络、用户信息行为及自身建设的一些特点，学科信息门户的小世界现象表现更为明显。
首先，学科知识网络中存在小世界现象。数学界的“艾尔德数”最早反映了数学领域合作网络的小世界现象，此后多项研究表明，在生物医学、计算机科学、物理学、生物学、图书情报与文献学等领域的研究者合作网络中也都存在小世界现象[9-10]。文本层面的小世界现象也有发现，石晶等人证明了由文本形成的词汇共现图呈现短路径、高聚集度的特性[11]。从专类网站的链接分析来看，Lada Adamic分别分析了64 826个web网站和11 000个.edu网站，发现两者的集聚程度分别为0.081和0.156，特征路径长度分别为4.228和4.062[12]，说明后者具有更高的集聚程度和更短的特征路径长度，这与后者主题集中性更强有关。当然，由于同一学科的地区发展差异以及不同学科的发展差异，小世界现象也存在差异，如同是“艾尔德数”，欧美作者就比亚非等地作者的数值普遍偏小。
其次，从用户信息行为方面来看，也显示出可获取信息很多，但实际获取信息有限的小世界现象。从获取数量上看，Spink在
1997-2002年对Excite搜索引擎的Web日志统计发现，大多数用户只查看返回结果的前十条，每页10个记录的话，平均查看结果的数量是2.35页[13]。从获取过程来看，用户当超出了一定页数仍对结果不满意，则选择其他方式途径或放弃。即使是较令人满意的检索，也常表现出“适可而止”的行为，通常不甚追求结果的“全面无遗漏”[14]。这就意味着个体用户会在自身可承受的知识负荷与信息获取成本的前提下，主动的在小范围内获取信息，因而用户信息获取的集聚程度很高。另外，论文引用体现着用户对信息的主动利用，研究发现其中同样存在着小世界现象[15]。
第三，学科信息门户的建设特点有利于形成小世界现象。从资源选择的角度来看，学科信息门户中的资源都是围绕某一学科主题进行集中的，相互之间具有天然的关联性，被链接的信息之间往往又互相链接；从信息组织的角度来看，分类法和主题法提供了学科知识之间有序和多重链接的基础；从用户角度来看，学科信息门户主要针对专业用户，他们希望在信息门户中获得一站式的信息服务，因此建立多个信息点之间的链接必不可少；从技术的角度来看，超链接技术既实现了信息集成和有序组织的功能，也定义了超文本的非线性结构，可以快速实现不同网页和信息点之间的切换，提供信息获取的捷径。
综上所述，学科信息门户的小世界现象实质是学科信息、用户需求和知识组织共同作用的结果，超链接则是重要的实现手段。链接具有数量、结构、集聚度、距离、可达性等多维属性，考察链接状况可以获取整体网络的发展状况。
3、学科信息门户的链接现状分析
我国的学科信息门户建设大约始于1999年上海图书馆的“数字图书馆资源总汇表”和2000年CALLS组织的学科导航库[16]。目前已有国家科学数字图书馆(CSDL)、中国科技图书文献中心(NSTL)、中国林业科学研究院、武汉大学、武汉理工大学等多个主体参与，建设的学科信息门户涉及生命科学、化学、数学物理、资源环境、图书情报、林业、交通运通等多个领域。其中，CSDL自2001年启动以来先后建立了5个学科信息门户，建设比较规范，在国内学科信息门户中具有很强的代表性。因此，本文重点对这5个网站的链接情况进行调查分析。运用链接获取工具SocSciBot 3分别爬取5个网站，但因生命科学学科信息门户无法爬取，最终仅获得了4个学科信息门户的链接数据。随后，采用社会网络分析工具Pajek和Ucinet 6进行测量，内容包括网络密度、节点数量、链接数量、网络集聚度、特征路径长度等小世界度量常用指标(见表1)。
分析发现，这4个学科信息门户的节点数量和链接数量都较多，说明门户纳入的资源数量较多，学科资源较丰富。网络的特征路径长度都是较小的常数，说明门户确实存在小世界现象。但网络中链接的关联性并不乐观。网络集聚度的数值位于0和1之间，值越大说明节点之间越紧密，Ucinet提供了两种集聚度[17]：一种是基于局部密度的集聚度，有3个门户的数值都偏小，说明网络链接结构是较疏松的；另一种是基于传递性的加权集聚度，发现在第一种计算中值较大的图书情报学科信息门户此时也变得非常小，说明它虽然局部密度高，但可传递性差。可达网络密度等于关联度，各个点之间越相关，密度就越大，可以看出这一数值也是非常之小的，
与之相对的是在网站中还存在大量不能互相抵达的节点对，其数量级甚至到亿。不可达节点对的存在有一定的合理性，但如此巨大的数量说明信息门户在关联链接和深层链接上的表现较弱。
点度中心度反映了一个节点与其他节点的直接联系，各门户网站的点入度和出度均值相同，但从标准偏差来看情况并不相同，出度的标准偏差值较小，说明点出度差异较小，而入度的标准偏差值较大，说明各节点的入度差异明显。从详细列表中能发现更多问题。在点入度列表中发现网站首页入度很高，这符合网站一般情形，但多数网页的入度很低，说明指向各节点的链接少，如果一旦去掉进入链接，那么多数页面就无法获取。
从网的中心势来看，数值在0到1之间，环形网络的中心势为0，星形网络的中心势为1[18]。4个门户的网的出度中心势普遍较小，比较接近0，表明网络的出链呈现出环形结构，化学学科信息门户尤其明显；图的入度中心势则表现不一，图书情报学科信息门户几乎为1，这意味着网络的入链近乎星状结构，网络结构脆弱，一旦去除入度大的节点如首页，那么多数链接都将失效；同时也说明除了中心节点外其他节点之间的横向联系非常薄弱，可以看出节点最远距离(20)与特征路径长度(5.89465)相比差异较大，而且这两个数值也比其他门户的相应数值大。
总之，学科信息门户通过将链接建立在对主题的属、分、参等多重关系描述和对分类全面标引的基础上，实现资源节点的横向联系，展现出基本的小世界特性。但分类法和主题法拘泥于传统等级列举式体系结构，体现的主要是一种显化的联系，也导致出现链接深度不足、链接关系不够紧密、节点对链接可达性低、节点的多重链接不充分等问题。
4、学科信息门户链接设计的优化策略
小世界现象为学科信息的链接建设提供了启示：其一，小世界就是一个关联之网，因此要充分发掘知识节点的关联，在知识概念层次增加链接数最；其二，个体用户仅追求知识的小范围扩展，进行信息推送和检索服务时就需要控制链接规模，寻找链接集合边界；
其三，小世界现象说明总体的重大变化可能来自局部微小的网络变动(捷径)，因此要考虑对学科信息的内部关联进行深入挖掘以发现和利用捷径；其四，中心节点的作用值得重视，要探索发现的方式。综合考虑这些启示以及学科信息门户的现存问题，笔者提出以下优化策略。
4.1采用知识链接技术发展多重链接目前学科信息门户的链接对象主要是网站，而对网页内容以及网站内的单项服务很少建立链接，这就导致链接的深度、数量有限，配置也主要拘泥于本地信息。知识链接技术的应用可以实施在三方面，一是对知识体的本质属性和附加属性、横向和纵向关联、同质网络和异质网络进行多维识别，设定知识之间的多重关联，在知识交汇节点处建立多个链接点，增加学科门户的交叉链接数量[19]；二是增加知识链接对象的颗粒度和表现形式，深入到被链接网站的网页及服务模块层面进行重点索引，在被链接网站的资源描述页面中增加热词标引，使知识链接更为自由和开放；三是基于开放链接标准OpenURL提供用户可以获得的扩展链接服务，即信息门户不仅列举和描述每一种资源，而且分析用户可以访问的资源体，如介绍某一学科数据库时自动分析用户网络环境中能否访问该数据库，可以的话就直接提供链接。
4.2基于凝聚子群分析确定链接集合边界凝聚子群在学科信息门户中就表现为由链接关系密切的知识节点构成的小群体，我们可以通过建立凝聚子群来确立链接的集合边界，控制用户使用时的链接延展范围。有两种凝聚子群的建立方法可供参考，一是建立在子群成员之间的可达性基础上的凝聚子群n-派系，它考虑的是点与点之间的距离，可以设定一个临界值n作为节点链接距离的最大值，
n越大，对派系成员限制的标准就越松散。二是建立在点度数基础上的凝聚子群k-核，它指的是一个网络中所有节点的一个子集，该子集中的每个节点至少与k个节点相连[20]。k值不同，得到的k核也不同，运用k-核试探法将可以发现有意义的凝聚子群。建立任一类型的凝聚子群都需要设定数值，数值的合理设置需要全面考虑知识节点的关系。在传统信息组织方法基础上运用本体论，从语义层次对领域内的概念和概念关系进行细致深入、明确规范的表达，形成稳定的知识节点集合。引入web2.0和自动标引技术增添动态知识节点，经过多次检验后可纳入已有的节点集合中，形成可持续增长的语义网络，在对其结构分析的基础上设置凝聚子群的数值，就能迅速提取出有价值的链接集合。
4.3基于数据挖掘和知识地图技术寻找捷径捷径在相距较远的节点之间发挥了重要的沟通作用，但如何发现捷径却比较困难，因此有必要探讨如何在公开的信息中发现信息之间的深度联系。数据挖掘通过对大量的模糊的信息数据进行关联分析，能够提取出隐含的但又潜在有用的知识关联模式，对于寻找捷径是一种非常适用的技术方法。数据挖掘的关联分析涉及多种算法和规则，其中，隐性关联知识发现规则的适用性更强。它通过共词分析法寻找频繁在一起出现的两个或多个主题词/副主题词组合，不仅可以复现学科知识中被主观弱化的知识联系，而且可以发现不同学科领域间尚未被发现的关联[21-22]。对于前者我们可以增加对应链接，后者就可以被作为捷径用于改善网络链接。知识地图是组织中相关知识及其关系的图示，通过抽象化的编码语言来展开知识脉络，可以将毗邻的知识单元联系起来进行知识关系的双向描述。运用知识地图既能表达显性的知识联系，也能推理出潜在的知识联系，对于探索学科信息门户的捷径同样可以发挥作用。
4.4运用信息计量和社会网络分析方法识别中心节点信息计量学中的布拉德福定律、洛特卡定律和齐普夫定律分别从文献分布、著者分布和词汇分布三个角度指出少数文献、著者和词汇构成了学科领域的核心，它们在学科信息网络中容易形成为中心节点。这三大原理推导中采取的方法都可以用来识别中心节点，更方便的方式是词频统计分析法和引文分析法。对具有实指意义的词汇进行切分和词频统计，拥有高词频密度和向心力的词汇可作为中心节点予以关注；运用引文分析法可以揭示学科领域内的核心信息源、著者和机构，也可以看作是中心节点运用到链接设计中。但要注意的是，这两种方法在进行计算时，将所有节点视为均等，不考虑关联节点的性质和重要程度，有可能带来误判，实际操作时可以考虑为链接赋予不同的权重，通过迭代计算，最终发掘中心节点。
社会网络分析方法用“点的中心度”作为评估节点在网络中的中心程度的指标，有三种中心度：节点的“中心入度”是指该节点的入链数量，节点的“中心出度”是指节点的出链数量，节点的“中心均衡度”是指节点的入链与出链总数。通过对这三种中心度进行计算和排序就可以寻找出中心节点[23]，同时还可以绘制网络可视化图直接找出这些关键节点。在识别的基础上，可对中心节点的科学性进行考察和调整，从而改善学科信息门户的链接质量。
5、结束语
小世界现象较好地描述了学科信息门户的链接特性，也为优化门户的链接设计提供了启示。运用社会网络分析工具，文中对CSDL 的学科信息门户的链接情况进行了数据分析，证实了小世界现象的存在，也发现一些问题。这些问题表现为链接关联和分派的不足，实质则反映出传统信息组织方法的不足。结合信息组织和小世界特性优化链接设计是可行的，本文对此提出了一些策略性的指导，但更有意义的还是深入探讨不同学科以及同一学科链接网络的小世界现象差异，提出更具操作性的实施方式以及实践案例，这都将是今后继续探索的方向。
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机械优化设计方法论文
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
机械优化设计——复合形方法及源程序
机械优化设计——复合形方法及源程序 (一) 题目：用复合形法求约束优化问题 ()()()2221645min -+-=x x x f ；0642 2211≤--=x x g ；01013≤-=x g 的最优解。 基本思路：在可行域中构造一个具有K 个顶点的初始复合形。对该复合形各顶点的目标函数值进行比较，找到目标函数值最大的顶点（即最坏点），然后按一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点，并用此点代替最坏点，构成新的复合形，复合形的形状每改变一次，就向最优点移动一步，直至逼近最优点。 (二) 复合形法的计算步骤 1）选择复合形的顶点数k ，一般取n k n 21≤≤+，在可行域内构成具有k 个顶点的初始复合形。 2）计算复合形个顶点的目标函数值，比较其大小，找出最好点x L 、最坏点x H 、及此坏点x G .. 3）计算除去最坏点x H 以外的（k-1）个顶点的中心x C 。判别x C 是否可行，若x C 为可行点，则转步骤4）；若x C 为非可行点，则重新确定设计变量的下限和上限值，即令C L x b x a ==,，然后转步骤1），重新构造初始复合形。 4）按式()H C C R x x x x -+=α计算反射点x Ｒ，必要时改变反射系数α的值，直至反射成功，即满足式()()()()H R R j x f x f m j x g
现代住宅小区园林景观设计规划问题及优化措施 魏明
现代住宅小区园林景观设计规划问题及优化措施魏明 发表时间：2018-12-17T16:50:04.323Z 来源：《基层建设》2018年第33期作者：魏明 [导读] 摘要：住宅小区在房屋创设方面，对于土壤会构成不良影响，使得建筑垃圾掩埋在建筑物体中，造成城市土壤贫瘠化的情况。 天津建华工程咨询管理公司天津市 300202 摘要：住宅小区在房屋创设方面，对于土壤会构成不良影响，使得建筑垃圾掩埋在建筑物体中，造成城市土壤贫瘠化的情况。为此，住宅小区应加强日常环境管理。园林景观设计规划，属于多维度空间设计，可保护自然环境，并重视空间的设计，所以能将自然和生活相融合。为构建良好的现代住宅小区园林景观，需结合居民的实际需求，充分发挥地形、地貌的优势，以此营造良好的生态居住环境。 关键词：现代住宅小区；园林景观；设计规划问题；优化措施 1现代住宅小区园林景观设计的优势分析 1.1在美化环境中的作用 现代住宅小区园林景观实际设计的过程中，可经空间进行分隔、利用，通过不同的角度、技术合理地设计规划，提高现代住宅小区居民的生活质量。以美观的角度来看，需合理采用现代化技术，达到园林景观的美观性，更好的突显住宅小区园林的美感，并提高住宅小区的整体效果。 1.2在营造舒适环境中的作用 现代住宅小区生活中，人们的生活水平不断提高，生活节奏加快、生活压力加大。为此，在对城市居住区进行设计和规划时，不但需结合人们的生活舒适环境需求设计，同时应合理创设休闲、轻松环境氛围，以此体现住宅小区园林设计的功能。让人们在工作之余、生活之余，感受小区景观带来的美感，促使居民在身心放松的状态下进行各项休闲活动，找到家的归属感。 2现代住宅小区景观设计规划中的不足 2.1现代住宅小区园林景观植物类型、设计模式不足 植物的类型较少，会导致住宅小区绿化效果比较乏味。园林景观植被设计的要求较多，其要求植物的层次丰富，需要≥3层植物合理搭配，主要设计的内容包括：灌木、乔木、地被花卉等。合理搭配不同类型的植物，可实现生态美观的效果。现代住宅小区园林景观设计上，多会使用灌木、乔木，而这种植被的形态设计的效果并不理想。同时，因为植物类型选择较少，会呈现出植被层次单一的视觉效果。越来越多的开发项目，均有着惊人的相似感，这与小区园林景观设计缺乏个性有关。为规避这一情况，就要求设计人员丰富自身知识，合理运用不同的设计理念、设计方法，使得园林景观的设计更具有个性化，突显小区独特的风格，促使住宅小区园林景观设计和自然变化相互协调。此外，设计人员需结合小区实际情况、地理位置、居民的需求等因素，合理设计出富有个性化的园林景观。 2.2现代住宅小区园林景观活动空间不足 住宅小区园林景观实际设计的过程中，因设计的方法比较传统，所以使得实际设计的户外活动空间较小。与此同时，受到活动空间的影响，使其不能参照整体空间发展需求加以合理规划，无法满足居民需求，无法结合各年龄人群特点，对小区活动空间实行设计。 2.3现代住宅小区景观、艺术融合的不足 现代住宅小区景观在设计的阶段，其对住宅小区人文景观、艺术性的创设方面存在一定的欠缺。所以，实际规划方面不能结合小区居民的实际需求，以及人们对艺术气息的要求进行设计。部分住宅小区园林景观设计时，一味追求水景设计，促使较大面积的景观均为水景，使得水资源产生浪费，还会增加水景的维护成本，导致园林景观设计不科学、不合理。为此，应结合实际居民的需求和活动要求，合理创设小区休闲、休闲的景观，以便满足不同年龄段居民的生活需要，如儿童、中青年、老年，进而营造健身、娱乐一体化的住宅小区生态环境。 2.4现代住宅小区景观设计材料问题 住宅小区园林景观的设计，应满足环保、节能的要求进行设计和规划。因此，住宅小区园林景观在实际设计规划时，应充分考虑到使用材料环保的问题。以往，园林设计的材料没有考虑到材料环保问题，整体设计比较稳重且单调。随着社会经济的良好发展，设计人员应合理使用现代施工材料，结合建筑风格、地理位置等，有效使用具有环保性能的材料，以便节约成本，维护园林工程经济效益。 3现代住宅小区园林景观设计规划的完善措施探究 3.1现代住宅小区园林景观多角度设计规划完善措施 为做好现代住宅小区园林景观的设计工作，应纵观全局进行设计和规划。实际设计规划前，结合小区居民的生活需求、环境需求、休闲需求等，合理设计小区园林景观，按照住宅小区园林景观具体的设计方案，做好空间的设计工作。 3.2现代住宅小区园林景观设计规划中合理利用光影作用 光影的合理搭配能够创设艺术的意境。为此，应合理搭配光影，充分发挥植物、灯光、日光、月光等作用，促使住宅小区景观更加有层次性。 3.3改进现代住宅小区园林景观设计规划空间层次的方法 楼顶、楼间的绿化工作，均存在密切的联系，现代住宅小区在园林景观设计的阶段，应结合小区具体情况、功能需求，合理创设小花园，以此促使居民和绿化相融合，使得居民能够感受到绿化带来的美好。现代住宅小区活动场所较多，主要体现为健身场地、休闲场地、广场等。这些景观的功能可通过不同理念、方法设计，进而满足小区居民的实际需求，为居民呈现出视觉的美观感，并满足居民交往、休闲的需求，确保设计规划的合理性，秉持以人为本的理念设计，促使居民能够认同，并有一定的归属感。 3.4现代住宅小区园林景观应坚持天人合一原则设计规划 住宅小区景观在实际设计的过程中，应满足人们的具体需求和要求。从自然环境保护出发，遵循可持续发展原则，以小区居民为中心进行合理的设计，从而确保景观设计的美观性、合理性、科学性。可在住宅小区园林景观设计中，合理设置水景、喷泉，在浅水池下铺设适量的鹅卵石，夏季可达到净化空气的效果，冬天可构成旱冰场，提高水景的使用性能。经人造水景的设计，让小区居民感受生态化环境，打破空间的局限。合理设计艺术文化和水体景观，以便更好地融合自然水景、人文景观，提高小区的整体艺术气息。结合小区地理环境，合理使用本土文化，融合地域文化和水体景观，充分发挥新型技术、材料的作用，将现代成果合理地应用于住宅小区水景的设计中。通过声音、光、微电脑控制技术，达到高科技控制效果，呈现出不同的水景效果，如水池、流水、喷泉等，经动静结合方式，提高水景的
初中物理教学设计方案初稿
初中物理教学设计方案(初稿) 在素质教育思想深入人心，整个社会普遍要求重视培养学生各种能力、创新精神和科学素养的今天，中学物理教师如果还像过去那样准备课堂教学，显然是不够的，是无法适应时代需要的。 一、教学设计的概念教学是一项按照明确的目的使学生学习和掌握基础知识、基本技能，培养学生的各种能力，并促进其身心健康发展的活动。“明确的目的” 可以是教育目的和教学目的，也可以是教学思想或者是教师的教学理念。不管是哪种目的，在教学活动开始前，教师必须要对整个活动有一个整体的计划，对师生双方的活动有全面的思考和细致的设计。1、设计 设计是指在一项活动或工作开展之前，根据一定的目的要求，事先对该活动或工作进行的一种计划或安排。因此，设计必然具有超前性、预演性、动态性等特点。 2、教学设计 教学设计(Instruction Design 简称ID) ，是20 世纪60 年代末至70 年代初在美国教育技术领域发展起来的一种教学系统方法，既是教育技术学领域中很重要的一个分支，又是教学科学领域中的重要组成部分。教学设计最早萌芽于第二次世界大战美国军队和工业化培训领域，直到20 世纪60 年代才逐渐被引入到学校教育中。目前，教学设计在许多领域都都有广泛的应用，大体可以分为宏观和微观两个层次。从宏观角度看，教学设计的原理和方法可应用于全民社会教育、继续教育、工农业、金融等各行业、各部门
的职业教育和培训领域中，以及一门新专业的课程设置及教学计划，甚至对一个学校的教学系统重新设置，开展全面的教学改革。微观的教学设计是对一门具体的课、一个教学单元的设计，是各级各类教学机构提高教育质量的有效手段之一我们今天所讲的教学设计理论和方法是指微观的、具体的初中物理学科教学设计，它为教师在课堂教学中研究教学过程，落实素质教育，特别是为新课程改革的教学提供了理论和方法的参考。 由于教学活动的独特性，国内外学者对教学设计有不同的理解。布里格斯认为：“教学设计是分析学习需要和目标以形成满足学习需要的传送系绢的全过程。” 王辉等认为：“教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论和传播理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题，确定教学目标、建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程。”田慧生等则认为，“所谓教学设计，简单地说，就是指教育实践工作者（主要指教师）为达成一定的教学目标，对教学活动进行的系统规划、安排与决策。具体说来，教学设计是指教师以现代教学理论为基础，依据教学对象的特点和教师自己的教学观念、经验.风格，运用系统的观点与方法，分析教学中的问题和需要，确定教学目标，建立解决问题的步骤，合理组合和安排各种教学要素，为优化教学效果而制定实施方案的系统的计划过程。” 教学设计的定义不同，反映了学者们侧重点的不同。但是，他们都强调教学设计是一个系统化的过程。目前国内比较统一的、权威的教学设计概念的定义是：“教学设计是运用现代学习与教学心理学、传播学、教学媒体论等相关的理论与技术，来分析教学中的问题和需要，设计解决方法，试行解决
设计院景观项目节能减排措施
设计院景观项目节能减排措施 姓名：XXX 部门：XXX 日期：XXX
设计院景观项目节能减排措施 建设节能环保型风景园林是当前园林设计行业发展的主要趋势，也是未来城市发展的主要方向，作为央企下属子公司，把绿色环保引入工程项目对我们设计师来说责无傍贷，我们也一直在努力把当前最先进的环保科技与节能措施引入到我们即将或者正在实施的工程项目中，下面是我们目前做的一个项目的设计案例，设计师从几个方面把环保科技与工程建设充分结合了起来。 项目名称：大英县城市农业博览园 建设地点：中国遂宁大英县 具体措施如下： 1、城市农业博览园--景观路灯低碳环保设计 在景观路灯的设计上我们采用最新的低碳环保设计，此节能路灯的上方有两块太阳能电池板，顶端还有一个风力发电装置，在微风中旋转。能源由太阳能和风能组成。当晴天无风时，主要由太阳能提供电源；当阴雨天没有阳光时，2级微风条件下就可以利用风能供电，实现太阳能和风能的互补发电，风光都具备时，可以同时发电。 2、城市农业博览园--垂直绿化应用 垂直绿化在夏季可阻隔太阳光对外墙的照射，减少热辐射降低热传导。当气温超过34摄氏度时，绿墙表面四周的空气温度可降低2-3摄氏度，能耗比常规幕墙降低40%左右，并减少空调负荷15%以上；冬季，既不影响墙面得到太阳辐射热，同时可形成保温层，减少加热能耗约10%。此外，它还可以减少光污染，净化空气、除尘防噪等作用。 3、城市农业博览园--屋顶绿化应用 第 2 页共 4 页
屋顶绿化具有固碳效果，屋顶绿化应用的植物通常为多年生喜阳性草本植物如佛甲草，该类植物单位叶面积固碳量通常在2克平方米每天，叶面积指数为0.5左右单位，面积固碳量约为1克/平方米每天。当应用面积为5580平方米时，年固碳量为2.036吨，折合每1万平方米佛甲草屋顶绿化年固碳量为3.65吨。 佛甲草类屋顶绿化的固碳案例如下： 4、城市农业博览园-景观节水应用 景观节水采用本地适应性植物，使得景观植物在当地自然降雨的条件下就可以存活，并且保证本地物种的多样性。减少草坪的种植面积，只在必要的休闲、步行区，土壤保持区内采用适当的草坪设计。采用自然堆肥的有机肥料来保持景观植物的生长。尽量利用场地内已有的植物作为景观的一部分。分析景观区域的土质，如需要更换土壤，采取相应的措施。优化浇灌系统的设计，比如浇灌时间表等。采用循环水作为景观浇灌的水源。采用节水景观设计后，景观耗水可降低90%。 同时在园区引入雨水收集系统，适当考虑在居住区采用简单的独立雨水收集系统，在丰水期减少自来水的消耗。农业区有大面积的温室屋顶，丰水期可收集较多雨水，因此可采用雨水收集替换自来水对农作物灌溉。 雨水收集系统与存储系统设计如下： 结语： 建设节能环保型风景园林是一项复杂的工作，对我们设计院来说也是一个富有挑战的综合性课题，它需要我们先进理论知识的不断补充和实践项目的不断检验，作为央企的设计公司，我们应以发展的眼光不懈的追求去探索研究这门学问，创造出更加生态和谐、可持续的园林景观。 第 3 页共 4 页
机械优化设计方法基本理论
机械优化设计方法基本理论 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 1.2 约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。
加强园林景观工程造价控制措施
加强园林景观工程造价控制措施 [摘要]在市政建设快速发展的今天，加强园林景观工程的建设具有非常关键的意义。科学的园林工程建设，不仅能够营造科学良好的环境，同时能够美化城市空间，创建宜居城市。造价控制是当代进行园林景观工程建设中核心性的经济与管理手段，科学的造价控制能够以“最小的投入获得最大的产出”，能够综合性提升园林景观工程的经济效益和社会效益。 [关键词]园林景观；造价控制；措施 文章编号：2095 - 4085（2018）08 - 0115 - 02 在城市经济快速发展，市政建设如火如荼的今天，加强园林景观工程造价控制与管理，不仅能够有效提升园林景观的经济效益，同时也能够实现园林景观的集约化发展。园林景观工程造价控制是一项精密性的工作，涉及方方面面的工作。在园林景观全面建设的阶段，展开园林景观造价管理和控制的深层次研究，形成园林景观造价控制的新模式，促进园林事业、景观工程建设的健康发展。 1 园林景观工程造价特点 在园林景观建设过程中，科学的造价控制能够提升园林景观工程的经济效益和社会效益。园林景观工程造价具有显著的特点。首先，园林景观工程造价容易受地域性的影响。
园林景观工程在建设过程中可能会涉及到征地补偿和动迁 补偿，不同地域的补偿标准存在差异，这决定了园林景观造价具有地域性的差异。其次，园林景观工程造价具有整体性的特点，园林景观工程的各个环节统一起来，才是科学的造价控制与管理。园林景观工程是一个系统性的工程，在工程造?r控制过程中，应该注重各个环节的科学把控，尤其是要对各个环节所使用的建设材料、人力资源、技术资源等进行合理的评估，并在其评估报告中明确出每一个部分的价格估值，进行工作总造价的控制。最后，在园林景观工程造价控制过程中，原材料价格对工程造价的影响是比价大的，这也使得园林景观工程的造价容易受到原材料价格因素的影响。一旦原材料价格出现上涨，那么园林景观工程的造价就会出现上涨。 2 加强园林景观工程造价控制措施 在园林景观工程造价控制过程中，结合园林景观工程造价控制的特点，采取科学有效，全面动态的造价控制，能够综合性提升园林景观造价控制的水平，也能够全面优化园林景观工程的经济效益和社会效益。 2.1 设计阶段的造价控制 园林景观是一个大型工程，在园林景观的造价控制过程中，应该注重设计阶段的造价控制与管理。科学精准地设计，不仅能够有效提升园林景观的整体质量，同时也能够有效优
物理教学设计方案
牛顿第二定律 高一物理 XXX XX中学 一、概述 1、内容介绍：牛顿第二定律是高一《物理》必修一的内容，共分两个课时，本节为第 一课时，主要掌握定律的内容，公式，并根据实验导出数学表达式。为后面的应用打下基础。 2、重难点：本节的重点内容是做好演示实验。让学生观察并读取数据，从而有说服力 地归纳出a与F和m的关系，即可顺理成章地得出牛顿第二定律的基本关系式。因此，熟练且准确地操作实验就是本课的关键点。同时，也只有讲清实验装置、原理和圆满地完成实验才能使学生体会到物理学研究的方法，才能达到掌握方法、提高素质的目标。 牛顿第二定律的数学表达式简单完美，记住并不难。但要全面、深入理解该定律中各物理量的意义和相互关联；牢固掌握定律的物理意义和广泛的应用前景，对学生来说是较困难的。这一难点在本课中可通过定律的辨析和有针对性的巩固练习加以深化和突破，另外，还有待在后续课程的学习和应用过程中去体会和理解。 二、教学目标分析 1．物理知识方面的要求： (1)掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式； (2)理解公式中各物理量的意义及相互关系； (3)知道在国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义的。 2．以实验为基础，通过观察、测量、归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律。培养学生的实验能力、概括能力和分析推理能力。 3．渗透物理学研究方法的教育。实验采用控制变量的方法对物体的a、F、m三个物理量进行研究；运用列表法处理数据，使学生知道结论是如何得出的；认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。 三、学习者特征分析 部分学生基础较差，理解能力，实践能力，思维能力等方面参差不齐，学习积极性不高。针对这种情况，在教学中，我注意面向全体，发挥学生的主体性，引导学生积极地观察问题，分析问题，激发学生的求知欲和学习积极性，指导学生积极思维、主动获取知识，养成良好的学习方法。并逐步学会独立提出问题、解决问题。总之，调动学生的非智力因素来促进智力因素的发展，引导学生积极开动脑筋，思考问题和解决问题，从而发扬钻研精神、勇于探索创新。
机械优化设计习题及答案
机械优化设计习题及参考答案 1-1.简述优化设计问题数学模型的表达形式。 答：优化问题的数学模型是实际优化设计问题的数学抽象。在明确设计变量、约束条件、目标函数之后，优化设计问题就可以表示成一般数学形式。求设计变量向量[]12T n x x x x =L 使 ()min f x → 且满足约束条件 ()0 (1,2,)k h x k l ==L ()0 (1,2,)j g x j m ≤=L 2-1.何谓函数的梯度？梯度对优化设计有何意义？ 答：二元函数f(x 1,x 2)在x 0点处的方向导数的表达式可以改写成下面的形式：??? ?????????????=??+??= ??2cos 1cos 212cos 21cos 1θθθθxo x f x f xo x f xo x f xo d f ρ 令xo T x f x f x f x f x f ?? ????????=????=?21]21[)0(， 则称它为函数f （x 1，x 2）在x 0点处的梯度。 （1）梯度方向是函数值变化最快方向，梯度模是函数变化率的最大值。 （2）梯度与切线方向d 垂直，从而推得梯度方向为等值面的法线方向。梯度)0(x f ?方向为函数变化率最大方向，也就是最速上升方向。负梯度-)0(x f ?方向为函数变化率最小方向，即最速下降方向。 2-2.求二元函数f （x 1，x 2）=2x 12+x 22-2x 1+x 2在T x ]0,0[0=处函数变化率最 大的方向和数值。 解：由于函数变化率最大的方向就是梯度的方向，这里用单位向量p 表示，函数变化率最大和数值时梯度的模)0(x f ?。求f （x1，x2）在
居民小区植物景观设计优化措施
居民小区植物景观设计优化措施 1、严格遵循设计原则第一，功能性原则。 居住小区的植物景观设计，最为主要的是为居民营造一个舒适健康的生活环境，重视功能性原则，将设计重点由传统的形式美转换到功能性设计上来，提高整个环境设计的持续性。例如对于北方居住区景观设计，需要结合其冬季绿化植物凋零的特点，应做好常绿植物与落叶植物的搭配，选择利用复层混交植物群落种植方式来提高单位面积绿化量，整体改善小区空间生态效益。第二，人文性原则。即在进行设计时，应结合工程当地人文景观特点，基于人性化要求进行设计。例如对绿地的设计，需要满足各群体居民活动与交流对空间的要求，利用植物群落来围合成休闲、交流以及活动空间，提高小区建设的实用性以及适用性。第三，整体美观原则。将形式美与动态美设计进行结合，合理选择绿化植物将整个小区营造成四季常青的空间，通过多种种植方式将不同植物搭配出具有动态美的景观。 2、合理选择种植树种植物。 景观设计最重要的是各类植物的选择，通过合理的搭配设计，可以对小区建筑环境进行柔化完善，满足居民生理以及心理综合方面的需求。在选择植物树种时，应以满足造景需求为基础，并结合小区绿地特有环境以及功能需求，保证植物分配可以因地制宜。例如杭州某小区，在设计时主要选择桂花、香樟以及银杏等作为主要树种，并选择丛植与孤植的方法搭配原观赏叶乔木与灌木，与小区内存在的铺地、景石
以及园林建筑小品等进行协调设计，在整体上形成一个层次丰富并且景色优美的空间，给居民营造一个休憩放松的环境。此小区设计所用植物都是选择本土树种，这样可以更好地满足居民主人翁意识，在享受的过程中还可能主动去维护，一定程度上降低了后期管理难度与工作量，对提高小区绿化景观的持续性具有重要意义。 3、合理设计小区功能区。 现在很多小区为提高绿化率都设计了较大面积的绿地，并且设置了效果良好的水系，这样在对小区植物进行设计时，除了要做好对植物树种的选择，还应做好对各功能区的设计。对于绿地来说，一般会选择用乔灌木种植在绿地边缘，中央部分则设计为草坪或者彩叶地被植物，形成具有当地小区特色的疏林草地景观。对绿地环境的合理设计，可以为居民提供感受自然的空间，将整个生活区域投入到自然环境中，营造一种远离城市的感觉。例如小区中心绿地选择雪松、桂花、银杏、茶花、杜鹃、月季、南天竹等植物，设计成为桂花、银杏、白玉兰、茶花等将疏林草地景观，并且可以在草地边缘营造季相鲜明的景观林带，通过层次丰富的设计，显示出小区绿化景观的特点。另外，对于小区道路景观绿化设计，植物的选择需要满足住宅建筑采光、挡风以及降噪等要求，并且主次道路两旁要种植时令开花、彩叶植物。
现代优化设计方法的现状和发展趋势
M ac hi neBuil di ng Auto m atio n,D ec2007,36(6):5~6,9 现代优化设计方法的现状和发展趋势 王基维1,熊伟2,李会玲1,汪振华3 (1.宁波职业技术学院,浙江宁波315800;2.湖南生物机电职业技术学院,湖南长沙410126; 3.南京理工大学,江苏南京210094) 摘要:优化设计是近年来发展起来的一门新学科,为机械设计提供了一种重要的科学设计方 法。优化设计在解决复杂设计问题时,能从众多设计方案中寻到尽可能完美或最适宜的设计 方案。对现代优化设计方法进行了概括和总结,展望了现代优化设计的发展方向和发展趋势。 关键词:优化设计;机械设计;发展趋势 中图分类号:T H122文献标识码:B文章编号:167125276(2007)0620005202 Develop ing T rend on M odern O pt im a l Design M ethods WANG J i2wei1,XI ONG W ei2,LI H u i2li ng1,WANG Zhen2hua3 (1.Ni ngbo Voca ti on Te chno l ogy C o ll e ge,N i n gbo315800,C h i na; 2.Huna n B i o l ogy Me c ha ni c a la nd E l e c tri c a lP ro f e ss i ona lTe chno l ogy C o ll ege,C ha ngsha410126,C h i na; 3.Na n ji ng Un i ve rs ity o f S c i e nc e a nd Te chno l o gy,Na n ji ng210094,C h i n a) Abstr ac t:As a new d i s c i p l i ne,o p tm i a l de s i gn p rov i de s an m i p o rtan t sc i en tifi c de s i gn m e t h od f o r e ng i nee https://www.wendangku.net/doc/176607486.html, i ng op tm i a ld es i gn, t he y can fi nd o ut a nea rl y pe rf e ct o r op tm i um des i gn s ch em e fr om l o ts o f feas i b l e ap p r o ache s.T he p ape r s um m a ri ze s t he de ve l o p i ng trend a nd d ir e cti o n o f t he m ode rn op tm i a l des i gn m e t hod s. K ey word s:op tm i a ld es i g n;m a ch i n e des i gn;de ve l o p t re nd 0引言 机械设计与制造是机械工程领域中最重要的内容,而机械设计又是机械制造的前提。优化设计(opti m a l de2 si gn)是近年来发展起来的一门新的学科,优化设计为机械设计提供了一种重要的科学设计方法,在机械设计上起着重要的作用,使得在解决复杂设计问题时,能从众多的设计方案中寻到尽可能完美的或最适宜的设计方案[1]。实践证明,在机械设计中采用优化设计方法,不仅可以减轻机械设备质量,降低材料消耗与制造成本,而且可以提高产品的品质和工作性能[2]。文中初步论述了机械优化设计方法的发展现状和趋势。 优化设计方法[3]是数学规划和计算机技术相结合的产物,它是一种将设计变量表示为产品性能指标、结构指标或运动参数指标的函数(称为目标函数),然后在产品规定的性态、几何和运动等其它条件的限制(称为约束条件)的范围内,寻找满足一个目标函数或多个目标函数最大或最小的设计变量组合的数学方法。优化设计方法已成为解决复杂设计问题的一种有效工具。 1优化设计方法及应用现状 优化设计的基础和核心是优化理论和算法。迄今为止,己有上百种优化方法提出,这里重点介绍以下几种优化方法[4,5]。 a)线性逼近法:线性逼近法SLP是将原非线性问题转化为一系列线性优化问题,通过求解线性优化问题得到原问题的近似解。根据形成线性优化的方法不同,可以得到不同的线性逼近法。常用的线性逼近法有近似规划法和割平面法; b)遗传算法[2,6,14]:遗传算法GA(genetic a l gorith m s)是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索算法。它是1962年首先由美国密执安大学的J.H.H olland教授提出、随后主要由他和他的一批学生发展起来的[7],并在1975年的专著中作了介绍,首先提出了以二进制串为基础的基因模式理论,用二进制位串来模拟生物群体的进化过程。进化结束时的二进制所对应的设计变量的值即为优化问题的解。GA方法的主要优点是具有很强的通用优化能力,它不需要导数信息,也不需要设计空间或函数的连续性条件,其优化搜索具有隐性并行性,可以多点同时在大空间中作快速搜索,因此有可能获得全局最优解。由于G A有着其他优化算法不可比拟的优点,因此,GA的应用非常广泛,取得大量研究应用成果。在结构优化设计方面的如离散结构的遗传形状优化设计[8]、悬臂扭转结构和梁结构的优化设计[9]、桁架和薄壁的结构优化问题[10]等。在文献[11]中对平面四杆机构的遗传优化设计进行了研究。文献[12]介绍了一个用于ZL40装载机的直齿圆锥齿轮差速器的优化设计问题,用GA中的实数编码进行优化求解,取群体大小为50,交叉率为0.2,变异率为0.5,经过120代的进化并经圆整后得到最优解。文献[15]中通过把机械方案设计过程看作是一个状态空间的求解问题,用遗传算法控制其搜索过程,完善了新的遗传编码体系,为了适应新的编码体系重新构建了交叉和变异等遗传操作,并利用复制、交换和变异等操作进行一次次迭代,最终自动生成一组最优的设计方案。 此外,G A还应用在函数优化、机械工程、结构优化、电工、神经网络、机器学习、自适应控制、故障诊断、系统工程调度和运输问题等诸多领域中[13]; #5 #
机械优化设计方法概述
机械优化设计方法概述 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则 Mechanical optimization design is optimized technology in the field of mechanical design and application of transplantation, its basic idea is based on mechanical design theory, methods and standards to establish a reflect problems in engineering design and meet the requirements of the mathematical programming model, and then applying the mathematical programming method and computer technology to find out the design problem of the optimal scheme of automatic. As a new subject, which is based on the theory of mathematical programming and computer program design basis, by numerical calculation, from the large number of design so as to improve or the most suitable design, so that the desired economic index optimal, it can successfully solve the analysis and other methods are difficult to deal with complex problem. Optimization design and provides an important scientific design method. So using this design method can greatly improve the design efficiency and design quality. This paper discusses the optimized design method of the background, development process, and to the unconstrained and constrained optimization of different optimal design method for the development, principle, methods, characteristics and scope of application are described. Key words: mechanical design optimization; constraint; characteristics; selection principle.