FDTD Solution入门

FDTD_getting_started翻译

配合FDTD_getting_started看

1.介绍

用FDTD Solutions进行模拟是很简单的。首先，创建一个FDTD Simulation Project文件（扩展名为*.fsp）。它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。保存这个工程文件然后运行模拟。运行完后，结果数据会加到fsp文件，用于分析。

模拟的通常步骤如下图所示。在接下来的章节中有更详细的描述。

1.1什么是FDTD？

时域有限差分方法已经成为目前最新的在复杂几何条件下解决麦克斯韦方

程的方法。它是一个完全的矢量方法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光子学的所有类型问题都提供了独特的视角。

这个方法在空间和时间上都是离散的。电磁场和目标结构材料都在一种用所谓的Yee元胞组成的独立的网孔中来描述。麦克斯韦方程在离散的时域中解决，所用时间步长和光通过网孔尺寸所用时间有关。当网孔大小趋于零时，这个方法确切的描述了麦克斯韦方程。

供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。

多种源可以加入到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。一般的，模拟运行后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停止。

时域信息可以在任何空间点被记录。这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为一系列快照在任何用户定义的时间记录下来。

任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅里叶变换得到。因而在一个简单的模拟中得到的基于能流和模型文件的频率可能分布在很广的频率范围。

另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。

1.2第一步：创建物理结构

版图编辑器（图略）

用Structures列表创建几何结构。他们的特性用EDIT编辑。

工具栏，在左边。

用Aligning按钮安排对象的位置。

材料特性：可自行定义或从数据库中选择。

1.3第二步：设置模拟区域和时间

用ADD SIMULATION REGION

设置：模拟区域，其大小和位置，网格精度，合适的边界条件。

模拟区域的大小：在包含所需模拟的区域的情况下尽可能小，减少模拟时间。

网孔精度：一般开始设为1或2，可以快很多。一般的，网孔间距设为小于最高折射率材料中波长的1/10。对于波长量度的结构，要减小网孔间距。

边界条件：通常有吸收边界条件，周期性边界条件，金属边界条件。PML可以用作吸收边界条件。对称和非对称边界条件可能永远某些对称问题中减小模拟区域。布洛赫边界条件可以用于光子能带结构计算。

模拟时间

模拟时间可以设长点，场衰减到接近0时，软件会自动停止模拟。经验上，模拟时间为光通过模拟区域所需最大时间的两倍。t>2nL/c。n为材料最高的折射率。

1.4第三步：源

用SOURCES添加辐射源。

源类型：

点光源

高斯光源和平面波源可用于变形表面和纳米粒子衍射研究。

总场散射场源TFSF 粒子衍射。总场区计算所有场（入射和衍射），TFSF边

界外区域只计算衍射场。

模式光源用于波导、集成光路。

外来光源其他光学系统设计工具光源。

1.5第四步：定义监视器

监视器用来记录电磁场之后的绘图和数据分析。根据不同的应用和需要可以使用不同类型的监视器。除了基本的监视器，还可以创建复合的监视器（分析组）。

监视器种类

Index monitors允许用户观看和分析模拟区域内结构的折射率的实部和虚部。

时间监视器记录和保存模拟时用户规定的点的间隔一定时间电磁场的值。它可以是一个点，线段，平面或立体。

Movie monitor 记录场的变化。

频域场描述监视器记录一定频带宽度的稳定频率响应。

频域功率监视器和频域场描述监视器差不多。测的是能流。

1.6第五步：运行模拟

创建完模拟对象后，保存文件，在SIMULATION菜单选择RUN FDTD。

内存要求：SIMULATE菜单/CHECK MEMORY REQUIREMENTS. 内存取决于网孔数量和监视器数量，越多需要内存越大。

检查材料是否合适：检查材料性质是否正确和适当。在工具栏中或SIMULATION选项。

模拟的实际用时：软件在Run Dialogue Box中估计实际用时。要减少用时可以增加所用的计算机核心数目或用网络集群计算。

Run Dialogue Box：显示运行任务，剩余时间，进度及每个源的时间包络函数。

1.7第六步：绘制结果和分析数据

模拟中由监视器产生的数据在analysis窗口可以看到。它和script file editor 共享窗口。左下角可以切换两个窗口。

绘制数据图：根据监视器可以画出标准的x-y数据图。

输出绘图数据：Export得到监视器数据的文本文件。

远场分析：频域模拟器获取的近场结果可以转为远场，并绘制保存。

用编程得到更好的分析：编程语言比图像分析窗口可以更好的分析数据。1.8第七步：回到布局编辑器

如果需要对物理结构进行修改，需要回到布局编辑器，可以在上面菜单选择Simulation/Switch to layout editor，或者在左下角按SWITCH TO LAYOUT MODE按钮。此时结果数据会丢失，要保存的话先在文件菜单里选择另存为。

FDTD操作案例2

一基于Au薄膜正三角形孔阵列提取光场强度分布图 本例子中取Au薄膜厚度30nm，三角形孔阵周期800nm，小孔直径600nm。Au的材料模型选取“Au (Gold)–CRC”，或者自建材料模型。参见hole arrays_E fied profile.fsp文件。 1.添加金薄膜，打开FDTD Solution 软件后点击“structure”，添加长方体模块。如下图所示。 点击，对几何参数和材料类型等进行编辑。参照下图。

先将“name”改为“Au 30nm”，在“Geometry”下设置金薄膜的几何尺寸，我们只需要对下图红框所示的左边一栏进行编辑，其中“x span、y span、z span”分别对应金薄膜的长、宽和厚度，而“x、y、z”表示其几何中心的坐标值，均设置为0。在“x span”中输入“0.8*2+0.6”，“y span”中输入“0.8*sqrt(3)+0.6”,“z span”中输入“0.03”，对应金薄膜厚度为30nm，便可得到如下图所示的结果。 点击“material”，选择所使用的材料类型，如下图所示，选中“Au (Gold) - CRC”，点“OK”保存即可。现在对金膜的几何尺寸和材料类型设置完成。

2.在金薄膜中添加小孔阵列。点击中的三角形，在下拉菜单中选择“Photonic crystals”。

然后在屏幕右侧的“Object”一栏中选中“Hexagonal lattice PC array”，点击“Insert”进行添加。 在左侧的结构树“object tree”中选中“hex_pc”,即我们刚才添加进去的

FDTD操作案例

一基于A u薄膜正三角形孔阵列提取光场强度分布图 本例子中取Au薄膜厚度30nm，三角形孔阵周期800nm，小孔直径600nm。Au的材料模型选取“Au (Gold)–CRC”，或者自建材料模型。参见hole arrays_E fied 文件。 1.添加金薄膜，打开FDTD Solution 软件后点击“structure”，添加长方体模块。如下图所示。 点击，对几何参数和材料类型等进行编辑。参照下图。 先将“name”改为“Au 30nm”，在“Geometry”下设置金薄膜的几何尺寸，我们只需要对下图红框所示的左边一栏进行编辑，其中“x span、y span、z span”分别对应金薄膜的长、宽和厚度，而“x、y、z”表示其几何中心的坐标值，均设置为0。在“x span”中输入“*2+”，“y span”中输入“*sqrt(3)+”,“z span”中输入“”，对应金薄膜厚度为30nm，便可得到如下图所示的结果。 点击“material”，选择所使用的材料类型，如下图所示，选中“Au (Gold) - CRC”，点“OK”保存即可。现在对金膜的几何尺寸和材料类型设置完成。

2.在金薄膜中添加小孔阵列。点击中的三角形，在下拉菜单中选择“Photonic crystals”。 然后在屏幕右侧的“Object”一栏中选中“Hexagonal lattice PC array”，点击“Insert”进行添加。 在左侧的结构树“object tree”中选中“hex_pc”,即我们刚才添加进去的六边形阵列， 点击对它进行编辑。各参数设置如下图所示，其中 “a”表示小孔之间的间距，即三角形孔阵的周期，“radius”表示小孔半径。设置完成后，点“ok”保存。 经过上面的步骤，我们搭建的模型的如下图所示。我们发现经过上面的设置所得到的三角形孔阵列其中两个小孔超出了金膜，为了好看起见，希望将多余的这两个小孔删掉，首先，如下图所示，在结构树下选中“hex_pc”，单击鼠标右键在菜单中选择“break groups”，不进行这项操作无法删掉多余的小孔。 在结构树种选择希望删除掉的小孔，所选择的部分会对应于结构视图中，如下图所示，此时，可单击右键选择“delete”进行删除，或者直接点左侧工具栏中的

fdtdsolution入门

F D T D S o l u t i o n入门-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

FDTD_getting_started翻译 配合FDTD_getting_started看 1.介绍 用FDTD Solutions进行模拟是很简单的。首先，创建一个FDTD Simulation Project文件（扩展名为*.fsp）。它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。保存这个工程文件然后运行模拟。运行完后，结果数据会加到fsp 文件，用于分析。 模拟的通常步骤如下图所示。在接下来的章节中有更详细的描述。 1.1什么是FDTD？ 时域有限差分方法已经成为目前最新的在复杂几何条件下解决麦克斯韦方程的方法。它是一个完全的矢量方法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光子学的所有类型问题都提供了独特的视角。 这个方法在空间和时间上都是离散的。电磁场和目标结构材料都在一种用所谓的Yee元胞组成的独立的网孔中来描述。麦克斯韦方程在离散的时域中解决，所用时间步长和光通过网孔尺寸所用时间有关。当网孔大小趋于零时，这个方法确切的描述了麦克斯韦方程。 供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。

多种源可以加入到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。一般的，模拟运行后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停止。 时域信息可以在任何空间点被记录。这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为一系列快照在任何用户定义的时间记录下来。 任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅里叶变换得到。因而在一个简单的模拟中得到的基于能流和模型文件的频率可能分布在很广的频率范围。 另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。 1.2第一步：创建物理结构 版图编辑器（图略） 用Structures列表创建几何结构。他们的特性用EDIT编辑。 工具栏，在左边。 用Aligning按钮安排对象的位置。 材料特性：可自行定义或从数据库中选择。 1.3第二步：设置模拟区域和时间 用ADD SIMULATION REGION 设置：模拟区域，其大小和位置，网格精度，合适的边界条件。 模拟区域的大小：在包含所需模拟的区域的情况下尽可能小，减少模拟时间。 网孔精度：一般开始设为1或2，可以快很多。一般的，网孔间距设为小于最高折射率材料中波长的1/10。对于波长量度的结构，要减小网孔间距。 边界条件：通常有吸收边界条件，周期性边界条件，金属边界条件。PML 可以用作吸收边界条件。对称和非对称边界条件可能永远某些对称问题中减小模拟区域。布洛赫边界条件可以用于光子能带结构计算。 模拟时间 模拟时间可以设长点，场衰减到接近0时，软件会自动停止模拟。经验上，模拟时间为光通过模拟区域所需最大时间的两倍。t>2nL/c。n为材料最高的折射率。 1.4第三步：源 用SOURCES添加辐射源。 源类型： 点光源 高斯光源和平面波源可用于变形表面和纳米粒子衍射研究。

中学八年级信息技术 第一单元 第1课《算法基础知识》教案

第1课《算法基础知识》 教材分析本节课是青岛出版社初中《信息技术》八年级下册第一单元第一课内容，本节课内容包括算法的概念、算法的描述、算法的优化等方面的内容，目的是让学生学会分析问题、提取问题形成算法描述、掌握流程图的概念，让学生形成初步的算法意识，能够运用算法相关的知识解决日常生活、学习中的实际问题。 本课教学时，教师可以从“看商品猜价格”的游戏或者其他学生比较感兴趣的故事入手，提炼出算法的概念，即解决问题的方法。算法是个较为抽象的概念，教师在讲解时，不可简单地一句带过，可以多举实例或利用课件的形式帮助学生加深对算法的理解，引导他们尝试用不同的方式将解决问题的方法表达出来。其中，自然语言学生比较容易接受。但对于流程图，学生理解起来可能会有一定的难度。在讲解的过程中，教师可以借“烧水泡茶”的实例，启发、引导学生积极思考，从而理解算法优化的意义。这样，学生在对算法已有了充分的理解之后，更容易掌握算法的优化。这时，可以让学生结合实际生活举出算法优化的例子，引导他们做个细心的人，培养他们善于观察的能力以及通过算法优化解决实际问题的好习惯。最后给出两个练习让学生选择合适的方式来描述算法。 在整个教学过程中，要注重培养学生主动利用算法解决问题的意识。 教学目标 (1) 了解算法的含义，体会算法的思想。 (2) 能够用流程图描述算法。 (3) 能够对算法进行择优。 情感、态度与价值观 算法是解决问题的重要手段，通过对问题的研究和分析，设计算法对问题进行求解，提高分析问题和解决问题的能力，体会算法分析的魅力。 教学过程： 一、游戏情境导入新课 师：同学们都看过《幸运52》，其中有个游戏“看商品猜价格”找位同学来说说这个游戏规则。 生：主持人给出一款商品，由游戏者来报价，如果给出的价格高出实际的价格，主持人就说高了，游戏者继续报价，直到报出正确的价格。 师：今天我们也来玩下这个游戏，找两位同学分别来扮演主持人和选手 出示商品，价格在0~8000元之间 解决这一问题有哪些策略？哪一种较好？ 解：第一步：报4000 第二步：若主持人说“高了”，就说2000，否则，就说6000

(一)1.1 第1课时 算法的概念

课下能力提升(一) 一、题组对点训练 对点练一 算法的含义及特征 1．下列关于算法的说法错误的是( ) A ．一个算法的步骤是可逆的 B ．描述算法可以有不同的方式 C ．设计算法要本着简单方便的原则 D ．一个算法不可以无止境地运算下去 解析：选A 由算法定义可知B 、C 、D 对，A 错． 2．下列语句表达的是算法的有( ) ①拨本地电话的过程为：1提起话筒；2拨号；3等通话信号；4开始通话或挂机；5结束通话； ②利用公式V ＝Sh 计算底面积为3，高为4的三棱柱的体积； ③x 2－2x －3＝0； ④求所有能被3整除的正数，即3,6,9,12，…. A ．①② B ．①②③ C ．①②④ D ．①②③④ 解析：选A 算法通常是指按照一定规则解决某一类问题的明确和有限的步骤．①②都各表达了一种算法；③只是一个纯数学问题，不是一个明确步骤；④的步骤是无穷的，与算法的有穷性矛盾． 3．下列各式中S 的值不可以用算法求解的是( ) A ．S ＝1＋2＋3＋4 B ．S ＝12＋22＋32＋…＋1002 C ．S ＝1＋12＋…＋110 000 D ．S ＝1＋2＋3＋4＋… 解析：选D D 中的求和不符合算法步骤的有限性，所以它不可以用算法求解，故选D. 对点练二 算法设计 4．给出下面一个算法： 第一步，给出三个数x ，y ，z . 第二步，计算M ＝x ＋y ＋z . 第三步，计算N ＝13 M . 第四步，得出每次计算结果．

则上述算法是( ) A ．求和 B ．求余数 C ．求平均数 D ．先求和再求平均数 解析：选D 由算法过程知，M 为三数之和，N 为这三数的平均数． 5．一个算法步骤如下： S 1，S 取值0，i 取值1； S 2，如果i ≤10，则执行S 3，否则执行S 6； S 3，计算S ＋i 并将结果代替S ； S 4，用i ＋2的值代替i ； S 5，转去执行S 2； S 6，输出S . 运行以上步骤后输出的结果S ＝( ) A ．16 B ．25 C ．36 D ．以上均不对 解析：选B 由以上计算可知：S ＝1＋3＋5＋7＋9＝25，★答案★为B. 6．给出下面的算法，它解决的是( ) 第一步，输入x . 第二步，如果x ＜0，则y ＝x 2；否则执行下一步． 第三步，如果x ＝0，则y ＝2；否则y ＝－x 2. 第四步，输出y . A ．求函数y ＝????? x 2(x ＜0)，－x 2(x ≥0)的函数值 B ．求函数y ＝????? x 2(x ＜0)，2(x ＝0)， －x 2(x ＞0) 的函数值 C ．求函数y ＝????? x 2(x ＞0)，2(x ＝0)， －x 2(x ＜0) 的函数值 D ．以上都不正确 解析：选B 由算法知，当x ＜0时，y ＝x 2；当x ＝0时，y ＝2；当x ＞0时，y ＝－x 2.故选B. 7．下面给出一个问题的算法： 第一步，输入x . 第二步，若x ≥4，则执行第三步；否则，执行第四步．

FDTD Solution入门

FDTD_getting_started翻译 配合FDTD_getting_started看 1.介绍 用FDTD Solutions进行模拟是很简单的。首先，创建一个FDTD Simulation Project文件（扩展名为*.fsp）。它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。保存这个工程文件然后运行模拟。运行完后，结果数据会加到fsp文件，用于分析。 模拟的通常步骤如下图所示。在接下来的章节中有更详细的描述。 1.1什么是FDTD？ 时域有限差分方法已经成为目前最新的在复杂几何条件下解决麦克斯韦方 程的方法。它是一个完全的矢量方法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光子学的所有类型问题都提供了独特的视角。 这个方法在空间和时间上都是离散的。电磁场和目标结构材料都在一种用所谓的Yee元胞组成的独立的网孔中来描述。麦克斯韦方程在离散的时域中解决，所用时间步长和光通过网孔尺寸所用时间有关。当网孔大小趋于零时，这个方法确切的描述了麦克斯韦方程。 供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。

多种源可以加入到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。一般的，模拟运行后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停止。 时域信息可以在任何空间点被记录。这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为一系列快照在任何用户定义的时间记录下来。 任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅里叶变换得到。因而在一个简单的模拟中得到的基于能流和模型文件的频率可能分布在很广的频率范围。 另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。 1.2第一步：创建物理结构 版图编辑器（图略） 用Structures列表创建几何结构。他们的特性用EDIT编辑。 工具栏，在左边。 用Aligning按钮安排对象的位置。 材料特性：可自行定义或从数据库中选择。 1.3第二步：设置模拟区域和时间 用ADD SIMULATION REGION 设置：模拟区域，其大小和位置，网格精度，合适的边界条件。 模拟区域的大小：在包含所需模拟的区域的情况下尽可能小，减少模拟时间。 网孔精度：一般开始设为1或2，可以快很多。一般的，网孔间距设为小于最高折射率材料中波长的1/10。对于波长量度的结构，要减小网孔间距。 边界条件：通常有吸收边界条件，周期性边界条件，金属边界条件。PML可以用作吸收边界条件。对称和非对称边界条件可能永远某些对称问题中减小模拟区域。布洛赫边界条件可以用于光子能带结构计算。 模拟时间 模拟时间可以设长点，场衰减到接近0时，软件会自动停止模拟。经验上，模拟时间为光通过模拟区域所需最大时间的两倍。t>2nL/c。n为材料最高的折射率。 1.4第三步：源 用SOURCES添加辐射源。 源类型： 点光源 高斯光源和平面波源可用于变形表面和纳米粒子衍射研究。 总场散射场源TFSF 粒子衍射。总场区计算所有场（入射和衍射），TFSF边

1《算法的概念》第一课时

1.1.1-1《算法的概念》第一课时 教学目标：1.了解算法的含义，体会算法的思想；2.能够用自然语言叙述算法；3.掌握正确的算法应满足的要求；4.会写出解线性方程（组）的算法. 教学重点：1.通过实例体会算法思想，初步理解算法的含义； 2.解二元一次方程组、判断一个数为质数和用“二分法”求方程近似解的算法设计. 教学难点：用自然语言描述算法. 教学过程： 一．学生自学，发现问题（教材2-3页） 二．生生交流，合作学习（讨论引例，例1） 引例1：解二元一次方程组：???=+-=-②①121 2y x y x 分析：解二元一次方程组的主要思想是消元的思想，有代入消元和加减消元两种消元的方法，下面用加减消元法写出它的求解过程. （可以让学生上黑板演练） 解：第一步，②-①×2得5y=3；③第二步，解③得y=3/5；第三步，将y=3/5代入①，得x=1/5, 第四步，得到方程组的解为??? ????==5351y x 评注：1.以上求解的步骤就是解二元一次方程组的算法；2本题的算法是由加减消元法求解的，这个算法也适合一般的二元一次方程组的解法. 引例2：写出求方程组()012212221 11≠-???=+=+b a b a c y b x a c y b x a ②①的解的算法. 解：第一步，②×a 1 - ①×a 2，得：()12211221c a c a y b a b a -=- ③第二步，解③得 1 2211221b a b a c a c a y --= 第三步，将12211221b a b a c a c a y --=代入①，得1 2212112b a b a c b c b x --=. 第四步，得到方程组的解为??? ????--=--=12211 22112212112b a b a c a c a y b a b a c b c b x 上述步骤构成了解二元一次方程组的一个算法， 我们可以进一步根据这一算法编制计算机程序，让计算机来解二元一次方程组.

数学《算法初步复习课》教案(新人教版)

算法初步复习课 （1）教学目标 （a）知识与技能 1.明确算法的含义，熟悉算法的三种基本结构：顺序、条件和循环，以及基本的算法语句。 2.能熟练运用辗转相除法与更相减损术、秦九韶算法、排序、进位制等典型的算法知识解决同类问题。 （b）过程与方法 在复习旧知识的过程中把知识系统化，通过模仿、操作、探索，经历设计程序框图表达解决问题的过程。在具体问题的解决过程中进一步理解程序框图的三种基本逻辑结构：顺序、条件分支、循环。 （c）情态与价值 算法内容反映了时代的特点，同时也是中国数学课程内容的新特色。中国古代数学以 算法为主要特征，取得了举世公认的伟大成就。现代信息技术的发展使算法重新焕发了前所未有的生机和活力，算法进入中学数学课程，既反映了时代的要求，也是中国古代数学 思想在一个新的层次上的复兴，也就成为了中国数学课程的一个新的特色。 （2）教学重难点 重点：算法的基本知识与算法对应的程序框图的设计 难点：与算法对应的程序框图的设计及算法程序的编写 （3）学法与教学用具 学法：利用实例让学生体会基本的算法思想，提高逻辑思维能力，对比信息技术课程中的程序语言的学习和程序设计，了解数学算法与信息技术上的区别。通过案例的运用，引导学生体会算法的核心是一般意义上的解决问题策略的具体化。面临一个问题时，在分析、思考后获得了解决它的基本思路（解题策略），将这种思路具体化、条理化，用适当的方式表达出来（画出程序框图，转化为程序语句）。 教学用具：电脑，计算器，图形计算器 （4）教学设想 一.本章的知识结构 二.知识梳理 (1)四种基本的程序框

终端框（起止框） 输入.输出框 处理框 判断框 (2)三种基本逻辑结构 顺序结构条件结构循环结构 (3)基本算法语句 （一）输入语句 单个变量 多个变量

第1课算法的概念练习题

算法的概念学案 第一课算法的概念 1、填空题 （1）我们把做某一件事或者完成某项工作的方法、步骤或程序称为（）。 要确立算法，先明确（），然后做（），在需要分析的基础上确定问题解决的方法，最后列出解决问题的具体步骤。 （2）在日常学习和生活中，做事需要遵循一定的方法和步骤。解数学题、购物消费、洗衣做饭……都有一套问题解决的方法和步骤。这种解决生活中问题的方法和步骤，我们称之为（）。 （3）人类进行计算的过程可分解为（），（），（），（），（）等基本步骤。人类复杂的活动都是由这些基本步骤组成的。 （4）、人工智能是研究用计算机模拟人的思维过程和智能行为的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似人脑智能的计算机。该领域的研究包括（）（）（）（）和（）等。 2、选择题 （1）一个解决问题的方案称为算法。下列属于算法的基本性质的是（） A、有穷性 B、确定性 C、可行性 D、以上都是 （2）下列关于算法的说法中，不正确的是（） A、算法的作用在于记录和交流人类解决问题的思想。 B、对于给定的一个问题，其算法不一定是唯一的。 C、对于复杂问题，我们一般先进行算法设计，然后再编程解决。 D、算法的步骤可以无限制执行下去，永不停止。 3、判断题 （1）算法是对问题解决方案清晰而完整的描述。这种解决问题的方案由计算机定义，和人的价值观没有任何关系。（） （2）按照冯·诺依曼存储程序的原理，计算机在执行程序时必须先将要执行的相关程序和数据存入硬盘中。（） （3）、简单的算法可以设定有限步数终止运动，复杂的算法可以设定无限循环。（） 4、解难释疑 算法的概念及作用是什么？ 答： 5、人机对话 小明的哥哥被一所大学录取了，录取通知书中写着他需要在报到第一天完成以下事情：（1）交费，注册；（2）分配宿舍，办理入住手续：（3）领取日用品；（4）参加新生招待会。 请你根据所学知识，用流程图描述以上事情。

人教版高中(必修3)第一章算法初步 1.1.1 算法的概念 课时达标训练

1．1．1算法的概念 课时达标训练 一、基础过关 1．下面四种叙述能称为算法的是() A．在家里一般是妈妈做饭 B．做米饭需要刷锅、淘米、添水、加热这些步骤 C．在野外做饭叫野炊 D．做饭必须要有米 答案B 解析算法是解决一类问题的程序或步骤，A、C、D均不符合． 2．下列关于算法的描述正确的是() A．算法与求解一个问题的方法相同 B．算法只能解决一个问题，不能重复使用 C．算法过程要一步一步执行，每步执行的操作必须确切 D．有的算法执行完后，可能无结果 答案C 解析算法与求解一个问题的方法既有区别又有联系，故A不对；算法能重复使用，故B不对；每个算法执行后必须有结果，故D不对；由算法的有序性和确定性可知C 正确． 3．下列可以看成算法的是() A．学习数学时，课前预习，课上认真听讲并记好笔记，课下先复习再做作业，之后做适当的练习题 B．今天餐厅的饭真好吃 C．这道数学题难做 D．方程2x2－x＋1＝0无实数根 答案A 解析由于A是学习数学的一个步骤，所以是算法． 4．下列所给问题中，不可以设计一个算法求解的是() A．二分法求方程x2－3＝0的近似解

B ．解方程组????? x ＋y ＋5＝0x －y ＋3＝0 C ．求半径为3的圆的面积 D ．判断函数y ＝x 2在R 上的单调性 答案 D 解析 A 、B 、C 选项中的问题都可以设计算法解决，D 选项中的问题由于x 在R 上取值无穷尽，所以不能设计一个算法求解． 5．计算下列各式中S 的值，能设计算法求解的是 ( ) ①S ＝12＋14＋18＋…＋1 2100 ②S ＝12＋14＋18＋…＋1 2100＋… ③S ＝12＋14＋18＋…＋1 2n (n ≥1且n ∈N *) A ．①② B ．①③ C ．②③ D ．①②③ 答案 B 解析 因为算法的步骤是有限的，所以②不能设计算法求解． 6．下面给出了解决问题的算法： 第一步：输入x ． 第二步：若x ≤1，则y ＝2x －1，否则y ＝x 2＋3． 第三步：输出y ． (1)这个算法解决的问题是________； (2)当输入的x 值为________时，输入值与输出值相等． 答案 (1)求分段函数y ＝????? 2x －1(x ≤1)x 2＋3(x >1)的函数值 (2)1 7．已知某梯形的底边长AB ＝a ，CD ＝b ，高为h ，写出一个求这个梯形面积S 的算法． 解 算法如下： 第一步，输入梯形的底边长a 和b ，以及高h ． 第二步，计算a ＋b 的值． 第三步，计算(a ＋b )×h 的值． 第四步，计算S ＝(a ＋b )×h 2的值． 第五步，输出结果S ． 二、能力提升 8．关于一元二次方程x 2－5x ＋6＝0的求根问题，下列说法正确的是 ( ) A ．只能设计一种算法

第1课 生活中的算法

20 50 90

4 140 32 5 200 45 6 270 60 7 350 77 8 440 96 12 900 192 16 1520 320 32 5600 1152 48 12240 2496 （二）QQ等级与活跃天数的计算公式 QQ等级与活跃天数的计算公式为： 第N级所需累积的活跃天数=N×N+4×N 例如：假设有一用户其目前等级正好为13级，则其活跃天数为：活跃天数=131×3+4×13=221天。 利用QQ的等级算法，我们可以在使用中有效控制使用时间，通过不断累积QQ的活跃天数，就可以提升QQ等级。在生活中有许多类似的法则，可以快速提升自己相应的权限。 在好友资料和Tips中查看在线等级。 三、手工洗衣的算法 日常生活中，洗衣服是最常做的家务。洗衣时，我们常用的方法是用洗衣机洗衣和手工洗衣。现在虽然洗衣机已经十分普及，但在衣服比较少时，我们还要采用手工洗衣的方式来洗衣服。 手工洗衣时，掌握正确的洗衣方法很重要。我们通常采用下面的步骤： 第1步：用清水泡几分钟。

方法，这种顺序和方法我们称为炒菜的算法。 与计算机下象棋自动提款机 借助计算机，人们很多的算法思想正在变成现实。如把中国象棋的规则方法借助计算机来实现，可以实现人与计算机下棋；工业机器人可以实现生产流水线上的各种操作步骤，而且做起来更精确，提高了生产的质量，降低了成本；利用银行自动提款机的各种提示进行操作，可以实现自动提款。 实践与创新：古希腊亚历山大里亚的著名数学家刁藩都，人们只知道他是公元3世纪的人，其年龄和生平史籍上都没有明确的记载。但是，在他的墓碑上可以得知一二，而且它告诉人们，他终年是84岁。 刁藩都的墓碑是这样的： 刁藩都长眠于此，倘若你懂得碑文的奥秘，它会告诉你刁藩都的寿命。诸神赐予他的生命的6分之1是童年，再过了生命的12分之1，他长出了胡须，其后刁藩都结了婚，不过还不曾有孩子，这样又度过了一生的7分之1，再过5年，他获得了头生子，然而他的爱子竟然早逝，只活了刁藩都寿命的一半，丧子以后，他在数学研究中寻求慰藉，又度过了4年，终于也结束了自己的一生。 解: 算术解 题中只有一个四年和五年是具体数量,所以要考虑这九年占的分率,相除即可得出单位“1”即丢番图活的岁数。 (4+5)/(1-1/6-1/12-1/7-1/2)=9/(3/28)=84岁 答:丢番图活了84岁. 方程解 设丢番图活了x岁. x=1/6x+1/12x+1/7x+5+1/2x+4 x=25/28x+9 3/28x=9 x=84 所以丢番活了84岁 我的收获： 教后记

第1课时预备知识第一部分

自动控制理论实验课程 实验一：课程预备知识 内容一：课程相关知识介绍

主讲内容1 课程简介及基本内容介绍2课程相关教学环节

一、课程简介及基本内容介绍 1、课程简介 ◆课程名称：《自动控制理论实验》课程 ◆课时介绍：11章节内容，包括经典控制算法、智能控制算法，每章节3~4部分内容 ◆参考教材：[1]自动控制理论实验与应用.机械工业出版社.姜增如编著 [2]自动控制理论与应用.科学出版社.戴亚平编著 [3]MATLAB在自动化工程中的应用.机械工业出版社.姜增如编著 ◆开课院校：北京理工大学自动化学院 ◆需要软件：MATLAB软件

课程内容章节安排，如下： 实验一：课程预备知识 实验二：二阶系统阶跃响应研究 实验三：高阶系统稳定性分析 实验四：PID 算法介绍 实验五：超前滞后校正 实验六：极点配置 实验七：模糊控制 实验八：神经网络控制 实验九：遗传算法 实验十：模糊PID 实验十一：控制系统的根轨迹校正 2 、课程内容介绍 经典控制算法部分预备知识部分智能控制算法部分 经典控制算法部分 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）

3、每章节内容组成 第一部分：控制算法的基本原理 第二部分：控制算法的计算方法 第三部分：控制算法的案例应用 第四部分：控制算法的实物实验与仿真实验

二、课程相关教学环节 ◆教学手段：理论课程+ 案例应用+ 实验算法设计+ 实物实验+ 仿真实验等环节； ◆实验方法：独立仿真实验+ 实验算法设计等环节； ◆单次实验课程内容：实验原理介绍+算法相关计算方法+应用 案例+实物实验与仿真实验等环节； ◆面向学生层次：自动化专业本科生、硕士生等 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）

FDTD Solutions 7.0版介绍

Lumerical Solutions公司 FDTD Solutions 7.0版为微纳光学设计提供优化和共形网格化技术 2010/10/29/11:27来源：Marketwire Marketwire2010年10月26日不列颠哥伦比亚省温哥华消息—— 全球纳米光学设计软件供应商LumericalSolutions公司今天宣布，其旗舰产品FDTDSolutions7.0版已经进行了创新性升级。升级项目包括集成参数扫描分析与优化计算、业内首个面向纳米光学设计的共形网格和一个方便复杂器件设计的扩展仿真元器件库。 Lumerical首席技术官JamesPond博士表示：“FDTDSolutions7.0延续了Lumerical 的传统：在易用的电脑辅助设计环境下整合最先进的算法，为突破性创新提供得力设计工具。FDTDSolutions7.0与非常适用的优化算法相结合，是目前最好的工业级纳米光学设计软件。设计人员和研究人员现在可以通过评估和优化他们的最佳设计概念来迅速取得进展。” 为优化、计算速度和精确性而设计 FDTDSolutions7.0能让终端用户通过其独有的共形网格技术工具，获得更高的计算效率和精度。在数字成像和太阳能等快速发展的行业，通过采用共形网格技术而获得更高精度的仿真结果，受到越来越多的追捧。 共形网格技术是通过麦克斯韦积分方程对不同介质之间界面的复杂描述，可达到亚晶胞精度。与其它为低频应用（在这些应用中多数金属接近完美导体）而设计的类似技术不同的是，Lumerical的技术建立在其专有的高精度多系数材料特性拟合上，能精确模拟实际光学器件设计中任意色散介质之间的界面。 加利福尼亚州帕洛阿尔托的博世研究与技术中心高级工程师InnaKozinsky博士表示：“我们使用FDTDSolutions解决薄膜太阳能电池中的光传播问题。现实生活中的太阳能电池器件相当复杂，包含多层材料，而FDTDSolutions7.0的共形网格使我们能够优化太阳能电池活性层的吸收，而不是手工设置非常精细的网格和分析大量的仿真结果。” FDTDSolutions7.0集成的优化架构将显著降低优化多参数器件设计所需要的时间 据意法半导体公司光学特性和仿真专家AxelCrocherie博士称：“FDTDSolutions7.0中可用的优化设计功能，有利于快速找到微透镜曲率半径或抗反射层的最佳工作点，以优化CMOS图像传感器的量子效率。与共形网格配合使用，将能够非常精确地模拟CMOS图像传感器的量子效率，特别是由多个薄光学层组成的后端传输，无论入射波长和入射角度如何。”

第1课 算法基础知识

第1课算法基础知识教学目标 (1) 了解算法的含义，体会算法的思想。 (2) 能够用流程图描述算法。 (3) 能够对算法进行择优。 情感、态度与价值观 算法是解决问题的重要手段，通过对问题的研究和分析，设计算法对问题进行求解，提高分析问题和解决问题的能力，体会算法分析的魅力。 教学重点和难点 重点：算法的理解。 难点：用流程图描述算法。 教学过程： 一、游戏情境导入新课 二、新授 1、算法的概念 这一系列活动实际上就包含了算法，我们从小学就开始接触算法，熟悉许多问题的算法。如，做四则运算要先乘除后加减，如果有括号就先括号内后括号外、竖式笔算等都是算法，至于乘法口诀、珠算口诀更是算法的具体体现。广义地说，算法就是做某一件事的步骤或程序。菜谱是做菜肴的算法，洗衣机的使用说明书是操作洗衣机的算法。 出示课件趣味数学题： 2、算法的表述方法 师：如何去设计算法呢？设计的算法又怎么表示呢？大家看到了，算法的设计分两个内容，一是寻找一种方法；二是描述一下实现这个方法的步骤。刚才我们已经用语言的形式描述过了渡河的算法。我们把这种通过语言描述的方法称为自然语言描述算法。 师：同学们思考下语言描述法有什么优点？又有哪些缺点呢？ 生答 师总：自然语言描述算法可以使用自己的语言来描述问题，描述的方式简单

自由，语言描述详尽清楚，让人易于理解。但也有缺点，描述的越详尽，就显得越繁杂，不够直观简洁。 师：为了更直观的描述算法，人们设计了用流程图描述算法的方法 出示算法的流程图描述元素。 师：我们来看一例子 放幻灯片，并简单分析求一元二次方程算法流程图。 三、练习（大显身手） 题目：如果你家在舜泰苑小区，你要外出购物，需要到红星菜市场买肉、菜，到赛玛特超市采购副食，到太东服装店买衣服。请你讲一个购物的算法。并用流程图来表示。 四、小结： 计算机解决任何问题都要依赖于算法。只有将解决问题的过程分解为若干个明确的步骤，即算法，并用计算机能够接受的“语言”准确地描述出来，计算机才能够解决问题。

第1课 算法及其描述方法

第1课算法及其描述方法 教学设计思想： 教学目标： （1）知识与技能： ①理解算法的概念 ②掌握算法的五个特征 ③了解算法的三种描述方法 ④掌握流程图的各个框图的功能及画法 （2）过程与方法： ①学生通过联系实际生活、协作讨论例题的方法，理解算法的概念和掌握算法的特 征。 ②学生通过思考和参与课堂练习的方法，熟练掌握流程图的各个框图的功能及算 法。 （3）情感态度与价值观： ①学生通过联系日常生活，体会和理解算法的概念，知道算法在程序设计中的重要 性。对常见事物和现象能提出问题，深入思考，进行自主和探究式学习 ②学生之间通过协作学习和课堂讨论，培养学习的积极性和同学之间的协作性。 教学重点： 流程图表示算法 教学难点： 流程图表示算法 教学过程设计： 1、算法的概念 讨论：用没有刻度的3毫升量杯和5毫升量杯如何量出1毫升的水？请写出自己的解决步骤。 方法一： ①将3毫升的量杯装满 ②将3毫升量杯中的水注入5毫升量杯 ③将3毫升的量杯装满 ④将3毫升量杯中的水注入5毫升量杯，注满后，3毫升量杯中剩余的就是1毫升水。 方法二： ①将5毫升的量杯装满 ②将5毫升量杯中的水注入3毫升量杯，注满后5毫升量杯中剩余2毫升水 ③将3毫升量杯倒空

④将5毫升量杯中剩余的2毫升注入3毫升量杯 ⑤将5毫升量杯装满 ⑥将5毫升量杯中的水注入3毫升量杯，注满后5毫升量杯中剩余4毫升水 ⑦将3毫升量杯倒空 ⑧将5毫升量杯中的水注入3毫升量杯，注满后5毫升量杯中剩余1毫升水 结论： （1）算法是为解决某一问题而设计的确定的、有限的求解步骤。 （2）算法不是唯一的，针对同一问题的算法可以有多种。 2、算法的特征： （1）有穷性 广义地说，“有穷性”一般指操作步骤的数量有限或能在合理的时间范围内完成全部操作。算法可以有重复执行的步骤，只要这些步骤的执行能够终止。有些算法虽然是有穷的，但它所花费的时间如果超出了合理的限度，如天气预报采用的算法若要几个月后才能计算出来，那就不能算是有效地算法。 例1：判断下列算法是否符合算法的特征 ①给s赋值为1 ②将s的值增加1 ③重复步骤② 解答：该算法的步骤②将被重复执行无穷次，不符合有穷性 （2）确定性 算法中的每个步骤必须有确切的含义，而不应当是含糊的、模棱两可的。 例2：判断下列算法是否符合算法的特征 ①L=10 ②输出L/自然数 解答：正整数没有具体指明是哪个数，不符合算法的确定性 （3）可行性 算法中每一个步骤都是要能够实际做到的，而且是在有限的时间内完成。 例3：判断下列算法是否符合算法的特征 ①x= -2 ②计算x的平方根 解答：x是负数，没有平方根，该算法不可行，不符合算法的可行性。 （4）有0个或多个输入

第1课初识算法与程序设计学案

学案 1、计算机解决问题的三个阶段： ；； 。 2、算法的三种表示： 、、。 3、流程图常用构件（画出开始结束、输入输出框、处理框、判断框） 4、算法的三种基本结构 、、。 5、我们在利用计算机缩写程序解决问题的时候，首先应该做的是（） A．编写程序 B.设计算法 C.分析问题 D.调试代码 6、下面关于算法的描述，正确的是（） A．算法不可以用自然语言表示 B．算法只能用框图来表示 C．一个算法必须保证它的执行步骤是有限的 D．算法的框图表示法有0个或多个输入，但只能有一个输出 7、（）不是程序的基本结构。 A.层次结构 B.分支结构 C.循环结构 D.顺序结构 8、图形符号" "在算法流程图描述中表示( ). A 处理或运算的功能 B 输入输出操作 C 用来判断条件是否满足需求 D 算法的开始或结束 9、图形符号" 在算法流程图描述中表示( ). A 处理或运算的功能 B 输入输出操作

C 用来判断条件是否满足需求 D 算法的开始或结束 10、算机编写程序解决问题，需要经历： ①编写程序②设计算法③分析问题④调试代码 通常情况下，以上几个环节的先后顺序应该是__________________（填写序号）。 11、基本执行模式包括了_________________、_____________和________________三种。学校篮球队选拔队员时要求学生的身高和体能素质必须达到预定的标准，要判定一个学生能否进入学校篮球队，最适合采用的算法结构是_______________。 10、下图所示的流程图片断： 其中循环部分执行完后变量s的值是 A、24 B、48 C、192 D、384 （4 则本算法主要处理部分采用了三种基本程序控制结构中_____________________，本算法的功能是____________________________________________________________。

FDTD操作技巧案例解析2

一 基于Au 薄膜正三角形孔阵列提取光场强度分布图 本例子中取 Au 薄膜厚度30nm ，三角形孔阵周期 800nm ,小孔直径600nm 。Au 的材料 模型选取"Au (Gold) - CRC ”，或者自建材料模型。参见 hole arrays_E fied profile.fsp 文件。 1.添加金薄膜，打开FDTD Solution 软件后点击“structure ”，添加长方体模块。如下图所示。 ^*cti I F ** a > (iE3hL±l M MW 冲円 t2| - - Mo4eJ ■ rretanglr 周w ■朋口 ￡ g 1 L___ ~° p ]? 1 点击 行编辑。参照下图 ,对几何参数和材料类型等进 Vv-kVI-bMB -Sliuri-Vfll 血 u 书Ji 陶Ls 3吋订 “Hr ? & X NiSif-ye Knn?iMu/Ulu Ifidt ■Y B^I E I- 护K B X Wvr 9養 I WM Cb-M'k H T * ftraip talk S"?dti T X

* 先将“ name'改为“ Au 30nmi',在“ Geometry ”下设置金薄膜的几何尺寸， 我们只需要对下图红框所示的左边一栏进行编辑， 其中“x span 、y span 、z span ” 分别对应金薄膜的长、宽和厚度，而“ x 、y 、z ”表示其几何中心的坐标值，均 设置为 0。在“x span ” 中输入 “0.8*2+0.6 ”，“y span ” 中输入 “0.8*sqrt(3)+0.6 ” “z span ”中输入“ 0.03 ”，对应金薄膜厚度为30nm 便可得到如下图所示的结 果。 点击"material ”，选择所使用的材料类型，如下图所示，选中" Au (Gold) - CRC ”，点 “OK ”保存即可。现在对金膜的几何尺寸和材料类型设置完成。 力肝肚I 3>u*i ：>? II XLJ toara 1 T 曲? JTFJI CUi) 3 run “j -J ；Ti114 Ithrcj- nJ Hii E 11^ ：尿曙kild 打：iD 卓 Is * ■弓 * ■ I 白 M 9 * M %H □規 I

第一章FDTD Solitions 简介

第一章FDTD Sol u tions 简介 使用FDTD Solutions来进行仿真设计计算简单易懂。首先要在FDTD Solutions的CAD 编辑状态建立一个要运算的文件（文件扩展名是.fsp），它必须包含有关物理结构、光源、监视器、以及仿真运算所需要的参数。将此文件SAVE后就可以运行。运行结束后，计算所得数据添加在原文件之内，然后就可以进行分析。 进行仿真设计计算这一简单过程一般需要如下图所示的步骤。在随后的章节中将会详细讲解这些步骤。 1.1什么是FDTD？ FDTD是F inite -D ifference T ime-D omain 的简写。现在该方法已经成为求解复杂 结构中麦克斯韦方程的最常用方法。它是一种全矢量法，因此很自然地就会给出用户所需要的时域和频域信息。这是该方法在电磁学和光子学所有应用中所拥有的独特优点。 FDTD技术在时间和空间都是离散的。因此电磁场和所感兴趣结构材料必须在由所谓的YEE元胞构成的网格上予以描述。麦克斯韦方程的求解在时间上是离散的，所用的时间步长通过光速与网格尺寸紧密相关。在网格尺寸趋于零的极限情况下，这项技术准确无误地描述麦克斯韦方程。 所要仿真计算的结构可以具有各种各样的多种电磁材料特性。 根据需要，可以同时使用多个光源。典型情况下，程序一直运行，直到电磁场能量几乎全部离开整个仿真计算区为止。 时域信息可以在任何一个或多个空间点上予以记录。这些数据的纪录可以贯穿整个计算过程，也可以仅在用户设立的时间点上进行。 频域信息也可以在任何一个或多个空间点或面上予以记录，它们是通过对时域信息进行傅立叶变换获得的。正因为如此，一次运行就可以获得能流和模式结构的频率依赖关系。 此外，应用FDTD技术获得的近场结果也可以变换到远场。这种近场-远场变换在诸如散射研究等应用方面是非常重要的。 1.2 第一步：创建器件的物理结构 打开FDTD Solutions 后，一个有三维视窗的外形编辑器（Layout Editor，简称编辑状态）就呈现在眼前。屏幕上的四个区显现三维结构的不同视图：主视图(XY平面）、俯视图(XZ平面）、侧视图(YZ平面）以及三维立体图。 编辑器Layout Editor 在编辑状态下STRUCTURES 模块有如下图所示的不同形体。 创建物体 创建以及编辑物理结构（物体）必须在编辑状态下进行。所用功能键位列STRUCTURES图标之下（点击STRUCTURES图标既可看见），一目了然。这些功能