PatchWork 算法
张道德 UCAS
第1题 PatchWork 算法
Bender 等提出了著名的Patchwork 算法，这是一种统计算法，即在一个载体图像中嵌入具有特定统计特性的水印。
1.1算法介绍
假设算法针对256级线性量化系统，其初始值为0，所有亮度等级均匀分布，且个个采样点相互独立。
在图像中随机选出两点A 和B 。设A 的亮度为a ，B 的亮度为b ，令S a b =
-。如果大量重复上述过程，则S 的期望应为0。但是这并不代表在某一特定条件下S 究竟取值多少。这是因为在这种处理中，S 的方差是相当高的。S 的方差2s σ则是反应S 的样本围绕其期望值变化的紧密情况。因为,a b 是相互独立的，可以用下式计算：
222
s a b
σσσ=+ 对于均匀分布的有
22
(2550)5418.7512
a σ-==
从而S 的标准差为2104s σ≈。在高斯聚类情况下，一次单独的迭代意义不大。但是，如果我们执行上述过程多次，则会出现不同的情形。如果将这个过程重复n 次，i a 、i b 和i S 是a 、b 和S 的第i 次迭代值，定义11()n n
n i i i i i S S a b ====-∑∑，
则n S 的期望值为0104。
对于一幅图像，按照上面的方法计算10000S ，如果其偏差高于标准差，则可以在很大程度上确定这并非偶然。
事实上，当n 很大时，下面提到的'
n S 将呈高斯分布，使得依据偏离值'n
S σ的
少数几倍数值即可以高置信度地指出图像已经人为的修改，也就是嵌入了水印。具体步骤如下：
? 一个密钥利用k 和伪随即数发生器来选择数据对(,)i i a b 。该密钥和随机数发生器的模型仅为收发双方拥有，解码器需要按照和编码器相同的顺序和位置来选择数据对；
? 将补丁i a 处的亮度值提高δ，δ的一般取值为256的1%~5%之间； ? 将补丁i b 处的亮度值降低同样的值δ； ? 重复上述步骤n 次（n 的典型值为10000）。 相应的解码过程只需要两步：
? （1）对编码后的图像，用同样的密钥k 和伪随机数发生器来选择数据对
(,)i i a b ； ? （2）计算'11()()2()n n
n
i i i i i i S a b n a b δδδ===+--=-∑∑
当n 的值很大时，有'()2n E S n δ≈。
在不知道密钥k 的情况下，随机选取像素对，假设它们是独立同分布的，就有'()0n E S ≈。这就表明，只有水印嵌入者可以对水印进行正确检测，攻击者无法判定图像中是否含有水印。
1.2 编程实现与分析
1.2.1 Patchwork 算法的程序实现与分析
在实验过程中，我们选取10000n =
，则标准差10410400n S ==。我们选取标准差n S 的1.5倍作为阀值 =15600threshold ，即
'
'
n
n if S threshold if S threshold
?>??
图1.1 原始图像与嵌入水印后的图像
在肉眼的观察下，嵌入水印后的图像与原始图像没有什么区别。
在已知密钥的情况下，计算原始图像的n S 和水印图像'
n S ，判断是否有水印。结论如下表：
n
1.2.2 程序代码
%************************************************************************************
Patchwork 水印算法
①在已知密钥的情况下，计算原始图像的n S 和水印图像'
n S 的函数
function [Sn]=KnownKey(ImgName,key1,key2)
%在已知密钥的情况下，计算原始图像的Sn 和水印图像的S ’n Sn=0;
ImgMatrix=double(imread(ImgName)); %读入bmp 位图,存入矩阵ImgMatrix 中
[rowNum,colNum]=size(ImgMatrix); %rowNum 图像矩阵的行数；colNum 图像矩阵的列数
rng(key1) % 恢复生成器设置（密钥）
RandomNumber3=randi([0,rowNum*colNum-1],10000,1); %产生一系列[0，rowNum*colNum-1]之间的随机数1；
rng(key2) % 恢复生成器设置（密钥）
RandomNumber4=randi([0,rowNum*colNum-1],10000,1); %产生一系列[0，rowNum*colNum-1]之间的随机数2； for i=1:10000
Sn=Sn+ImgMatrix(floor(RandomNumber3(i)/512)+1,mod(RandomNumber3(i),512)+1)...
-ImgMatrix(floor(RandomNumber4(i)/512)+1,mod(RandomNumber4(i),512)+1); end
%************************************************************************************
②在不知密钥的情况下，计算水印图像'
n S 的函数
function [Sn]=UnknownKey(ImgName)
%在未知密钥的情况下，计算水印图像的S ’n Sn=0;
ImgMatrix=double(imread(ImgName)); %读入bmp 位图,存入矩阵ImgMatrix 中
[rowNum,colNum]=size(ImgMatrix); %rowNum 图像矩阵的行数；colNum 图像矩阵的列数
RandomNumber3=randi([0,rowNum*colNum-1],10000,1); %产生一系列[0，rowNum*colNum-1]之间的随机数1；
RandomNumber4=randi([0,rowNum*colNum-1],10000,1); %产生一系列[0，rowNum*colNum-1]之间的随机数2； for i=1:10000
Sn=Sn+ImgMatrix(floor(RandomNumber3(i)/512)+1,mod(RandomNumber3(i),512)+1 )...
-ImgMatrix(floor(RandomNumber4(i)/512)+1,mod(RandomNumber4(i),512)+1);
end
%***************************************************************************** *******
③Patchwork函数
function [BrightMatrix,key1,key2]=patchwork(ImgName)
%更改后的图像矩阵
%ChangedImg 更改后的图像名称
%key1，key2系统分配给用户的密钥
ImgMatrix=double(imread(ImgName));
%读入bmp位图,存入矩阵ImgMatrix中
BrightMatrix=ImgMatrix;
[rowNum,colNum]=size(ImgMatrix);
%rowNum 图像矩阵的行数；colNum 图像矩阵的列数
key1=rng; %获取当前的生成器设置（密钥）
RandomNumber1=randi([0,rowNum*colNum-1],10000,1); %产生一系列[0，rowNum*colNum-1]之间的随机数1；
key2=rng; %获取当前的生成器设置（密钥）
RandomNumber2=randi([0,rowNum*colNum-1],10000,1); %产生一系列[0，rowNum*colNum-1]之间的随机数2；
degree=5; %亮度值增加值为256的1%~5%，我们取为5
%******************************************************************************* *******
%图像水印嵌入
for i=1:10000
BrightMatrix(floor(RandomNumber1(i)/colNum)+1,mod(RandomNumber1(i),colNum) +1)=...
BrightMatrix(floor(RandomNumber1(i)/colNum)+1,mod(RandomNumber1(i),colNum) +1)+degree;
BrightMatrix(floor(RandomNumber2(i)/colNum)+1,mod(RandomNumber2(i),colNum) +1)=...
BrightMatrix(floor(RandomNumber2(i)/colNum)+1,mod(RandomNumber2(i),colNum) +1)-degree;
end
%******************************************************************************* *******
④主程序
clc
clear
Deviation=104*100; %标准差
threshold=1.5*Deviation; %图像阀值，设置为标准差的1.5倍[BrightMatrix,key1,key2]=patchwork('elain1.bmp');
imwrite(uint8(BrightMatrix),'elain2.bmp','bmp');
subplot(121),imshow('elain1.bmp'),title('原始图像');
subplot(122),imshow('elain2.bmp'),title('嵌入patchwork水印的效果');
%******************************************************************************* *******
%在已知密钥的情况下，计算原始图像Sn和水印图像Sn'
[Sn0]=KnownKey('elain1.bmp',key1,key2);
[Sn1]=KnownKey('elain2.bmp',key1,key2);
disp('已知密钥的情况下');
disp('原始图像Sn0'); Sn0
if abs(Sn1)>threshold
disp('含有水印，且Sn值为')
Sn1
else
disp('不含有水印，Sn值为')
Sn1
end
%******************************************************************************* *******
[Sn2]=UnknownKey('elain2.bmp');
%在不知密钥的情况下，计算水印图像Sn'
disp('不知密钥的情况下');
if abs(Sn2)>threshold
disp('含有水印，且Sn2值为')
Sn2
else
disp('不含有水印，Sn2值为')
Sn2
end
%******************************************************************************* *******
AOPA最新理论题库第7章任务规划
G001、无人机是指根据无人机需要完成的任务、无人机的数量以及携带任务载荷的类型，对无人机制定飞行路线并进行任务分配。 A.航迹规划 B.任务规划 C.飞行规划 正确答案: B（解析：P174） G002、任务规划的主要目标是依据地形信息和执行任务环境条件信息，综合考虑无人机的性能，到达时间、耗能、威胁以及飞行区域等约束条件。为无人机规划出一条或多条自 的，保证无人机高效，圆满的完成飞行任务，并安全返回基地。 A.起飞到终点，最短路径 B.起飞点到着陆点，最佳路径 C.出发点到目标点，最优或次优航迹 正确答案: C（解析：P174） G003、无人机任务规划是实现的有效途径，他在很大程度上决定了无人机执行任务的效率 A.自主导航与飞行控制 B.飞行任务与载荷导航 C.航迹规划与自主导航 正确答案: A（解析：P174） G004、无人机任务规划需要实现的功能包括 A.自主导航功能，应急处理功能，航迹规划功能 B.任务分配功能，航迹规划功能，仿真演示功能 C.自主导航功能，自主起降功能，航迹规划功能 正确答案: B（解析：P174） G005、无人机任务规划需要考虑的因素有、，无人机物理限制，实时性要求 A.飞行环境限制，飞行任务要求 B.飞行赶任务范围，飞行安全限制 C.飞行安全限制，飞行任务要求 正确答案: A（解析：P175） G006、无人机物理限制对飞行航迹有以下限制：，最小航迹段较长度，最低安全飞行高度 A.最大转弯半径，最小俯仰角 B.最小转弯半径，最小俯仰角 C.最小转弯半径，最大俯仰角 正确答案: C（解析：P175） G007、动力系统工作恒定的情况下，限制了航迹在垂直平面内上升和下滑的最大角度 A.最小转弯半径 B.最大俯仰角
数据结构课程设计计算器
数据结构课程设计报告 实验一：计算器 设计要求 1、问题描述：设计一个计算器，可以实现计算器的简单运算，输出并检验结果的正确性，以及检验运算表达式的正确性。 2、输入：不含变量的数学表达式的中缀形式，可以接受的操作符包括+、-、*、/、%、(、)。 具体事例如下： 3、输出：如果表达式正确，则输出表达式的正确结果；如果表达式非法，则输出错误信息。 具体事例如下： 知识点：堆栈、队列 实际输入输出情况： 正确的表达式
对负数的处理 表达式括号不匹配 表达式出现非法字符 表达式中操作符位置错误 求余操作符左右出现非整数 其他输入错误 数据结构与算法描述 解决问题的整体思路： 将用户输入的中缀表达式转换成后缀表达式，再利用转换后的后缀表达式进行计算得出结果。 解决本问题所需要的数据结构与算法： 用到的数据结构是堆栈。主要算法描述如下： A．将中缀表达式转换为后缀表达式： 1. 将中缀表达式从头逐个字符扫描，在此过程中，遇到的字符有以下几种情况： 1）数字 2）小数点 3）合法操作符+ - * / %
4）左括号 5）右括号 6）非法字符 2. 首先为操作符初始化一个map 122 §17.借助于Matlab 用贯序算法求解目标规 划问题 虽然Matlab 没有提供直接求解目标规划的优化工具，但是根据目标规划的求解思路——单纯形方法。我们可以将一个目标规划问题分解成若干线性规划问题，通过序贯式算法借助于Matlab 优化工具进行求解。 例1：教材第6章第3节中的目标规划问题： - + - + +++=3 322211)(min d p d d p d p Z 11221≤+x x 01121=-+-+ - d d x x 10 22221=-+++ -d d x x 56 1083321=-+++ -d d x x ) 3,2,1(0 ,,,21=≥+ -i d d x x i i 首先将上述问题化为标准形式： - + - + +++=3 322211)(min d p d d p d p Z 112321=++x x x 01121=-+-+ -d d x x 123 10 22221=-+++ -d d x x 56 1083321=-+++ -d d x x ) 3,2,1(0 ,,=≥+ -i d d x i i i 然后按照以下步骤分解计算： 第一步：求解如下线性规划问题： min d1 2x1+x2+x3=11 x1-x2+d1_-d1=0 x1,x2,x3>=0,d1_>=0,d1>=0 对上述线性规划问题，可以借助于Matlab 优化工具中的linprog 函数求解，函数调用命令为： [x,fval]=linprog(f,[],[],Aeq,beq,lb,[]) 其中，参数如下： Aeq= 2 1 1 0 0 0 0 0 0 1 -1 1 -1 beq= 11 0 f= 0 0 0 1 0 0 0 0 lb= 多目标线性规划的若干解法及MATLAB 实现 一．多目标线性规划模型 多目标线性规划有着两个和两个以上的目标函数,且目标函数和约束条件全是线性函 数,其数学模型表示为： 11111221221122221122max n n n n r r r rn n z c x c x c x z c x c x c x z c x c x c x =+++??=+++?? ??=+++? （1） 约束条件为： 1111221121122222112212,,,0 n n n n m m mn n m n a x a x a x b a x a x a x b a x a x a x b x x x +++≤??+++≤?? ??+++≤?≥?? （2） 若（1）式中只有一个1122i i i in n z c x c x c x =+++ ，则该问题为典型的单目标线性规划。我们记:()ij m n A a ?=,()ij r n C c ?=,12(,,,)T m b b b b = ,12(,,,)T n x x x x = ， 12(,,,)T r Z Z Z Z = . 则上述多目标线性规划可用矩阵形式表示为: max Z Cx = 约束条件：0 Ax b x ≤?? ≥? （3） 二．MATLAB 优化工具箱常用函数[3] 在MA TLAB 软件中，有几个专门求解最优化问题的函数，如求线性规划问题的linprog 、求有约束非线性函数的fmincon 、求最大最小化问题的fminimax 、求多目标达到问题的fgoalattain 等,它们的调用形式分别为： ①.[x,fval]=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub) f 为目标函数系数,A,b 为不等式约束的系数, Aeq,beq 为等式约束系数, lb,ub 为x 的下 限和上限, fval 求解的x 所对应的值。 算法原理：单纯形法的改进方法投影法 ②.[x,fval ]=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub ） fun 为目标函数的M 函数, x0为初值,A,b 为不等式约束的系数, Aeq,beq 为等式约束 单片机十进制加法计算器设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C51单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用3位7段共阴极LED动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C 语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。 引言 十进制加法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C51芯片、汇编语言、数码管、加减乘除 目录 摘要 (01) 引言 (01) 一、设计任务和要求............................. 1、1 设计要求 1、2 性能指标 1、3 设计方案的确定 二、单片机简要原理............................. 2、1 AT89C51的介绍 2、2 单片机最小系统 2、3 七段共阳极数码管 三、硬件设计................................... 3、1 键盘电路的设计 3、2 显示电路的设计 四、软件设计................................... 4、1 系统设计 4、2 显示电路的设计 五、调试与仿真................................. 5、1 Keil C51单片机软件开发系统 5、2 proteus的操作 六、心得体会.................................... 参考文献......................................... 附录1 系统硬件电路图............................ 附录2 程序清单.................................. 微机课程设计报告 题目简易计算器仿真 学院（部）信息学院 专业通信工程 班级2011240401 学生姓名张静 学号33 12 月14 日至12 月27 日共2 周 指导教师（签字）吴向东宋蓓蓓 单片机十进制加法计算器设计 摘要 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计 算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED上相应的显示结果。 软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对计算器四则运算算法特别是乘法和除法运算的实现，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。 引言 十进制加法计算器的原理与设计是单片机课程设计课题中的一个。在完成理论学习和必要的实验后，我们掌握了单片机的基本原理以及编程和各种基本功能的应用，但对单片机的硬件实际应用设计和单片机完整的用户程序设计还不清楚，实际动手能力不够，因此对该课程进行一次课程设计是有必要的。 单片机课程设计既要让学生巩固课本学到的理论，还要让学生学习单片机硬件电路设计和用户程序设计，使所学的知识更深一层的理解，十进制加法计算器原理与硬软件的课程设计主要是通过学生独立设计方案并自己动手用计算机电路设计软件，编写和调试，最后仿真用户程序，来加深对单片机的认识，充分发挥学生的个人创新能力，并提高学生对单片机的兴趣，同时学习查阅资料、参考资料的方法。 关键词：单片机、计算器、AT89C52芯片、汇编语言、数码管、加减乘除 一种偏向目标型的RRT算法实现 摘要：本文针对基本快速扩展随机树(RRT)算法存在搜索过于平均、效率低下、用时较长的缺陷，提出了一种偏向目标型的改进型RRT算法。这种算法在生成随机点时以一定概率选择最终目标点作为局部目标点，使树的扩展有一个趋向于最终目标点的趋势，从而加快了算法的收敛速度，优化了规划路径。最后通过Matlab程序仿真，在二维平面上验证了改进型算法相对于基本算法的优越性。关键词：路径规划、RRT算法、偏向目标型 一.引言 机器人学是当今科学技术研究的热点问题，它汇聚了各个尖端学科最先进的研究成果。科学家们从上世纪40年代开始着手研制机器人到如今，机器人的发展主要经历了三次技术变革。从最简单的第一代机器人到现在的第三代智能机器人，机器人从只会机械的执行命令逐渐演变成利用各种先进的传感器自动的学习环境，适应环境，并完成人类下达的任务。 路径规划问题是机器人研究中的重要的组成部分，它的重点就是要使机器人自主并且安全的从起始位姿移动到目标位姿。机器人路径规划主要分为全局路径规划和局部路径规划两大方面。全局路径规划是一种利用环境全局信息的方法，它通常将周边环境信息存储在一张地图中，并且利用这张地图寻找可行路径。全局路径规划的优点是有利于找到全局可行解和最优解，但是它的运算时间长，不适用于快速变化的动态环境。常用的全局路径规划方法有栅格法、可视图法、拓扑法和自由空间法等。局部路径规划只考虑机器人当前能探测到的环境信息，运算速度快、反应迅速，非常适用于动态环境。但其缺点是算法可能无法收敛，不能保证机器人一定能够到达目标点，而且找到的可行路径可能会偏离最短路径。常用的局部路径规划算法有人工势场法、模糊逻辑法、神经网络法和遗传算法等等。 RRT算法是最近几年才发展起来的，并且应用比较普遍的一种路径规划算法。它在处理非完整约束的路径规划问题时具有相当大的优势，因为它可以将各种约束集成到算法本身之中，因此对环境要求较低。而且该算法概率完备，在理论上肯定能找到可行路径。但其缺点是搜索过于平均，算法效率较低，而且规划 安卓应用程序设计 ——简易计算器的实现院（系）名称 专业名称 学生姓名 学生学号 课程名称 2016年6月日 1.系统需求分析 Android是以Linux为核心的手机操作平台，作为一款开放式的操作系统，随着Android 的快速发展，如今已允许开发者使用多种编程语言来开发Android应用程序，而不再是以前只能使用Java开发Android应用程序的单一局面，因而受到众多开发者的欢迎，成为真正意义上的开放式操作系统。计算器通过算法实行简单的数学计算从而提高了数学计算的效率，实现计算器的界面优化，使界面更加友好，操作更加方便。基于android的计算器的设计,系统具有良好的界面；必要的交互信息；简约美观的效果。使用人员能快捷简单地进行操作，即可单机按钮进行操作，即时准确地获得需要的计算的结果，充分降低了数字计算的难度和节约了时间。 2.系统概要设计 2.1计算器功能概要设计 根据需求，符合用户的实际要求，系统应实现以下功能：计算器界面友好，方便使用，，具有基本的加、减、乘、除功能，能够判断用户输入运算数是否正确，支持小数运算，具有清除功能。 图2.1系统功能图 整个程序基于Android技术开发，除总体模块外主要分为输入模块、显示模块以及计算模块这三大部分。在整个系统中总体模块控制系统的生命周期，输入模块部分负责读取用户输入的数据，显示模块部分负责显示用户之前输入的数据以及显示最终的计算结果，计算模块部分负责进行数据的运算以及一些其他的功能。具体的说，总体模块的作用主要是生成应用程序的主类，控制应用程序的生命周期。 输入模块主要描述了计算器键盘以及键盘的监听即主要负责读取用户的键盘输入以及 响应触屏的按键，需要监听手机动作以及用指针事件处理方法处理触屏的单击动作。同时提供了较为直观的键盘图形用户界面。 显示模块描述了计算器的显示区，即该区域用于显示用户输入的数据以及最终的计算结 多目标规划问题 3.5 黑龙江省可持续农业产业结构优化模型的求解 鉴于上面的遗传算法的基本实现技术和理论分析，对标准遗传算法进行适当改进，将其用于求解黑龙江省可持续农业产业结构优化模型中。黑龙江省农业产业结构优化模型具有大系统、多目标、非线性等特点，传统的求解方法受到了模型复杂程度的限制，由引言可知，遗传算法对解决此类问题具有明显的优势。下面介绍具体采用的遗传多目标算法操作设计以及模型求解过程。 3.5.1遗传多目标算法操作设计 3.5.1.1 实数编码方法 在求解复杂优化问题时，二进制向量表示结构有时不太方便，并且浮点数编码的遗传算法对变异操作的种群稳定性比二进制编码好（徐前锋，2000）。以浮点数编码的遗传算法也叫实数遗传算法（Real number Genetic Algorithms ，简称RGA ）。每一个染色体由一个浮点数向量表示，其长度与解向量相同。假如用向量),(21n x x x X 表示最优化问题的解，则相应的染色体就是 ),(21n x x x V ，其中n 是变量个数。 3.5.1.2 种群初始化方法 遗传算法中初始群体的个体是随机产生的，由于本文优化模型所涉及的变量容易给出一个相对较大的问题空间的变量分布范围，并且若给出一定的搜索空间也会加快遗传算法的收敛速度；因此本文采取3.3.2中的第一种策略，对每一个变量设置可能区间，然后在可能区间内随机产生初始种群。为保证不会遗漏最优解，选择区间跨度范围很大。 3.5.1.3 适应度函数设计 用遗传算法求解多目标优化问题中出现的一个特殊情况就是如何根据多个目标来确定个体的适应值。本文采用Gen 和Cheng 提出的适应性权重方法 （Adaptive Weight Approach ），该方法利用当前种群中一些有用的信息来重新调整权重，从而获得朝向正理想点的搜索压力（玄光男等，2004）。将目标函数按3.3.3所述转化成带有q 个目标（本文模型3 q ）的最大化问题： )}(,),(),({max 2211x f z x f z x f z q q （3-14） 对于每代中待检查的解来说，在判据空间中定义两个极限点：最大极限点 z 和最小极限点 z 如下： },,,{} ,,,{m in m in 2m in 1m ax m ax 2m ax 1q q z z z z z z z z （3-15） 其中m in m ax k k z z 和是当前种群中第k 个目标的最大值和最小值。由两个极限点定义的超平行四边形是包含当前所有解的最小超平行四边形。两个极限点每代更新，最大极限点最终将接近正理想点。目标k 的适应性权重用下式计算： ),,2,1(1 min max q k z z k k k 因此，权重和目标（Weighted-sum Objective ）函数由下面的公式确定 q k k k k q k k k z z x f x f x z 1m in m ax 1)()()( （3-16） 3.5.1.4 遗传操作 （1）选择操作。以比例选择法和最优个体保存法配合使用进行选择操作，即选择过程仍以旋转赌轮来为新的种群选择染色体，适应度越高的染色体被选中的概率越大；另一方面，为了保证遗传算法的全局收敛性，在选择作用后保留当前群体中适应度最高的个体，不参与交叉和变异，同时也确保当前最优个体不被随机进行的遗传操作破坏。 VB应用程序的设计方法 ——“简易计算器”教学设计 揭阳第一中学卢嘉圳 教学内容：利用所学知识制作Visual Basic程序“简易计算器” 教学目标：能熟练运用CommandButton控件及TextBox控件进行Visual Basic(以下简称VB)程序的设计，能熟练运用条件语句编写代码 教学重点:运用开发VB程序一般过程的思路来开发“简易计算器” 教学难点:分析得出实现“简易计算器”各运算功能的算法。 教材分析： 当我刚开始进行程序设计的教学时，便感觉比较难教。这是因为程序设计本身枯燥、严谨，较难理解，而且学生大多数都是初学者，没有相应的知识基础。对于《程序设计实例》，我们选用的教材是广东教育出版社出版的《信息技术》第四册，该书采用的程序设计语言是VB，而学生是仅学过了一点点简单的QB编程之后就进入《程序设计实例》的学习的。 教材为我们总结了设计VB程序的一般步骤：创建用户界面；设置控件属性；编写事件程序代码；运行应用程序。我总结了一下，其实VB程序设计可分为设计用户界面及编写程序代码两个环节。 教学过程： 一、引入新课 任务：让学生按照书上提示完成一个非常简单的VB程序——“计算器”（仅包含开方、平方、求绝对值功能）的制作。 目的：加强对CommandButton控件及TextBox控件的掌握，复习对开方、求绝对值函数的使用。 引入本节课的学习任务：设计一个简易计算器，包含加、减、乘、除、开方、平方等运算。程序界面可参考下图。 具体功能为：在Text1中输入一个数值，然后单击代表运算符的按钮则运算结果会在text2中显示出来；比如在text1中输入一个2，然后按“+”按钮，再输入一个3按“-”按钮，再输入一个-4按“*”按钮，则实际为(2-3)*(-4)；最后在text2中显示结果为4。 多目标蚁群算法及其实现 李首帅（2012101020019） 指导老师：张勇 【摘要】多目标优化问题对于现阶段来说，是十分热门的。本文将对多目标规划当中的旅行商问题，通过基于MATLAB的蚁群算法来解决，对多目标问题进行局部优化。 【关键词】旅行商问题；蚁群算法；MATLAB 一、背景介绍 旅行商问题是物流领域当中的典型问题，它的求解十分重要。蚁群算法是受自然界中真实蚁群的集体行为的启发而提出的一种基于群体的模拟进化算法,属于随机搜索算法。M. Dorigo等人充分利用了蚁群搜索食物的过程与旅行商问题(TSP)之间的相似性,通过人工模拟蚁群搜索食物的行为(即蚂蚁个体之间通过间接通讯与相互协作最终找到从蚁穴到食物源的最短路径)来求解TSP问题。为区别于真实蚁群,称算法中的蚂蚁为“人工蚂蚁”。人们经过大量研究发现,蚂蚁个体之间是通过一种称之为信息素(pheromone)的物质进行信息传递,从而能相互协作,完成复杂的任务。蚁群之所以表现出复杂有序的行为,个体之间的信息交流与相互协作起着重要的作用。蚂蚁在运动过程中,能够在它所经过的路径上留下该种物质,而且能够感知这种物质的存在及其强度,并以此指导自己的运动方向。蚂蚁倾向于朝着该物质强度高的方向移动。因此,由大量蚂蚁组成的蚁群的集体行为便表现出一种信息正反馈现象:某一路径上走过的蚂蚁越多,则后来者选择该路径的概率就越大。蚂蚁个体之间就是通过这种信息的交流达到搜索食物的目的。 二、蚁群算法原理介绍 1.蚁群在路径上释放信息素； 2.碰到还没走过的路口，就随机挑选一条路走。同时释放与路径长度有关的信息素； 3.信息素浓度与路长成反比； 4.最优路径上的信息浓度越来越大； 5.最终蚁群找到最优路径。 其实自然界中，蚁群这种寻找路径的过程表现是一种正反馈的过程，与人工蚁群的优化算法很相近。所以我们简单功能的工作单元视为蚂蚁，则上述的搜寻路径过程可以用来解释人工蚁群搜寻过程。 人工蚁群和自然界蚁群各具特点。人工蚁群具有一定的记忆能力。它能够记忆已经访问过的节点;另外,人工蚁群在选择下一条路径的时候并不是完全盲目的,而是按一定的算法规律有意识地寻找最短路径。而自然界蚁群不具有记忆的能力，它们的选路凭借外激素，或者 模拟计算器 学生姓名：**** 指导老师：**** 摘要本课程设计的课题是设计一个模拟计算器的程序，能够进行表达式的计算，并且表达式中可以包含Abs()和Sqrt()运算。在课程设计中，系统开发平台为Windows ，程序设计设计语言采用C++，程序运行平台为Windows 或*nix。本程序的关键就是表达式的分离和处理，在程序设计中，采用了将输入的中缀表达式转化为后缀表达式的方法，具有可靠的运行效率。本程序做到了对输入的表达式（表达式可以包含浮点数并且Abs()和Sqrt()中可以嵌套子表达式）进行判定表达式是否合法并且求出表达式的值的功能。经过一系列的调试运行，程序实现了设计目标，可以正确的处理用户输入的表达式，对海量级数据都能够通过计算机运算快速解决。 关键词C++程序设计；数据结构；表达式运算；栈；中缀表达式；后缀表达式；字符串处理；表达式合法判定； 目录 1 引言 (3) 1.1课程设计目的 (3) 1.2课程设计内容 (3) 2 设计思路与方案 (4) 3 详细实现 (5) 3.1 表达式的合法判定 (5) 3.2 中缀表达式转化为后缀表达式 (5) 3.3 处理后缀表达式 (7) 3.4 表达式嵌套处理 (8) 4 运行环境与结果 (9) 4.1 运行环境 (9) 4.2 运行结果 (9) 5 结束语 (12) 参考文献 (13) 附录1：模拟计算器源程序清单 (14) 1 引言 本课程设计主要解决的是传统计算器中，不能对表达式进行运算的问题，通过制作该计算器模拟程序，可以做到快速的求解表达式的值，并且能够判定用户输入的表达式是否合法。该模拟计算器的核心部分就在用户输入的中缀表达式的转化，程序中用到了“栈”的后进先出的基本性质。利用两个“栈”，一个“数据栈”，一个“运算符栈”来把中缀表达式转换成后缀表达式。最后利用后缀表达式来求解表达式的值。该算法的复杂度为O(n)，能够高效、快速地求解表达式的值，提高用户的效率。 1.1课程设计目的 数据结构主要是研究计算机存储，组织数据，非数值计算程序设计问题中所出现的计算机操作对象以及它们之间的关系和操作的学科。数据结构是介于数学、计算机软件和计算机硬件之间的一门计算机专业的核心课程，它是计算机程序设计、数据库、操作系统、编译原理及人工智能等的重要基础，广泛的应用于信息学、系统工程等各种领域。学习数据结构是为了将实际问题中涉及的对象在计算机中表示出来并对它们进行处理。通过课程设计可以提高学生的思维能力，促进学生的综合应用能力和专业素质的提高。 模拟计算器程序主要利用了“栈”这种数据结构来把中缀表达式转化为后缀表达式，并且运用了递归的思想来解决Abs()和Sqrt()中嵌套表达式的问题，其中还有一些统计的思想来判定表达式是否合法的算法。 1.2课程设计内容 本次课程设计为计算器模拟程序，主要解决表达式计算的问题，实现分别按表达式处理的过程分解为几个子过程，详细的求解过程如下：1 用户输入表达式。 2 判定表达式是否合法。 3 把中缀表达式转化为后缀表达式。 4 求出后缀表达式的结果。 5 输出表达式的结果。通过设计该程序，从而做到方便的求出一个表达式的值，而不需要一步一步进行运算。 %遗传算法解决多目标函数规划 clear clc syms x; %Function f1=f(x) f1=x(:,1).*x(:,1)/4+x(:,2).*x(:,2)/4; %function f2=f(x) f2=x(:,1).*(1-x(:,2))+10; NIND=100; MAXGEN=50; NV AR=2; PRECI=20; GGPA=0.9; trace1=[]; trace2=[]; trace3=[]; FielD=[rep([PRECI],[1,NV AR]);[1,1;4,2];rep([1;0;1;1],[NV AR])]; Chrom=crtbp(NIND,NV AR*PRECI); v=bs2rv(Chrom,FielD); gen=1; while gen 课题：用计算器计算 教学内容：三年级下册第48—51页内容 教学目标： 1、在运算中了解计算器的结构和基本功能；能正确、熟练地运用计算器进行一、两步的式题运算。 2、能运用计算器解决一些简单的实际问题，探索一些基本的数学规律。 3、培养观察、比较、分析、归纳、概括等能力。 教学过程： 一、尝试运用 师：开学到现在，我们一直在学习计算，下面这些题，哪些你一眼能看出来答案的，直接说的得数。 1、初步尝试 90＋56= 45×99≈ 87546—3469= 42×30= 2102÷30≈ 43×365= 师：最后两道看来有困难，列竖式算算。 师：先不报答案，要你自己检验做的对不对，你准备怎么样？试一试用计算器来验算，你们会吗？ 师：谁愿意带上你的竖式计算上来展示意下，向大家演示一下你用计算器验算的过程可以吗？（鼓励和表扬） 师：看来，大家还真的会用计算器！想不想“再显身手”？ 2、再次尝试：探索用计算器进行混合运算的方法 ①546×28－4276 ②2940 ÷28＋763 ③15021-87×99 ④25120÷（449－289） （1）这4题与上面4题相比，有什么不一样？会做吗？请试一试。 （2）交流操作方法。 （3）你有没有感觉到这4道题在计算过程中有什么不一样？ （4）用计算器计算③、④该怎么操作呢？我们以第③题为例，谁来介绍介绍？ （突出“记住中间数”、“使用MR键”、倒减等方法。） （①、②两题只要按顺序依次输入，③、④题要先算后一步，③④可以“记住过程得数”，③还可以倒减等） （5）介绍用存储键计算，尝试用“MR键”计算③④题。 二、解决生活问题 师：通过这几道题计算，你感觉计算器怎么样？你们喜欢用计算器吗？下面我们就发挥计算器的作用，用它来完成一个非常有价值的问题。 1、出示：一个水龙头滴水的动态画面。据统计一个没有关紧的水龙头，每天大约滴18千克的水，这些水就这样白白流掉了。 （1）照这样计算一年(按365天计算)要浪费多少千克水？ （2）把这些水分别装在饮水桶中(每桶约重15千克)算算大约能装多少桶？ （3）你家每月用几桶水？算算这些水够你家用几个月？大约合多少年？ 师：目前我国西南大旱，一些地区粮食因为缺水绝收。云南山区的孩子们喝脏水解渴。联系我们刚才的这些计算数据，你想到什么？ 三、探索计算规律： 师：既然人们发明了这么好的计算器，我们就应该更好地运用它。让我们来挑战一下自己，探索计算的规律好不好？ 1、找出规律后再填写每组的后2题得数，并用计算器检验。 19+9×9= 118+98×9= 1117+987×9= 11116+9876×9= 111115+98765×9= 学生汇报自己的发现。按这样一种规律写下去，下一题该是什么样的？ 2、自己探索规律。 1122÷34= 111222÷334= 11112222÷3334= …… 111…1222…2÷333…34= 2001个1 2001个2 2000个3 §18. 运用目标达到法求解多目标规划 用目标达到法求解多目标规划的计算过程，可以通过调用Matlab软件系统优化工具箱中的fgoalattain函数实现。 在Matlab的优化工具箱中，fgoalattain函数用于解决此类问题。其数学模型形式为： minγ F(x)-weight ·γ≤goal c(x) ≤0 ceq(x)=0 A x≤b Aeq x=beq lb≤x≤ub 其中，x，weight，goal，b，beq，lb和ub为向量；A和Aeq为矩阵；c(x)，ceq(x)和F(x)为函数。 调用格式： x=fgoalattain(F,x0,goal,weight) x=fgoalattain(F,x0,goal,weight,A,b) x=fgoalattain(F,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq) 134 x=fgoalattain(F,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub) x=fgoalattain(F,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon) x=fgoalattain(F,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options) x=fgoalattain(F,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options,P1,P2) [x,fval]=fgoalattain(…) [x,fval,attainfactor]=fgoalattain(…) [x,fval,attainfactor,exitflag,output]=fgoalattain(…) [x,fval,attainfactor,exitflag,output,lambda]=fgoalattain(…) 说明：F为目标函数；x0为初值；goal为F达到的指定目标；weight为参数指定权重；A、b为线性不等式约束的矩阵与向量；Aeq、beq为等式约束的矩阵与向量；lb、ub为变量x的上、下界向量；nonlcon为定义非线性不等式约束函数c(x)和等式约束函数ceq(x)；options中设置优化参数。 x返回最优解；fval返回解x处的目标函数值；attainfactor返回解x处的目标达到因子；exitflag描述计算的退出条件；output返回包含优化信息的输出参数；lambda返回包含拉格朗日乘子的参数。 例1：教材第6章第4节第二小节，即生产计划问题： 某企业拟生产A和B两种产品，其生产投资费用分别为2100元/t和4800元/t。A、B两种产品的利润分别为3600元/t和6500元/t。A、B产品每月的最大生产能力分别为5t和8t；市场对这两种产品总量的需求每月不少于9t。试问该企业应该如何安排生产计划，才能既能满足市场需求，又节约投资，而且使生产利润达到最大最。 135 桂林电子科技大学 数学与计算科学学院实验报告 实验室：06406 实验日期： 2014年12月6日 院（系） 数学与计算科学学院 年级、专业、班级 12007301 姓名 成绩 课程 名称 运筹学实验 实验项目 名 称 目标规划算法实现 指导 教师 南江霞 一 、实验目的 1、掌握目标规划的数学模型创建方法； 2、掌握目标规划问题的图解法和单纯形法； 3、掌握目标规划问题的软件求解； 4、掌握目标规划问题的满意解的分析方法。 二、实验原理 利用WinQSB 和Lingo 的软件关于线性方程组求解的方法对问题求解。 三、使用仪器，材料 实验指导书、课本、WinQSB 和Lingo 软件。 四、实验内容与步骤 某电子厂生产录音机和电视机两种产品，分别经由甲、乙两个车间生产。已知除外 购件外，生产一台录音机需要甲车间加工2小时，乙车间装配1小时；生产一台电视机 需要甲车间加工1小时，乙车间装配3小时。两种产品生产出来后均需要经过检验、销 售等环节。已知每台录音机检验销售费用为50元，每电视机检验销售费用为30元。又 甲车间每月可用生产工时为120小时，车间管理费用为80元/小时；乙车间每月可用的 生产工时为150小时，车间管理费用为20元/小时。估计每台录音机利润为100元，每 台电视机利润为75元，又估计下一年度内平均每月可销售录音机50台，电视机80台。 工厂制定月度计划的目标如下： 第一优先级：检验和销售每月不超过4600元； 第二优先级：每月销售录音机不少于50台； 第三优先级：甲乙两车间的生产工时得到充分的利用； 第四优先级：甲车间加班不超过20小时； 第五优先级：每月销售电视机不少于80台； 第六优先级：两个车间加班总时间要有控制； 试确定该厂为达到以上目标的最优月度计划生产数字。 根据题意我们可以得到如下的目标规划： )4()4(min 21655642134231++-+---++++++++=d d P d P d P d d P d P d P z “移动应用开发”实验报告 1 而受至到众多开发者的欢迎，成为真正意义上的开放式操作系统。计算器通 过算法实行简单的或学计算从而提高了数学计算的效率，实现计算器的界面 优化，使界面更加友好，操作更加方便。基于android的计算器的设计系统具 有良好的界面；必要的英互信息：简约美观的效票，使用人员能快捷简单地 进行操作，即可单机按钮进行操作，即时准确地获得需要的计算的结果，充 分降低了数字计算的难度和节约了时间。 2.系统概要设计 2.1计算器功能概要设计 根据需求，符合用户的实际需求，系统应实现以下功能：计算器界面友好， 方便使用，具有基本的加，减，乘，除功能。能够判断用户输入运算数是否 正确，支持小数运算，具有清除功能。 整个程序基于Android 技术开发，除总体模块外主要分为输入模块、显 示模块以及计算模块这三大部分。在整个系统中总体模块控制系统的生命周期，输入模块部分负责读取用户输入的数据，显示模块部分负责显示用户之 前输入的数据以及显示最终的计算结果，计算模块部分负责进行数据的运算 以及一些其他的功能。具体的说，总体模块的作用主要是生成应用程序的主类，控制应用程序的生命周期。 输入模块主要描述了计算器键盘以及键盘的监听即主要负责读取用户的 键盘输入以及响应触屏的按键，需要监听手机动作以及用指针事件处理方法 处理触屏的单击动作。同时提供了较为直观的键盘图形用户界面。 显示模块描述了计算器的显示区，即该区域用于显示用户输入的数据以 及最终的计算结果，同时负责显示一些其他的信息。 计算器模块主要描述了计算器的整体，实现了计算器的界面，负责用户 2 输入数据，计算，显示，清零等功能。 2.2输入模块设计 系统如果想完成计算器中各种功能，首先用户要能进行数据输入，由于 是在触屏手机上开发计算器程序，所以要求输入可以直接使用触屏进行，所 以在设计的时候就要充分的考虑这一点。正是由于考虑到这个特殊的地方， 所以在进行模块设计中，选择编写输入模块类的时候会特意选取使用可以支 持触屏输入的特殊增强型图形用户界面类。 输入模块主要的任务是描述计算器键盘以及实现键盘的监听，即当用户 点击按键或者屏幕的时候监听会去调用相应的处理办法，本模块还需要为系 统提供一个较为直观的键盘图形用户界面。输入模块的功能图如图 2.3显示模块设计 作为手机计算器系统，显示部分也是必不可少的一部分。没有显示部分 就没有办法显示用户输入的数字是否正确，甚至不能显示计算出的结果，由 此可见显示模块即包括输入的部分（因个人技术原因不能显示表达式的形式）也包括输出的部分。 显示模块主要完成的任务是描述计算器的显示区，该区域用于显示用户 输入的数据以及最终的计算结果和一些其他信息。同时本模块还将提供调用 和设置显示的具体方法。 3 -253- 第二十一章 目标规划 §1 目标规划的数学模型 为了具体说明目标规划与线性规划在处理问题的方法上的区别，先通过例子来介绍目标规划的有关概念及数学模型。 例1 某工厂生产I ，II 两种产品，已知有关数据见下表 I II 拥有量 原材料 kg 2 1 11 设 备 hr 1 2 10 利润 元/件 8 10 试求获利最大的生产方案。 解 这是一个单目标的规划问题，用线性规划模型表述为： 21108max x x z += ?????≥≤+≤+0,1021122 12121x x x x x x 最优决策方案为：62,3,4**2*1===z x x 元。 但实际上工厂在作决策方案时，要考虑市场等一系列其它条件。如 （i ）根据市场信息，产品I 的销售量有下降的趋势，故考虑产品I 的产量不大于产品II 。 （ii ）超过计划供应的原材料，需要高价采购，这就使成本增加。 （iii ）应尽可能充分利用设备，但不希望加班。 （iv ）应尽可能达到并超过计划利润指标56元。 这样在考虑产品决策时，便为多目标决策问题。目标规划方法是解决这类决策问题的方法之一。下面引入与建立目标规划数学模型有关的概念。 1. 正、负偏差变量 设d 为决策变量的函数，正偏差变量}0,max{0d d d -=+表示决策值超过目标值的部分，负偏差变量}0,min{0d d d --=-表示决策值未达到目标值的部分， 这里0d 表示d 的目标值。因决策值不可能既超过目标值同时又未达到目标值，即恒有0=?-+d d 。 2. 绝对约束和目标约束 绝对约束是指必须严格满足的等式约束和不等式约束；如线性规划问题的所有约束条件，不能满足这些约束条件的解称为非可行解，所以它们是硬约束。目标约束是目标规划特有的，可把约束右端项看作要追求的目标值。在达到此目标值时允许发生正或负偏差，因此在这些约束中加入正、负偏差变量，它们是软约束。线性规划问题的目标函数，在给定目标值和加入正、负偏差变量后可变换为目标约束。也可根据问题的需要将绝对约束变换为目标约束。如：例1的目标函数21108x x z +=可变换为目标约束561081121=-+++-d d x x 。绝对约束11221≤+x x 可变换为目标约束 1122221=-+++-d d x x 。§17借助于Matlab用贯序算法求解目标规划问题
多目标线性规划的若干解法及MATLAB实现
简易计算器
微机课设简易计算器
一种偏向目标型的RRT算法实现
基于安卓的计算器的设计与实现
多目标规划问题知识讲解
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多目标蚁群算法及其实现
模拟计算器程序-课程设计
多目标规划遗传算法
用计算器计算(教案)
§18运用目标达到法求解多目标规划
运筹学实验二目标规划算法实现
移动应用开发实验---简单计算器
数学建模算法大全目标规划