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同为论文范文第1篇

关键词:儿童;问题行为;评估;对策

1儿童“问题行为”的概述

“问题行为”(ProblemBehavior)又叫做行为问题，研究者们从不同的研究角度提出了众多概念，涉及到心理、教育、社会、医学等多个学科领域.但可以概述为:是后天形成的、影响儿童身心健康发展的、给家庭.、学校、社会带来麻烦的行为.有关儿童“问题行为”的分类也众说不一，有二分法、三分法、四分法、七分法等等，但较有代表性的是左其沛先生的分类，他将问题行为分为四种类型:过失型(如迟到、拖欠作业等);品德不良型(如撒谎、偷窃、拦路抢劫、流氓性等);攻击型(如顶撞师长、故意扰乱课堂、发泄、迁怒等)和压抑型(如胆小、孤僻、逃避、消极、自暴自弃等)，由于年龄的不同，儿童和青少年的问题行为的类型也不同.在儿童期(6岁一11岁)，过失型问题行为最多(占77.5%)，其他依次是品德不良型(占12.9%)、压抑型(64%)和攻击型(32%).不同分类都有其各自的特点和在具体情况下的适用性.而且，不同角度的分类之间也存在交叉现象，因此，没有必要强求统一。此外，问题行为的表现形式是复杂多样的，有些具体的行为表现很难严格归人某一个类别中去，也就是说任何分类都难以涵盖所有具体的问题行为.因此，对问题行为的分类只具有相对意义。至于采用哪种分类更合适，还应根据具体的研究目的和研究情境而定.

2儿童“问题行为”的评估

不同研究者对“问题行为”的含义理解不同，因此对问题行为的评估标准也不同.有学者认为，儿童偶尔表现出来的、轻微的、对学习和生活影响不大的行为不属于问题行为，只有那些在儿童行为中经常出现的、比较稳定的、扰乱性较大、对学习效率影响较严重、需要作耐心和长期教育的行为，才属于问题行为.也有学者认为，由于行为本身就是在正常和不正常间发展的连续体，因此一般儿童都不同程度地存在一些问题行为.

儿童“问题行为”的评估标准虽然没有统一，但可从以下几方面综合考虑:

(1)统计学标准.在普通儿童中，其行为在统计学上显示为常态分布.在常态曲线上，居中的大多数儿童行为属于正常范围，而远离中间的两端则被视为异常.也就是说，某儿童行为与其所处年龄阶段的正常状态相比，若明显不同于同龄人的一般行为则可以看作是问题行为.显然这里的“问题行为”是相对的，它是一个连续变量，偏离平均值的程度越大，则越不正常.以统计数据为依据，确定正常与异常的界限，这种判断方法多以心理测验法为工具.例如，Achenbach儿童行为量表(cBCL>是筛选儿童“问题行为”的常用量表.

(2)发展标准.着重对儿童的个体行为发展状况进行纵向考察与分析.即与儿童自身行为发展相比，若较长时间存在行为发展上的退步现象，则可能预示着问题行为的出现.

(3)环境适应标准.在正常情况下，儿童的行为是与家庭、学校、社会的合理要求相符的，若严重偏离了行为规范则属于问题行为.

(4)运用有关的规章、制度、条例、守则、规范去进行鉴别，看行为“出轨”的程度.

3儿童“问题行为”评估时应注意的问题

3.1客观性

儿童问题行为评估的客观性主要包括三个方面:(1)实事求是的态度;(2)必须考虑到儿童生活的客观条件，即儿童周围社会生活条件、教育条件和生物条件;(3)任何结论都要以充分的事实材料为依据.

3.2发展性

儿童是有着自己身心发展规律、有巨大发展潜能的、处于发展过程中的活生生的人，因此，在评估儿童问题行为时，要用发展的眼光、变化的眼光看儿童，而不能用眼前的表现武断地给儿童下一个发展的结论.

小学阶段的儿童在感知觉方面，他们感知事物时目的性不够明确，无意性和情绪性比较明显，知觉的持续性差，不善于进行分析综合，对事物的主次特点往往分辨不清，时间和空间知觉还比较模糊.在注意力方面，主要是无意注意占优势，注意力不稳定、不持久，容易被一些新异刺激所吸引.在思维方面，以具体形象思维为主，不具备思考深层问题的能力.在情感意志力方面，小学生情绪具有冲动性和易变性，道德情感在发展当中，但仍是狭隘模糊的.所以在小学儿童身上，常出现上学迟到、课堂上不遵守纪律、为一块橡皮与同桌发生打架、偷拿别人物品等事情.

3.3注意区分“问题行为”和“问题儿童”

问题儿童和问题行为是心理学上两个不同的术语.问题儿童是指生理、心理发展异常和品德行为上有严重缺陷的儿童.这类儿童有一系列生理.、心理症状，往往不能与他人正常交往，不遵守社会公认的正常儿童的社会规范，在处理事情、学习等方面与正常儿童有显著差别.间题儿童如果得不到及时的治疗，会有两种后果:一种是成为精神病性儿童，一种是形成怪癖性格，不能与他人正常交往，社会适应不良，易做出越轨举动，走上道路.

问题行为在儿童的成长过程中是普遍存在的，在提及问题行为时，关注的是行为本身，而不是对行为发生者做出整体评价，也就是说要区分好“问题行为”和“问题儿童”的概念.比如:问题行为可以存在于差生身上，也可以存在于品学兼优的好学生身上，不能片面地认为问题行为只有在差生身上才会出现.

3.4要多方面搜集信息

问题行为产生的原因极其复杂，它与儿童自身素质和心理状态，如需要、气质、情绪和性格等有关，也受家庭、学校、社会环境的制约，如家庭状况、交友情况、社会风气，等等，都可能成为诱发问题行为的因素.因此，对问题行为的分析要从多方面人手，收集社会、家长、各科教师、同学对儿童问题行为的反映，看问题行为的征兆、环境特点、表现形态，以克服所获信息的片面性.

此外，对问题行为的评估要考虑到行为发生的经常性、表现的稳定性、对他人或自身的扰乱性等因素.对那些暂时的、偶然的、得到及时纠正行为不能列为问题行为，那些经常出现的‘稳定的、对儿童的发展影响较重的、需要一定时间的教育才能矫正的行为，才可以判定为问题行为.

总之，对“问题行为”的评估要慎重，要明确评估的目的不是给有某种问题行为的儿童贴标签，而是有针对性地实施教育计划，更好地促进儿童的健康发展，

4儿童“问题行为”的对策

4.1行为矫正法

对于儿童的问题行为，一般比较注重运用行为矫正的方法，在教育过程中最常见的矫正方法有:

4.1.1正强化法通俗地说就是奖励，在儿童表现出某一良好行为以后，加以奖励，强化所期望的行为，增加以后这种行为发生的可能性.正强化的方法是教师经常运用的方法，它可以用于解决儿童的各种行为问题，但在运用中教师应该注意:(1)选择和分析需要强化的具体行为，确定哪些行为需要奖励，如何避免强化不适当的行为.如，儿童为了得到表扬将家里的钱交给老师;(2)根据儿童的兴趣.、特点和教育的情境来决定，恰当地选择和运用强化物，它可以是一种儿童喜欢拥有的东西，可以是儿童喜欢做的活动，也可以是一种具有社会意义的口头称赞、注意和鼓励等;(3)在时间上，强化应该紧跟在行为表现之后;(4)当期望的行为建立和巩固后，应该逐渐淡化和降低外部的奖励和强化，促进行为的自主性和自控性，弓}导外部他人强化向内部的自我强化转化，这往往是教师容易忽视的.

4.1.2负强化法负强化是指当个体表现出所期望的良好行为时，减少或消除他不喜欢的刺激或情境，以促进该个体以后此种良好行为的出现.例如，对于回家后不认真完成作业的儿童，家长可以先剥夺儿童观看他所喜欢的电视节目的权利，一旦儿童能够认真做作业了，就允许他观看有关电视节目.

4.1.3惩罚惩罚是当个体发生不良行为时，通过给予厌恶刺激，或者减少、消除正强化的方法来减少或终止该行为.惩罚虽然可能造成儿童不良的心理影响，受到了一些教育学家和心理学家的批评，但是在家长和教师等实际教育工作中，这仍然是一种应用比较广泛的方法.为了有效地运用惩罚，应该注意以下几点:(1)惩罚的时间一般认为，惩罚的实施越及时越好，如果在儿童不良行为发生后较长的时间后惩罚，效果比较差，这就需要告诉儿童受罚的原因;(2)惩罚的连贯性和一致性.如果教育者对儿童的同一种不良行为的态度不确定少有时惩罚，有时不管，甚至有时纵容;或者教育者之间(如不同科目的教师、父母)意见不统一，惩罚就难以奏效;(3)惩罚者同儿童的关系.与儿童情感越密切的人，对儿童实施惩罚的效果越好:这样可以使儿童深刻感受到情感疏远或剥夺带来的不快，并且有恢.复亲密关系的强烈愿望，有利于及时改正问题行为;(4)惩罚和正强化的结合.

而在实际生活中，人们常常把负强化等同于惩罚，这是不对的.因此，正强化、惩罚和负强化的关系是这样的:正强化是利用奖励来促进良好的行为，惩罚是利用不良刺激制止或减少不良的行为，而负强化是通过减少或消除不良刺激促进良好的行为.

4.1.4示范法根据社会学习理论，儿童的许多行为可以不直接通过现实生活中的强化或惩罚来建立或消除，而通过观察别人的行为及其后果来学习。教师最好能够根据儿童的心理发展水平，利用电视或多媒体技术，用现场示范、参与示范或角色扮演的方法，给学生提供一个学习的榜样或参考，让学生亲眼看一下在某种情境下不同的行为方法及其不同的效果.如有些学生在交往时因为不知道如何行动而出现退缩行为，就可以用示范或角色扮演的方法来进行辅导.

4.1.5认知行为矫正法就是通过矫正间题发生者的思想.、信念、态度和认知风格等来改变个体的行为表现.随着儿童和青少年心理发展水平的逐步提高，认知活动，尤其是社会认知活动在行为中的作用越来越大，有时起着主导作用.研究表明，有品性问题的青少年可能在解释社会交往信息方面有问题，他们更容易把别人的言行看成是敌视的、拒绝性的，因此更容易引发对他人的攻击行为.例如，进人小学后，儿童对其他人的侵犯的动机有了进一步的了解，当他们认为侵犯行为是故意进行的时候，更有可能用侵犯加以报复.

4.1.6行为契约法是指有问题行为的儿童与家长或教师达成一个协议，承诺自己为达到某一目标所实施的基本行为策略.同时又作为矫正评估的工具，以此改变问题行为的一种心理矫治方法.具体实施步骤为:(1)目标选择;(2)目标行为的监控;(3)改变环境事件;(4)建立有效的督促指标;(5)效果巩固.

4.2树立正确的问题行为观

家长、教师除了要掌握问题行为矫正的一般方法外，还应该树立正确的问题行为观，从而科学、有效地矫正学生的问题行为.近一年来，国外学者提出.了从生态系统角度来解释学生的问题行为.这种观点认为，学生的问题行为并不是个人的缺点或不足，不少问题行为是学校和家庭中人际交互作用的结果.根据这种观点，要减少学生的问题行为，要善于应用生态系统原理来分析和处理问题.具体地说，生态系统原理主要包括以下一些技术:

(1)重拟技术。即教师和家长对孩子的问题行为做一种新的拟定，把某种往常认为是消极的.、不合情理的行为，拟定为积极的、合乎一定情理的行为.如某学生在课堂上未经老师同意就抢答或插老师和同学的话.对此，一些老师和家长不把它认为是学生在出风头或故意捣乱，而是重新拟定为学生对课程学习兴趣浓厚、积极思考的表现.如果老师将学生的抢答行为看成是一种消极的问题行为，就容易对学生产生反感、厌恶的情绪，而采取批评、指责、讽刺、挖苦等手段。反之，如果把学生的这种行为看成是积极的行为，对学生就会是另外一种态度和教育方式.

(2)积极动机内涵技术.即把学生的行为动机想象为并非受到某种不好的、甚至很坏的动机的支配，而是受正确良好的动机所支配.例如，上面所举的学生抢答的例子，教师既可以把学生的行为动机看成是出风头和故意捣乱，又可以看成学生是出于喜欢教师，想急于回答老师提出的问题等.经验证明，对于小学生的问题行为，家长和老师少从或不从消极的动机方面考虑，而是多从积极的动机方面去推测，更有利于对他们的教育.

(3)积极功能内涵技术.是指对学生的行为要从积极方面去发现，研究它所产生的结果功能.比如，学生抢答或插嘴的行为，如果从积极的方面去认识，认为学生的这种行为可以提示教师在提问方法上、讲课或组织教学上还有不够完善的地方，起到促进教师进尸步改进提问方法和教学方法的作用，教师就会以积极的态度对待学生.

同为论文范文第2篇

1.1卫星通信系统组成卫星通信系统由两段组成，即地面段和空间段。

1.1.1空间段空间段包括通信卫星以及地面用于卫星控制和监测的设施，即卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站，能源装置等。

1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，这些地球站通常通过一个地面网络连接到终端用户设备，或直接连接终端用户设备。地球站的主要功能是将发射的信号传送到卫星，再从卫星接收信号。地球站根据服务类型，大致可分为用户站、关口站和服务站3类。

1.2卫星通信系统的工作过程卫星通信系统地球站中各个已调载波的发射或接收通路经过卫星转发器转发，可以组成多条单跳或双跳的双工或单工卫星通信线路，整个通信系统的通信任务就是分别利用这些线路来实现的。单跳单工的卫星通信系统进行通信时，地面用户发出的基带信号经过地面通信网络传送到地球站。在地球站，通信设备对基带信号进行处理使其成为已调射频载波后发送到卫星。卫星作为中继站，接收此系统中所有地球站用上行频率发来的已调射频载波，然后进行放大和变频，用下行频率发送到接收地球站。接收地球站对接收到的已调射频载波进行处理，解调出基带信号，再通过地面网络传送给用户。为了避免上下行信号互相干扰，上下行频率一般使用不同的频谱，尽量保持足够大的间隔，以增加收发信号的隔离度。

2卫星通信所使用的频率

卫星通信所用的频率大多是C频段和Ku频段，但是由于业务量急剧增加，这两个频段乃至1—10GHz的频段都显得过于拥挤，所以必须开发更高的频段。现已开发出Ka（26—40GHz）频段，其带宽是3—4GHz，远大于上述两个频段。

3卫星通信的基本参数

3.1有效全向辐射功率：也称等效全向辐射功率，其定义为发射机发出的功率与天线增益的乘积。

3.2噪声系数和等效噪声温度：噪声系数，定义为接收机的输入信噪比与输出信噪比的比值，它用来表示接收机噪声性能的好坏。根据噪声理论，电子元器件内部的电子热运动和电子不规则的运动都将产生噪声，而且温度越高，噪声越大。所以接收机的噪声可用等效噪声温度来衡量。等效噪声温度是假设接收机输入端接一等效电阻，该电阻在一定温度下与该系统实际产生的噪声温度相同的热噪声。

3.3载噪比：卫星通信线路中的载波功率与噪声功率之比，是决定卫星通信线路性能的最基本的参数之一。

3.4地球站的品质因数，定义为接收机天线增益与接收端系统噪声温度之比。

3.5卫星转发器饱和通量密度：表示卫星转发器的灵敏度，其基本含义是，为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位面积上应输入的功率。

3.6门限载噪比：为保证用户接收到的话音、图像和数据的质量达到一定要求，接收机所必须得到的最低载噪比，也是门限载噪比的含义。

4卫星通信与互联网

互联网是全球最大的多媒体商用网络、信息库和数字媒体。互联网和数字技术的发展使得所有信息内容都在网上实现，特别是数字音视频技术使得可以在互联网上看电视听广播[3]。由于卫星通信具有三维无缝覆盖能力、远程通信、广播特性、按需分配带宽，以及支持移动性的能力，成为互联网摆脱自身诸多问题的一个重要途径，也是向全球用户提供宽带综合互联网业务的最佳选择[4]。基于卫星的互联网是卫星直播、数字音视频、互联网的有机结合，作为一个开放、宽频、实时广播的网络平台，可以提供以下服务。

4.1宽带互联网接入，可根据使用者的需求，通过地面网络和卫星线路回传。

4.2多媒体服务，比如网页内容投递、内容镜像、缓存、数字电视、商务电视、流式音视频、软件分发(更新)、远程教学、信息商亭等。

4.3交互式应用，如视频点播、网上学习、网上游戏等。卫星通信与互联网结合能够带来很多益处，同时也应注意到，卫星系统和现有互联网地面基础设施之间的结合存在着互操作性问题，再设计和实现基于卫星的互联网时还存在许多技术挑战。

5卫星通信与导航定位系统

该系统是以人造卫星为导航台的星基无线定位系统，其基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。目前该技术已基本取代无线电导航、天文测量和大地测量，成为普遍采用的导航定位技术。拥有此技术及能力，国家就会在政治、军事和经济等诸多领域占据主导地位，因此世界各大国不惜花巨资发展这一技术。1958年美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行任务中的精确定位问题，开始研究军用导航卫星，命名为“子午仪计划”，从1960年起就取消了无线电导航，第二代导航系统即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便应运而生。俄罗斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是继GPS之后又一全球卫星导航系统，欧盟与欧空局也开发了新一代卫星导航系统———伽利略（Galileo）系统，习惯上称其为3G（GPSGLONASSGalileo）系统。我国的导航定位技术始于GPS，从2000年10月开始，我国发射了多颗导航卫星，命名为北斗卫星导航系统，现已覆盖我国及周边地区，预计2020年前后覆盖全球。

6卫星与激光通信

卫星与激光通信是利用激光光束作为信息载体在卫星间或卫星与地面间进行通信。经过多年探索，卫星激光通信已取得突破性进展，逐步成为开发太空、利用广阔的宇宙空间资源提供大容量、高数据率、低功耗通信的最佳方案，对于国防及商业应用都具有极大的价值。其原理是信息电信号通过调制加载在光波上，通信双方通过初定位和调整以及光束的捕获、瞄准和跟踪建立起光通信链路，然后在真空和大气中传播信息。其组成有激光光源子系统、光发射/接收子系统、APT子系统和其他一些辅助系统，其工作过程如下：

6.1发射过程。使用不同的激光器，产生信号光和信标光。经准直系统对激光进行光束准直后，具备了合适的发射角，2束光由合束器合成1束光，然后经分光片、精对准机构和天线发射出去。

6.2接收过程。接收到的光经过天线和分光片后，信标光一部分到达粗对准探测器，由粗对准控制器控制和驱动电路控制粗对准机构，完成粗对准和捕获；信标光另一部分经精对准机构、分光片、分束片到达精跟中踪探测器，由精对准控制器控制精对准机构，完成双方的精确对准和跟踪。信号光由信号光探测器检测。

7卫星与量子通信

卫星搭载量子通信技术，能够使人们借助外太空的卫星平台，建立星地高效自由空间量子信道，实现量子保密通信、星地量子纠缠分发、量子隐形传态实验。我国拟在近期发射量子通信卫星，在卫星平台应用量子技术的能力将达到世界领先水平。

7.1星地量子通信通过自动跟踪瞄准系统在高速相对运动的地面站和卫星终端之间建立高效稳定的量子信道，地面站随机发送H/V和+/-四种偏振状态的单光子信号；接收端接收量子信号，并随机选择H/V或+/-基矢对单光子信号进行测量；测量到足够的量子比特后，接收端将通过经典信道通知发射端其每次测量所用的基矢，抛弃所用基矢不一致的测量结果；接收端再将基矢选择一致的测量结果取一部分在经典信道公布出来供发射端校验。通过这一过程就可以在星地之间建立安全的量子密钥。

7.2星地纠缠分发将纠缠光源放在卫星上，通过搭载在卫星平台上的望远镜系统和自动跟瞄系统同时与两个地面站之间建立量子信道。将纠缠光子对的两个光子分别发送给两个地面站，两站在满足类空间隔条件下分别对纠缠光子对进行独立测量，观测量子纠缠现象。

7.3星地量子隐形传态地面量子信源产生一对纠缠光子，其中一个光子通过地面发射端传输给卫星，另一个放入量子存储器中存储起来。空间量子通信平台将接收到的光子态和未知量子态进行联合Bell态测量，同时将测量结果通过经典信道传输给地面系统。地面系统将另一个纠缠光子从量子存储器中读出来，并根据空间量子通信平台的测量结果进行相应的幺正变换，从而得到空间量子通信平台的未知量子态。

同为论文范文第3篇

1.1微电子机械系统的概念

微电子机械系统主要结构有微型传感器、制动器以及处理电路。其是一种微电子电路与微机械制动器结合的尺寸微型的装置，其在电路信息的指示下可以进行机械操作，并且还能够通过装置中的传感器来获取外部的数据信息，将其进行转化处理放大，进而通过制动器来实现各种机械操作。而微电子机械系统技术是以微电子机械系统的理论、材料、工艺为研究对象的技术。微电子系统并不只是单纯的将传统的机电产品微型化，其制作材料、工艺、原理、应用等各个方面都突破了传统的技术限制，达到了一个微电子、微机械技术结合的全新高度。微电子机械系统是一种全新的高新科学技术，其在航天、军事、生物、医疗等领域都有着重要的作用。

1.2微电子机械系统技术的特点

1.2.1尺寸微型化

传统机械加工技术的最小单位一般是cm，而微电子机械系统技术下的机械加工往往最小单位已经涉及到了微米甚至纳米。这以尺寸的巨大变化使得微电子机械系统技术下的原件具有微型化的特点，其携带方便，应用领域更加广阔。

1.2.2集成化

微电子机械系统技术下的原件实现了微型化为器件集成化提供了有力的基础。微型化的器件在集成上具有无可比拟的优势，其能够随意组合排列，组成更加复杂的系统。

1.2.3硅基材料

微电子机械系统技术下的器件都是使用硅为基加工原料。地面表面有接近30%的硅，经济优势十分明显。硅的使用成本低廉这就使得微电子机械系统技术的下的器件成本大大缩减。硅的密度、强度等于铁相近，密度与铝相近，热传导率与钨相近。

1.2.4综合学科英语

微电子机械系统技术几乎涉及到所有学科，电子、物理、化学、医学、农业等多个学科的顶尖科技成果都是微电子机械系统技术的基础。众多学科的最新成果组合成了全新的系统和器件，创造了一个全新的技术领域。

2微电子机械系统的技术类别

2.1体微机械加工技术

体微机械加工技术主要将单晶硅基片加工为微机械机构的工艺，其最大的优势就是可以制作出尺寸较大的器件，最大的弊端是难以制造出精细化的灵敏系统。并且使用体微加工工艺难以优化器件的平面化布局，制作出来的器件难以与微电子线路直接兼容。体微机械加工工艺一般在压力传感器和加速度传感器的制造中普遍应用。

2.2表面微机械加工技术

表面微机械加工技术就是通过集成电路中的平面化技术来实现微机械装置的制造。其主要优势表现在充分利用了已有的IC工艺，能够灵活掌握机械器件的尺寸，因此表面为微机械加工技术与IC之间是兼容的。表面微机械加工技术与集成电路的良好兼容性使得其在应用领域实现了快速普及。

2.3复合微机械加工技术

复合微机械加工技术就是体微机械技工技术与表面微机械加工技术的结合，其结合了两者的优点，但又同时避免了相应缺点。

3微电子机械技术的应用

3.1环境科学领域

微电子机械系统技术下的微型设备可以在环境监测和数据处理分析上发挥巨大的作用。由化学传感器、生物传感器以及数据处理系统所集合的测量与处理设备。该微型装置可以用来监测空气和液体的成分，其独特优势在于尺寸微小，便于携带。

3.2军事领域

纳米器件所构成的装置先要对半导体器件运行速度高，携带方便，信息输出和处理快捷，在军事领域其能够用来制作各种微型设备，例如“蚊子导弹”、“麻雀卫星”等。

3.3医疗领域

在临床化验分析、介入治疗领域其也能够实现巨大的价值。近几年获得发展的介入治疗技术与传统治疗技术相比临床治疗效果优越，能够有效缓解患者痛苦。但是当前介入治疗仪器价格高，体积巨大，准确性难以保证，尤其是在治疗重要器官时风险较大。微电子机械系统技术的微型与智能特性可以显著降低介入治疗的风险。

4结束语

同为论文范文第4篇

关键词自动微分切线性模式数据相关分析统计准确率

1.引言

计算微分大致经历了从商微分，符号微分，手写代码到自动微分几个阶段。与其它几种微分方法相比，自动微分具有代码简练、计算精度高及投入人力少等优点。自动微分实现的基本出发点是：一个数据相对独立的程序对象（模式、过程、程序段、数值语句乃至数值表达式），无论多么复杂，总可以分解为一系列有限数目的基本函数（如sin、exp、log）和基本运算操作（加、减、乘、除、乘方）的有序复合；对所有这些基本函数及基本运算操作，重复使用链式求导法则，将得到的中间结果自上而下地做正向积分就可以建立起对应的切线性模式，而自下而上地做反向积分就可以建立起对应的伴随模式[1]。基于自动微分方法得到的切线性模式和伴随模式，在变分资料同化[2]、系统建模与参数辨识[3]、参数的敏感性分析[4]、非线性最优化以及数值模式的可预测性分析[5]等问题中有着十分广泛的应用。

迄今为止，已有数十所大学和研究所各自开发了能够用于求解切线性模式的自动微分系统，比较典型的有TAMC系统[6]、ADJIFOR系统[7]和ODYSSEE系统[8]。在一些特定的运用中，它们都是比较成功的，但在通用性和复杂问题的处理效率上还存在许多不足。通常，自动生成切线性模式的关键难题在于对象自身的强相关性，这给系统全局分析（如数据IO相关分析和数据依赖相关分析）和微分代码的整体优化都带来了很多困难。同时，对于程序对象不可导处的准确识别和微分处理，至今仍还没有一个统一而有效的算法。另外，最优或有效求解稀疏雅可比矩阵一直是衡量一个自动微分系统有效性的重要尺度。

统计准确率被我们视为评价一类自动微分工具及其微分模式代码可靠性与有效性的重要尺度。其基本假设是：如果对于定义域空间内随机抽样获得的至多有限个n维初始场（或网格点），微分模式输出的差分和微分逼近是成功的；那么对于定义域空间内所有可能初始场（或网格点），微分模式输出的差分和微分逼近都是成功的。微分模式统计准确率评价的具体方法是：在所有随机抽样得到的初始场（或网格点）附近，当输入扰动逐渐趋向于机器有效精度所能表示的最小正值时，模式输出的差分和微分之间应该有足够精度有效位数上的逼近。

DFT系统具有许多优点，它能够完全接受用FORTRAN77语言编写的源代码，微分代码结构清晰，其微分处理能力与问题和对象的规模及复杂性无关。它基于YACC实现，具有很强的可扩展性。DFT系统具有四个重要特色。它通过对象全局依赖相关分析，准确求解雅可比矩阵的稀疏结构，自动计算有效初始输入矩阵，从而可以用较小的代价求得整个雅可比矩阵。同时，它可以自动生成客观评价微分模式效率与可靠性的测试程序，对奇异函数做等价微分处理，并采用二元归约的方法，在语句级层次上实现微分代码优化。

2.系统概况

DFT系统主要由两部分组成：微分代码转换和微分代码评价，图2.1。微分代码转换部分接受用户输入指令并自动分析对象模式，生成切线性模式代码及其相关测试代码，后者直接构成微分代码评价系统的主体。微分代码评价是DFT系统的一个重要特色。DFT系统的开发小组认为，一个微分模式如果在可靠性、时间和存储效率上没有得到充分的验证，至少对实际应用而言，它将是毫无意义的。

原模式切线性模式

统计评价结果

图2.1DFT系统结构简图

2.1微分代码转换

DFT系统是基于YACC在UNIX环境下开发的，其结构图2.2所示。通过DFT系统产生的切线性模式代码成对出现，并在语句级程度上做了简化，可读性很强，如图2.4。

切线性模式

评价函数集

图2.2微分代码转换

微分代码转换部分从功能上分为四个部分：词法分析，语义分析，对象复杂性及数据相关分析和微分代码转换。对于一组具有复杂数据相关的程序模式对象，通常需要系统运行两遍才能得到有效而可靠的微分代码。这主要有两方面的考虑：其一，根据对象的复杂性（如最大语句长度、最大变量维数、子过程或函数数目、子过程或函数内最大变量数目等对象特征）选择合适的系统参数以求最优的运行代价；其二，模式内各子过程或函数之间以及一个子过程或函数内往往具有很强的数据相关性，需要事先保存对象的相关信息并且在考虑当前对象的属性之前必须做上下文相关分析。

图2.3PERIGEE源程序代码图2.4DFT系统生成的切线性代码

2.2微分代码评价

通常，评价一个编译系统的性能有很多方面，如处理速度、结果代码可靠性及质量、出错诊断、可扩展和可维护性等。对于一类自动微分系统来说，由于软件开发人力的局限以及对象模式的复杂多样性,通过自动转换得到的微分模式并非常常是有效而可靠的（即无论是在数学意义上还是在程序逻辑上应与期待的理想结果一致），因而在微分模式被投入实际应用前，往往需要投入一定的人力来对其做严格的分析测试。

对切线性模式做统计评价测试的主要内容可以简单叙述为：在网格化的模式定义域空间内，选择所有可能的网格点形成微分模式计算的初始场；在不同的网格点附近，随机选取至少个线性无关的初始扰动，对每个扰动输入分别进行网格点逼近，统计考察模式输出差分和微分在有效位数上的逼近程度。图2.5描述了整个测试过程，它包含网格点数据随机采样（1）和网格点数据逼近（2）两级循环。

图2.5切线性模式代码的测试过程

3.系统主要特色

DFT系统并不是一个完整的FORTRAN编译器，但它几乎可以接受和处理所有FORTRAN77编写的源模式代码，并且可以很方便地扩展并接受FORTRAN90编写的源模式代码。本节将着重介绍DFT系统（版本3.0）的以下几个重要特色。

3.1结构化的微分实现

DFT系统采用标准化的代码实现，切线性模式的扰动变量和基态值变量、微分计算语句和基态值计算语句总是成对出现，并具有清晰的程序结构。微分代码保持了原模式本身的结构和风格（如并行和向量特性、数据精度等），即语句到语句、结构到结构的微分实现。在奇异点或不可导处，DFT系统对微分扰动采取简单的清零处理，实践证明这对抑制扰动计算溢出具有重要意义，但并不影响评价测试结果。

3.2全局数据相关分析

DFT系统具有较强的数据相关分析能力，它包括全局数据IO相关分析、全局数据依赖相关分析、全局过程相关分析以及数据迭代相关分析几个不同方面。数据依赖相关与数据IO相关关系密切，但又存在根本不同。前者强调每个变量在数学关系上的依赖性；而后者描述了一个对象的输入输出特性，且具有相对性，即任何一个变量参数，无论它是独立变量还是依赖变量，在数学意义上都可等价为一个既是输入又是输出的参数来处理。

DFT系统记录所有过程参数的IO属性表，通过深度递归相关计算，准确计算每个过程参数的最终IO属性。DFT系统通过对数据相关矩阵做模二和及自乘迭代计算（An+1=AnAn2）来完成数据的依赖相关分析，这种算法具有很好的对数收敛特性。DFT系统通过全局过程相关分析的结果，自动生成模式的局部或整体相关引用树结构（如图3.1），这对用户分析复杂数值模式和微分评价测试都具有很好的指导作用。DFT系统还具有分析局部数据迭代相关和函数迭代相关的能力，这两种形式的数据迭代相关是自动微分实现颇具挑战的难题之一。

图3.1GPSRayshooting模式的相关树结构片段

3.3自动生成测试程序

基于IO相关分析的结果，DFT系统自动生成微分测试代码，分别对切线性模式的可靠性和运行代价做统计评价测试。特别地，DFT系统还可将任何模式参数都视为输入输出参数，生成在数学意义上等价的测试代码，这样处理的不利之处在于往往需要极高的存储开销。

3.4基于语句级的代码优化

目前，DFT系统仅仅具备局地优化能力。在语句级微分实现上采用二元归约的方法对微分代码进行优化是DFT系统的一个重要特色。根据右端表达式的乘法复杂性及含变元数目的不同，DFT系统采取不同的分解策略。二元归约的方法避免了微分计算中的许多冗余计算，在一些复杂的非线性表达式的微分计算中具有最小的计算代价，同时也非常适合于微分系统的软件实现。同时，对于某些特殊的运算操作（除法、乘方）和特殊函数（如sqrt、exp），DFT系统较好地利用了基态值计算得到的中间结果，避免了微分实现中的冗余计算。

4.系统应用

运用自动微分工具得到的切线性模式，可以在无截断误差意义下求解函数的数值微分和导数、稀疏雅可比矩阵。同时这些结果在数值参数敏感性分析、非线性最优化以及其它数值理论分析中有着非常重要的应用。这里简单介绍切线性模式的几个基本应用。

4.1符号导数和微分

如果输入为数学关系式，DFT系统可以自动生成对应的微分表达式和梯度，而与数学关系式的复杂程度无关。例如我们输入关系式：

，（1）

DFT系统将自动生成其符号微分形式及其梯度形式分别为

，（2）

4.2数值导数和微分

切线性模式最基本的应用就是在一定扰动输入下求解输出变量的扰动（响应）。表4.1给出了DFT系统在对IAP9L模式、GPSRayshooting模式和GPSRaytrace模式三个数值模式做切线性化的具体应用中，一些不同计算粒度、不同引用深度和不同程序风格的核心子过程，以及它们的切线性模式在SGI2000上运行的统计评价测试结果，其中切线性模式的可靠性指标都准确到六个有效数字以上，在运行时间、存储开销和代码复杂性方面分别是原模式的两倍左右，比较接近于理想的微分代价结果（1.5倍）。除了IAP9L模式由于过于复杂仅做粗略统计外，其余模式都用非注释语句行数来表示各自的代码复杂性。

表4.1DFT系统在三个数值模式中的统计评价测试结果

性能指标

对象模式运行时间（10-3秒）存储开销（字节数）代码复杂性

原模式切线性

模式

原模式切线性

模式

原模式切线性

模式

Xyz2g2.5306.1605524110485589

IntCIRA1.5602.750133426614165

Dabel0.0350.072601202749

LSS8.30017.50669133879143

RP42.4085.10360572102238

Vgrad10.1000.21218564368282454

RefGr43.0086.0071865414373083578

LL2JK0.6261.350262252442232

RayFind462.70

×103125.4

×103985618212111179

EPSIMP1.76011.50445589101327

Hlimits0.8301.8802425774842543774

Int3sL26.9051.2082002916394584690

MAKE

NCEP1340392072292514458504584

Curvcent0.0130.038527542754

DYFRM3.800

×1037.250

×1035000*9500*161279

PHYSIC2.750

×1035.385

×10330005000*1399*

(含注释行)2826*

(含注释行)

适当设置输入扰动的初值，运用切线性模式可以简单求解输出变量对输入的偏导数。例如，对于一个含有个输入参数的实型函数

（3）

这里设，。运用DFT系统，可以得到对应的切线性模式

（4）

其中，为切线性模式的扰动输入参数。可以通过以下办法来求得偏导数：

（5）

其中。如果对于某个既是输入参数又是输出参数，可以类似以下过程引用的办法来处理。对于过程引用的情形，例如一个含有个输入参数的子过程

（6）

其中，为输入参数；，为输出参数；，既为输入参数又为输出参数。运用DFT系统，可以得到对应的切线性模式为

（7）

其中，，，分别为切线性模式的微分扰动输入、输出和输入输出参数。可以通过以下输入扰动设置并引用切线性模式（7）来求得偏导数：

a)设置；（，）；（）可以同时求得（）和（），其中。

b)设置（）；；（，）可以同时求得（）和（），其中。

4.3稀疏雅可比矩阵

运用上节讨论的方法来求解稀疏雅可比矩阵,具有极高的计算代价。例如，一个含个独立和个依赖参数的子过程，为求解整个雅可比矩阵就需要反复调用次切线性模式，当相当大时，这对许多实际的数值计算问题是不能接受的。事实上，如果雅可比矩阵的任意两列（行）相互正交，那么可以通过适当设置扰动输入值，这两列（行）的元素就可以通过一次引用切线性模式（伴随模式）完全得到。设和分别为雅可比矩阵的行宽度和列宽度，即各行和各列非零元素数目的最大值，显然有，。这里介绍几种常用的求解方法。

正向积分当时，通常采用切线性模式来计算雅可比矩阵。根据雅可比矩阵的稀疏结构，适当选择右乘初始输入矩阵，可以获得接近的计算时间代价。DFT系统采用一种逐列（行）求解的方法，来有效求解右（左）乘初始输入矩阵。其基本思路是：按照某种列次序考察雅可比矩阵的各列；考察当前列中所有非零元素，并对这些非零元素所在行的行向量做类似模二和累加运算（即将非零元素视为逻辑“1”，零元素视为逻辑“0”），从而得到一个描述当前列与各行存在“某种”相关的标志向量（其元素都是“1”或“0”）；依据此标志向量，就很容易得到一个与之正交的列初始向量，其中与当前列序号对应的元素设置为“1”，而与标志向量中非零元素序号对应的元素设置为“0”，与标志向量中非零元素序号对应的元素设置为“-1”，显然，该列初始向量是唯一的，并且对应着当前右乘初始输入矩阵的最后一列；逐一考察已求解得到的列初始向量，如果某列初始向量与当前求解得到的列初始向量按下面定义的乘法（见过程4）正交，那么这两列就可以合并，即将当前列初始向量中非“-1”的元素按照对应关系分别赋值给该初始向量，并从记录中删除当前列初始向量；重复以上过程，继续按照给定列次序考察雅可比矩阵的“下一列”。不难说明，按照不同列次序求解得到的右乘初始输入矩阵可能不同。其中逐列求解右乘初始输入矩阵的过程可以简单叙述为：

1）将右乘初始输入矩阵所有元素的初值均设置为，，。。

2）如果，转6）。否则，如果雅可比矩阵的第列中的所有元素均为，，重复2）的判断。否则转3）。

3）计算标志向量。令，做如下计算：

，;

4）设为的列向量。在上定义乘法，对任意的，我们有：a）；b)如果，必有和。然后，做如下计算：

,;

，6);

2);

5）令，并做如下计算：

，;

令,。如果，转6）；否则，重复2）的判断。

6）对，，如果，则。取的前列，这样，我们就得到了一个维右乘初始输入矩阵。

这里需要说明的是，运用上面的方法求得的右乘初始输入矩阵不仅与求解雅可比矩阵的列序有关，而且与过程4）中的合并顺序也有关系。至于如何最优求解右乘初始输入矩阵，目前还很难讨论清楚。但是，大量模拟试验结果表明，运用上面自然次序求得的右乘初始输入矩阵宽度已经非常接近于其下界值。

反向积分当和时，通常采用伴随模式来计算雅可比矩阵。根据雅可比矩阵的稀疏结构，适当选择左乘初始输入矩阵，可以获得接近的计算时间代价。其中左乘初始输入矩阵的求解过程完全可以按照上面的方法进行，但是在处理前必须先将雅可比矩阵转置，最后还需将得到的初始输入矩阵转置才能最终得到左乘初始输入矩阵。同时，其行宽度也已经非常接近于其下界值。

混合积分如果将切线性模式和伴随模式相结合，往往可以避免梯度向量运算中的诸多冗余计算。例如，ADJIFOR系统在求解雅可比矩阵时，在语句级微分实现中首先用伴随方法求得所有偏导数，然后做梯度向量积分；其计算时间代价与和模式的语句数目有关，而其存储代价为。具体讨论可参考文献[7]。

5．结论

切线性模式在无截断误差意义上计算函数的方向导数、梯度或雅可比矩阵，以及在模式的可预测性及参数敏感性分析、伴随模式构造等相关问题中有着广泛应用。DFT系统主要用于求解FORTRAN77语言编写的切线性模式，具有很强的全局数据相关分析能力。此外，DFT系统还具有其它几个重要特色，如结构化的微分实现、自动生成微分测试程序以及基于语句级的微分代码优化。本文简单给出了DFT系统在求解数值和符号导数和微分、稀疏雅可比矩阵中的应用。为评价一类自动微分系统，本文初步提出了统计准确率的概念。

参考文献

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[6]GieringR.etal.RecipesforAdjointCodeConstruction.ACMTrans.OnMath.Software.1998，24（4）：

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Derivatives--Fast"inControlProblemsinIndustry,editedbyI.LasieckaandB.Morton,pages1-16,Birkhauser,

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1.1信号采集天线对准某颗通信卫星（如中星6A）后，移动车载站上的卫星信标接收机会收到一定强度的卫星信标，信标值的大小用来衡量对星的准确度。信标机提供串行通信接口，通过串口服务器，将串行通信做协议转换为网络通信协议，再通过一根网线与交换机连接，最终与控制计算机进行数据交换。设备连线后，在计算机上要进行虚拟串口映射，即把串口服务器的串口映射到计算机上，映射成功后，就可以把这些虚拟串口作为计算机上的串口使用，解决计算机本身无串口的问题。载波的发射状态是通过改变调制解调器参数来实现的，控制载波发射状态实际上通过控制调制解调器的发射状态继而达到控制载波状态的目的。调制解调器提供网络接口，通过交换机最终与控制计算机进行数据交换。控制软件实时监视信标机和调制解调器的工作状态，以此作为发送控制指令的依据。

1.2信号处理通过监控软件完成，为了不占用更多的主线程资源，监控软件分别建立两个独立的线程CThreadBeacon信标机线程类和CThreadModem调制解调器线程类，通过这两个线程的通信处理载波的关闭与开启。当确定天线进入遮挡区后，CThreadBeacon信标机线程根据当前的信标强度和调制解调器载波发射的状态，发送打开或关闭载波的消息给CThreadModem线程。CThreadModem线程主要有两个作用，一是读取调制解调器当前的参数，明确设备的工作状态，二是负责接收由CThrea-dBeacon线程发送过来的消息，根据消息的具体内容，向调制解调器发送相应的控制指令。

车载站在载波发射的行进中，如遇到高大的货车或小面积的建筑遮挡瞬间遮挡时，这时关闭载波是不必要的，故在信标机线程中，设定当遮挡超过10s后发送关闭消息给调制解调器线程，进而关闭载波发射。同样在离开遮挡区超过5s后发送开启消息给调制解调器线程，进而开启载波发射。具体流程见图1“载波自动关闭流程图”。

2实现过程

软件以visualc++6.0作为开发编译环境，在基于对话框的应用程序界面中，运用多线程串口通信编程和SNMP网络编程方法，利用线程间通信机制，完成载波自动关闭功能。软件启动时，建立CThreadBeacon线程并启动运行，运用串口通信编程，在InitInstance函数中，初始化串口参数，线程中使用定时器，频率为300ms，按照通信协议格式，以查询方式读取信标强度，经过适当处理后，以浮点数显示在监控界面上，范围是0~10，根据浮点数的大小，来判定天线是否进入遮挡区，如当信标强度小于3时，确定天线进入遮挡区，再以PostThreadMessage的方式发送消息给CThrea-dModem线程。建立CThreadModem线程，运用SNMP网络编程，在In-itInstance函数中，初始化调制解调器SNMP相关参数，创建两消息响应函数OnGetParam_Modem用来获取设备当前状态，和OnSetParam_Modem用来接收由CThreadBeacon线程发送过来的消息，根据消息的附加参数和当前调制解调器的状态，确定发送关闭或开启载波的指令。

3结语