DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. “开放式”教学改革策略 传统的“满堂灌式”或“填鸭式”的教学方法其特点就是主讲教师在课堂唱“独角戏”，学习积极性比较高的学生能主动跟上授课老师的思路，可以掌握基本的知识点。但由于教师和学生之间缺乏“交互”的过程，没有充分发挥学生的主观能动性，学生深入思考的空间受到限制，学生对知识的理解就不够深入，不会举一反三，灵活运用。更有部份学生学习习惯不好，课堂容易开小差，这种传统的教学方法无法调动学生的思维，导致上课时“低头族”的出现，对于《单片机原理及接口技术》这类前后知识点关联比较强的课程，学生很容易陷入“前面的知识的没掌握，后面的知识点听不懂”的恶性循环中，从而导致学生失去学习兴趣。 “开放式精品示范课堂”的教学改革的主要特点就是“开放”，包括教学内容开放、实验教学开放、考核方式开放等教学环节。其主要方法是调动学生的学习积极性，提高学生的学习兴趣，由“被动”学习向“主动”学习转变，最终的目标就是提高学生的学习效率，对所学知识不满足于继承、掌握的层面，而是要有更深入的理解、质疑，甚至有更进一步的创新。 2.1. 教学内容开放，学生积极参与教学过程 教学内容的开放首先是教学大纲和教学计划的开放，让每一位学生学习该课程前对课程主要教学内容及课时的分配有一个大致的了解。譬如从教学大纲学生就可以了解到，《单片机原理与接口技术》这门课程主要内容包括单片机的硬件结构、指令系统及程序设计、接口技术等。其中硬件结构又要着重掌握可编程的硬件，包括中断系统、定时器/计数器、串行口及一些特殊功能寄存器。单片机这门课程是硬件和软件结合非常紧密的课程，如果不把教学大纲公开，初学者不会站在软硬件结合的角度去思考，导致学习的内容脱节，不会灵活运用，从而课程学习前对单片机这门课程往往望而却步，课程学习后无所适从。另一方面，教学大纲公开对学生学习该课程需要的基础(先修课程)也有所准备。譬如对于单片机程序设计部份的学习，学生从在教学大纲中就可知该部份教学是采用汇编语言还是采用高级语言。如果是前者，学生最好有微型机原理课程的基础，如果是后者，学生最好有C语言编程的经验。 “开放式”教学实现的主要方法是让学生积极参与教学的全过程，由“被动”学习向“主动”学习转变，这就需要对教学计划开放。课程的各个知识点采用何种形式教学，让学生心中有数，并做好相应的准备工作。譬如从教学大纲可知单片机的硬件结构是一个需要学生重点掌握的部份，而其中硬件结构中的存储器这一知识点是重中之重，直接与后续的指令系统与程序设计的教学内容紧密关联，教学过程中需要确保每一位学生熟练掌握，否则后续的教学内容很难推进。对于这类核心知识点，需要学生有非常深刻的印象，最好的教学方法就是“研讨式”教学，在教学计划中就明确指出研讨的形式，将所有学生分成若干组，课前组内学习，课堂上由每组选派代组对全体同学讲授，所有学生都可对该代表提出问题，该代表或该组其他成员作出答辩，教师充当“裁判”，对各组所讲授及答辩的情况作出评判。通过这种研讨式教学方法，实现“开放式”教学，既活跃了课堂气氛、提高了学生的学习兴趣，同时对知识点有深入的掌握和理解，为后续学习的内容奠定良好的基础。 2.2. 实验教学开放 《单片机原理及接口技术》这门课程强调理论与实践紧密结合，实验教学是教学过程非常重要的一个环节。开设该课程的高校一般都配备有单片机课程实验室及单片机实验箱，单片机实验箱能满足该课程的教学要求。标准的单片机实验箱一般分模块设计，每个模块均可演示单一的功能。传统的实验教学方法是让学生对照实验手册连接所用到的模块，然后将现有的目标程序下载到实验板上，然后上电演示既定的功能。通过这样“依葫芦画瓢”的实验教学方法能让学生对单片机的使用有一个直观的感性认识，但不会对所学知识有深入的理解并加以灵活运用。 “开放式”实验教学方法同样可以现有的实验条件为基础进行，同样采用标准实验箱即可实现。如果学生所学专业对单片机有更高的要求且学生有相关的电子类课程基础，可以采用学生自行设计系统、设计硬件电路、选择电子元器件、设计电路板并调试硬件电路，然后设计并调试软件监探程序，然后进行系统联调。后者一般超出了《单片机原理及接口技术》这门课程考核的要求，一般可作为课程设计的内容或者大学生创新项目去完成。 对于该课程“开放式”实验教学改革，在基于单片机实验箱的基础上实现。“开放式”实验教学主要体现在两个方面，其一，解决的问题开放，可由学生在老师指导下以分组的方式自行选择，不再拘泥于实验箱的现有功能；其二，完成的时间开放，由于涉及的问题复杂，很难在课堂上集中实验教学的时间内完成，学生可利用“校级开放实验室”在课后完成。这种“开放式”实验教学改革既不同于传统的“依葫芦画瓢”的实验教学方法，也不同于上文中提到的从电路到系统的全程设计方法。首先让学生熟悉现有单片机实验箱各模块功能及电路连接；然后以问题为导向，定义单片机系统的功能；学生自行选择各功能模块，并设计各模块之间的电路连接；设计监控程序功能及流程，编制并调试监控程序；连接并调试硬件电路；系统软硬件联调。对于单片机初学者，完成上述任务有一定难度，可以在教师的指导下分组的方式进行，以3~5人一组为宜。目前一些高校开设了“校级开放实验室”，供学生课余时间使用，这是一种提高学生实践动手能力的最有效方法。根据笔者近年的教学实践经验，充分利用开放实验室完成该课程的实验教学，比“演示式”的实验教学方法更有效，为学生利用该课程所学知识开展此类创新项目研究，或者后续的课程设计等教学环节奠定良好的基础。 2.3. 考核方式开放 课程考核作为检验教学效果的一种重要手段，随着教学内容、教学方法革新，相应的课程考核办法也需进行改革，这也是“开放式精品示范课程计划”改革的重要内容。传统的考核方法采用平时成绩和末考成绩加权平均，一般采用的权重是平时成绩所占权重为30%，而末考成绩占70%，而且平时成绩往往因缺乏考核依据而只能参考学生出勤情况评定平时成绩。这种传统考核办法评定的考核成绩与学生不能综合反映出课程教学过程中的参与程度、学生对课程知识的掌握程度和运用能力，教师也无法根据评定的成绩准确判断教学的效果。 与“开放式”教学方法相适应的考核方法注重过程考核，降低末考成绩的权重，一般末考成绩权重不大于50%。表1为笔者在“开放式”课程教学改革中采用的考核方法。由表1可以看出，学生的考核总评成绩来源于两大部分，即平时成绩和末考成绩，权重分别占50%，而平时成绩的评定依据来源教学的全过程，包括考勤、课堂表现、作业及实验几部分。这种考核方法注重学生在教学过程中的参与度、综合表现、知识的掌握程度及灵活运用、实践动手能力，更能准确的反映教学的整体效果。以表1为例可以看出，学生“张三”在各方面都表现很不错，其过程考核成绩(平时成绩)、末考成绩与总评成绩基本一致，强化过程的考核方法对“特别优秀”学生的考核结果基本没有影响；而对比学生“李四”和“王五”两人的成绩我们可以明显看出，尽管末考成绩“李四”高于“王五”，但总评结果刚好相反。从表1中我们可以看出，“王五”在这门课程中的参与度(由“考勤”成绩、“课堂”成绩、“作业”成绩可体现出来)、实践动手能力(由“实验”成绩可以体现出来)明显优于“李四”，因此注重过程的考核方法更为合理。
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user: 3. “开放式”教学改革效果、存在的问题及应对措施 “开放式”教学改革贯穿于课程教学的全过程，不仅调动了每一位学生的积极性，由“被动学习”向“主动学习”转变，而且考核结果更客观地反映实际教学效果，对学生的评价更加公平公正。笔者从2015年开始实施《单片机原理及接口技术》课程教学改革，并在教学过程中逐步完善各项改革措施，到目前为止，彻底摒弃了传统的“满堂灌”的教学方法，改革后的教学模式日趋成熟。根据笔者承担单片机课程教学十余年的教学经验，对比改革前后的教学效果及学生对该课程教学改革的认同程度，“开放式”教学改革达到了预期的目标。 任何的教学改革都会与传统的教学方法产生一些冲突，改革的过程中总会遇到各种各样的问题，处理不好的话甚至会适得其反。首先就是教学理念的问题。从传统的“填鸭式”教学到“开放式”教学改革，首先要从教学理念上发生转变，由教师主导课堂教学转变为“把课堂交给学生”，这样才能充分调动学生的学习积极性，教师在教学过程中充当“裁判”的角色。其次教师对知识点的把握的问题。教师要当好“裁判”，对教师自身必然了更高的要求，要适时处理“开放式”教学过程随时可能出现的各种问题。譬如“研讨式”的课堂教学，教师在课前很难预料到分组后的学生各组之间对课程知识点的认识 表1. 《单片机原理及接口技术》课程考核结果 是否存在分歧，甚至有完全对立的意见，这对教师是一种考验，需要对教学内容有更高层次的把握才能解决学生的分歧，否则可能会“误导”学生，更会挫伤学生的学习兴趣。另外，“开放式”教学会遇到教学课时不足的问题。目前大学本科强调通识教育，《单片机原理及接口技术》属于专业课，往往在学生“通识教育”培养方案中是需要压缩课时的课程，而“开放式”课程改革就某一个知识点的教学而言必然会放慢教学进度，按照传统的教学大纲教学会课时不足的问题，这就需要对课程教学大纲作出相应的调整，对重点难点内容采用“开放式”教学方法教学，对一般了解的内容可留给学生作为课外作业，教师采用适当的方法检查学习效果。当然，在教学过程中始终要注意“因材施教”，在完成基本教学内容的同时，还是要注意对部份学习兴趣更高的学生不局限于教学大纲的内容，也不要局限于课堂，可辅以各种创新项目，要善于发现人才，培养人才。
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user: 4. 结论 开放式精品示范课堂计划是高校教学改革的重要环节，是对以往“满堂灌式”传统教学模式的一种根本性颠覆。通过对教学内容、教学方法、课程考核等方面全方位的“开放式”改革，解决教学改革中遇到的各种矛盾与问题，促进师生在课堂内外的交流互动，使学生完成知识的掌握、能力得到锻炼，营造一种自由、平等、开放、创新的教学环境。
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user: 摘 要 膜分离技术已经大规模应用于常规水处理工程中，但在放射性废水处理领域尚未普及。本文针对放射性废水的特性，通过分析，比较各类膜技术的使用范围，确定采用卷式反渗透膜作为研究对象，在相同条件下，通过对不同的卷式反渗透膜进行试验研究，筛选出净化效果较好的反渗透膜。 关键词 :反渗透膜，放射性废水，净化 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 研究背景及现状 [ 1 ] [ 2 ] 在核动力装置及核技术应用的过程中会产生大量的放射性废水，采用安全、高效和经济的方法对废水中的放射性核素进行分离，使向环境中排放的放射性达到最小是放射性废水处理所要达到的最终目标。 放射性废水传统的处理方法主要包括过滤法、离子交换法、蒸发法或这几种工艺的组合。而蒸发和离子交换等工艺在实际运行过程中暴露出诸多问题：蒸发产生的浓缩水的放射性浓度和含盐量均较高，但装置能耗较高，占地面积大；离子交换树脂的工作周期短，单位体积废水消耗的树脂量远高于理论值，后续处置的工作量也加大，这不仅会增加额外的费用，而且也不利于环境保护。 膜处理技术已经在工业中用于净化、除盐、离子分离、材料回收或浓缩等处理功能，例如水的净化、废水处理、制药、医疗、微电子学、化学品加工、食品加工等。20世纪70年代后，以反渗透为代表的压力驱动膜分离法被逐步应用在核工业的放射性废水处理中。目前发达国家已有应用膜技术处理放射性废液的实例，而我国国内的部分科研单位也一直进行着此领域的研究。相对于传统的蒸发和离子交换工艺，膜分离法具有许多优点：1) 处理过程无相变，能耗低；2) 占地少，设计制造简便，操作简单；3) 适应性广，对于废液中含有的各种形态的污染物，都可以选择相应的膜分离过程、膜材料、膜组件进行处理；4) 适于与常规处理工艺实现系统集成。基于以上优点可以看出，对膜技术处理放射性废水的研究具有重要的社会和经济效益。
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user: 2. 膜技术分类 [ 3 ] [ 4 ] 同种元素的同位素化学性质基本相同，这是采用膜分离技术处理放射性废液的科学依据。技术成熟、工程经验丰富的液体分离膜技术包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等。应根据放射性核素的存在形态和不同膜技术的分离特征确定适宜的处理工艺。 2.1. 微滤 微滤又称微孔过滤，是以多孔膜(微孔滤膜)为过滤介质，在压力推动下，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和一些细菌等，放射性核素、大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。 一般认为微滤的分离机理为筛分机理，膜的物理结构起决定作用。此外，吸附和电性能等因素对截留率也有影响。其有效分离范围为0.1~10 μm的粒子，操作静压差为0.01~0.2 MPa。 2.2. 超滤 在超滤过程中，水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的溶剂(水)及小分子溶质透过水膜，成为净化液(滤清液)，比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为浓缩液。 超滤膜孔径1~10 nm，超滤的分离机理一般也认为是筛分作用，但超滤的分离是分子级的，它可以截留溶液中溶解的大分子溶质，而透过小分子溶质。 2.3. 纳滤 纳滤膜具有纳米级的孔径(<2 nm)，传递性能则介于反渗透和超滤之间。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，但与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”。纳滤膜带有电荷，在低压下具有较髙脱盐率。 2.4. 反渗透 反渗透是渗透作用的逆过程，一般指借助外界压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某种或某些溶质的过程。实现反渗透有两个条件：一是操作压力必须大于溶液的渗透压；二是必须有一种高选择性、高透水性的半透膜。用于反渗透的半透膜表面微孔尺寸一般在1 nm左右，能去除绝大部分离子、质量分数90%~95%的溶解固形物、95%以上的溶解有机物、生物和胶体以及80%~90%的硅酸，因此反渗透处理的出水净化程度高。 几种常见的膜分离过程对应的孔径范围以及相应的有效截留对象如图1。 在放射性废液中的放射性核素大部分以离子状态存在，因此要达到去除废液中的放射性核素，达到较好的净化效果，将反渗透膜技术作为分离手段是较为合理的选择。
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user: 3. 反渗透膜组件的型式 [ 5 ] 膜组件的主要型式有板式、管式、螺旋卷式和中空纤维式，其各自的优缺点、特性和适用于膜技术的具体类型见表1和表2。
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user: 4. 试验研究 4.1. 试验目的 在相同试验条件下，考察不同的反渗透膜组件对模拟放射性核素(锶、铯和钴)的去除能力。 Table 1 Advantages and disadvantages of various reverse osmosis membrane element 元件类型 优点 缺点 板式 中等膜表面积/体积比； 设备成熟。 滞流点易堵塞； 较难清洗； 费用高 管式 膜堵塞时最易进行化学清洗或机械清洗； 能处理未经预处理的高悬浮固体料液； 水压可调； 可单管置换； 高压(1.034 × 10 7 Pa)设备可用 每单位膜表面需要较高的体积； 相对昂贵。 螺旋卷式 设备紧凑； 较高的膜表面积/体积比； 比管式和中空纤维式膜成本低 易颗粒堵塞； 严重堵塞的膜清洗困难，基本限于化学清洗 中空纤维式 设备紧凑； 极高的膜表面积/体积比； 经济性好 易颗粒堵塞； 严重堵塞的膜元件清洗困难，限于化学清洗。 表1. 各种反渗透膜元件的优缺点 图1. 膜孔径范围以及相对应的有效截留物质 Table 2 Properties of various reverse osmosis membrane element 元件特性 膜元件类型 板式 螺旋卷式 管式 中空纤维式 堆积密度 中 高 低-中 高-很高 (m 3 ) (200~500) (500~1000) (100~500) (500~10，000) 能耗 低-中 中 高 低 (层流) (取决于间隙设计) (湍流) (层流/死端) 清洗 中 难 (间隙堵塞) 易 (用海绵球表面清洗) 易 (反冲洗) 更换 单板或滤芯 完整元件 管件或完整元件 完整元件 材料 聚合物，陶瓷(少) 聚合物 陶瓷/聚合物/ 烧结金属/炭 聚合物，玻璃 通常应用 微滤，超滤 纳滤，反渗透 微滤，超滤，反渗透 微滤 (小-中型) (大型) (小-中型) (大型) 表2. 各种反渗透膜元件的特性 4.2. 反渗透膜元件选择 存在于放射性废液中的放射性核素大部分以离子状态存在，因此要达到去除废液中的放射性核素，且达到较好的净化目的，本研究选择反渗透膜技术作为分离手段。根据表1和表2的分析，适用于反渗透技术的膜元件类型有螺旋卷式膜和管式膜。螺旋卷式膜的设备紧凑，能耗较低，具有较高的膜表面积/体积比，成本相对较低；管式膜每单位膜表面需要较高的体积，即相同处理量的情况下，管式膜与卷式膜相比，管式膜所占用体积大；目前市场上的管式膜大多为超滤膜和微滤膜，反渗透膜极少。因此本研究选用的反渗透膜组件的结构形式为螺旋卷式膜，在相同条件下对陶氏、海德能和世韩等不同厂家的反渗透膜进行对比研究。 4.3. 试验装置 反渗透膜试验装置设计产水量：200 L/h，设置有保安过滤器、一级泵、一级反渗透膜、一级罐、二级泵、二级反渗透膜、流量计，压力计、压差计、电控箱以及连接管道和阀门等组成。装备电源220 V。试验流程见图2，试验装置见图3。在一级反渗透膜净水、浓水和二级反渗透膜净水、浓水出设置取样口。 图2. 反渗透膜试验装置流程图 图3. 反渗透膜试验装置图 4.4. 模拟废水配置 采用硝酸锶、硝酸铯和硝酸钴等化学试剂模拟放射性废水中的放射性元素，用去离子水配水，锶、铯和钴的浓度为10 mg/L的溶液，一次试验配置2 m 3 原水。 4.5. 试验方法 将配置好的含硝酸锶、硝酸铯、硝酸钴溶液分别依次通过两级反渗透膜，系统稳定后30分钟开始取样，以后每隔30分钟取一次样，记录单元运行参数。 4.6. 数据分析 从表3可以看出，两级陶氏反渗透膜组件对锶、钴的DF值约为10 2 量级，有一定的去除效果，对铯基本没有去除效果。 从表4可以看出，两级海德能反渗透膜对锶、钴的DF值约为10 3 量级，有较好的去除效果。对铯的DF值约为10 2 ，有一定的去除效果。 从表5可以看出，两级世韩反渗透膜对锶、钴的DF值约为10 3 量级，有较好的去除效果。对铯的DF值约为10，去除效果不明显。 鉴于本试验研究采用的装置、进水水质和进水流量等条件相同，因此分析认为，产生不同去污效果的原因： Table 3 The effect of DOW reverse osmosis membrane element on the removal of each nuclid 样品编号 锶的DF 铯的DF 钴的DF 一级膜 二级膜 一级膜 二级膜 一级膜 二级膜 1 20 44 1 4 19 38 2 11 29 2 3 10 27 3 16 21 2 3 15 19 4 16 23 2 3 14 19 5 15 22 2 4 14 19 表3. 陶氏反渗透膜元件对各核素的去除效果 Table 4 The effect of HYDRANAUTICS reverse osmosis membrane element on the removal of each nuclid 样品编号 锶的DF 铯的DF 钴的DF 一级膜 二级膜 一级膜 二级膜 一级膜 二级膜 1 296 5 7 48 284 7 2 364 256 8 45 323 26 3 351 10 8 30 324 22 4 422 17 8 20 333 16 5 363 2 9 9 321 4 表4. 海德能反渗透膜元件对各核素的去除效果 Table 5 The effect of CSM reverse osmosis membrane element on the removal of each nuclid 样品编号 锶的DF 铯的DF 钴的DF 一级膜 二级膜 一级膜 二级膜 一级膜 二级膜 1 20 51 3 26 20 69 2 32 25 5 23 30 34 3 37 33 6 14 34 67 4 38 18 7 7 36 36 5 40 28 7 5 37 33 表5. 世韩反渗透膜元件对各核素的去除效果 1) 各膜组件本身的材质、加工工艺及密封特性等； 2) 模拟核素本身的特性：由于锶、钴在水中为二价，直径比铯(在水中呈一价)大，因此各类膜组件对锶和钴的去除效果明显优于铯。
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user: 5. 结论及建议 从上述试验结果可以看出，三种反渗透膜中，陶氏膜对锶、钴的去除能力最差，其他两种膜对锶、钴的去除能力相差不多，三种反渗透膜对铯没有明显的去除效果。 目前膜分离技术尚未大规模应用于处理放射性废水的工程中，本研究虽然证明某类反渗透膜组件对模拟放射性核素具有一定的处理效果，但对于放射性废水的适用性，如膜组件的耐辐照特性等尚需进一步研究。
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user: 摘 要 本研究主要从网络在线游戏角度，以问卷为研究工具，依据问卷调查所搜集到的资料进行数据处理与统计推断，分析小学高年级儿童道德情绪与人际关系的现状，并探讨道德情绪与人际关系之间的相关性。此外，根据现状分析的结果，也对小学高年级儿童日后的道德情绪与人际关系做出了预测，这对于父母与小学教师就儿童玩网络在线游戏问题的处理提供了可资借鉴之处。 关键词 :小学高年级儿童，道德情绪，人际关系，预测 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 绪论 根据“第30次互联网调查报告”所发布的信息，截至2012年6月底，中国网民数量达到5.38亿，网络游戏用户3.31亿人(第30次中国互联网络发展状况调查统计报告，2013)。台湾金车教育基金会在2008年公布“青少年网络休闲问卷调查”发现，57%的青少年在小学阶段就沉迷电脑游戏(台湾金车教育基金会，2013)。根据互联网调查报告，在中国大陆与港澳地区，有三成多的小学生在二年级就开始接触网络游戏，小学生沉迷于网络游戏在城市里更为普遍，网络俨然成为孩子生活中不可欠缺的一部分，计算机和网络已成为家庭不可或缺之电子设备。 早在1986年，Creasey和Myers提到，网络游戏将多人实时参与的特性融入其中，可满足青少年想独立的需求(Creasey & Myers， 1986)。网络游戏因为需要与其他人有互动，较不会产生孤独感，且游戏的实时性需要高度的投入，虚拟世界也存在多元幻想，因此网络游戏对青少年孩童身心发展具有重要的影响力。此外，也有学者认为网络游戏对于学习与认知有所帮助，如Salin和Zimmerman强调网络游戏的本质在于游玩，在玩的过程中，孩童可以学习解决问题的能力(Salin & Zimmerman， 2003)。而Funk提出，许多网络游戏会产生不良影响，包括健康问题，如长期使用电玩所导致的骨骼肌肉伤害、眼部肌肉紧绷、头痛、疲劳、食欲不振、冒冷汗、胸部疼痛等；产生对阅读与其它活动的排挤效应、网友问题、金钱问题等；更严重的还有网络成瘾的问题(Funk， 2001)。 网络游戏提供了现金交易平台，作者调查发现，有不少孩子为了要获取虚拟宝物，不仅将零用钱全部花光，甚至有盗取的行为出现；此现象可以看出，为了能够继续留在那个世界，孩子们的道德观、价值观有了非常大的转变。目前中国大陆与港澳台地区的网络游戏分级制度不明甚至根本没有分级制度，使得孩子在不知情的状态下，接受了不当的信息。这不只影响学生的心理卫生发展，是否受影响而出现暴力、性别之间的不当举动也有待观察。在现在日新月异的社会中，道德情绪在网络游戏充斥的现在，能够有多少的影响，是本研究的动机之一。 “道德情绪”(moral emotion)一词，最早由Scheffler于1977年提出，并提供了认知构成；其指出，道德情绪是依赖某一道德种类的假定，形成个体内在的情绪，通过情绪的感受，激发主动的行为(Scheffler， 1977)。后来的学者基本上都认同道德情绪乃发展道德价值观的必要要素，如果没有道德情绪的发生，则缺乏内省与回馈，好的行为不能维持，不好的行为也不能因此改进。 道德情绪究竟是属于道德还是情绪以及该如何分辨，是研究道德情绪的学者及推动道德教育的老师们最关心的部分。为了说明什么样的情绪表达属于道德情绪，表1整理了国内外各学者对于道德情绪表现的看法。 因为道德情绪的表现有不同的情绪，一种是对高尚的道德行为或结果产生喜爱，另一种则因为对于不道德的行为产生反感。本文综合以上观点，并将各类的情绪表现具体描述为：1) 积极性情绪：荣誉感、辞让之心与内疚感、自豪感；2) 消极性情绪：恐惧、焦虑、羞耻感、愤怒、羞恶之心；3) 利他情绪：同理心、同情、恻隐之心。 据问卷调查，有四分之一的孩子会参加网络游戏玩家所举办的网聚活动，稍有不慎即可能发生离家、性侵或伤害等不幸事件。网络游戏产品不断推陈出新，加上媒体的大肆宣传，对接触网络游戏的小学高年级儿童来说，除了产品提供的休闲娱乐以外，对他们的人际关系会有多大的影响。这是本研究的动机之二。 缤纷多样的网络游戏世界，辅以声光效果与引人入胜的故事内容与升级快感，加上网友网络实时通讯与网络匿名性，游戏中可与其它同样“志同道合”但却又“陌生”的人进行互动。这对一个心智发展尚未成熟的小学儿童而言，诱惑力相当巨大。当他们/她们在虚拟世界里发生人际互动时，其道德情绪是否因此而有所不同？在离开计算机后，进入现实社会与真实人群互动时，认知上是否会混淆并影响真实的人际关系呢？为了了解这一情形，是本研究的动机之三。 本文的主要研究目的，是分析小学高年级学生道德情绪与人际关系的相关情形与预测情形。依据本研究之研究目的与所采用的样本与方法，有必要详细说明本研究之相关信息。1) 研究区域。本研究为区域型研究，取样范围局限于珠三角地区。2) 研究对象。样本取自珠三角地区的小学高年级学生。为使样本具有代表性且便于分析，采取分层丛集随机抽样的方式，依据学校规模按比例取样，样本容量为900。3) 研究内容。以问卷调查所搜集之资料为主，了解不同网络游戏经验的珠三角小学高年级学生道德情绪与人际关系情形及其关系，最后针对研究结果提出结论与建议。在网络游戏方面，作者根据一些较有影响的游戏网站的分类将其整理为：角色扮演游戏、实时战略游戏、益智游戏、模拟游戏、运动游戏、动作游戏与冒险游戏等七项。道德情绪方面分为：积极性情绪、消极性情绪、利他情绪三个层面；人际关系分为：朋友关系、同学关系、家人关系、师生关系四个层面。4) 研究方法。以问卷调查法为主，使用问卷为自编的“小学高年级学生在网络游戏中道德情绪与人际关系的调查问卷”。5) 研究变量。不同网络游戏经验的小学高年级学生的道德情绪与人际关系的影响因素都非常多，本文主要从性别、年级、父母对在线游戏的不同态度、家长管教方式、父亲教育程度、母亲教育程度、学业成绩、不同网络游戏资历、每周网络游戏时间、每月网络游戏花费及最常玩的游戏类型等网络游戏背景，探讨学生的道德情绪与人际关系。这些无法涵盖所有的变量，因此在研究分析时会有所限制。
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user: 摘 要 探索新型、环保的灭火技术，是消防领域研究的重要发展方向之一。本文利用物质在超声速条件下极难燃烧的原理，设计一种能喷射超声速气流的灭火装置，利用廉价和充足的环境大气作为气源，为抗争火灾提供新的手段。文中对该技术的原理、设计以及验证进行了论述。该类新型灭火装置，不易对贵重的燃烧物造成破坏，在缺水或某些不适合用现有灭火手段的场合可以发挥作用，而且与现有灭火手段配合使用，能够提高灭火效率，降低对水资源的消耗及对环境的污染。 关键词 :超声速，环保，气流灭火 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 火灾是人类生产、生活中的主要灾害之一，与我们的日常生活息息相关。2015年8月12日，天津港发生大爆炸，火势迅速蔓延，相继引发多次爆炸，牺牲了数十名消防队员，造成严重的经济损失、环境污染。在这种情况下，如果能够更快地将火扑灭，就有可能抑制火势蔓延，防止二次灾害。诸如此类的灾害经常发生。我们知道，燃烧的必要条件是燃点和氧气。常见的灭火方式，比如冷却法使燃烧的温度低于燃点之下进而使燃烧停止，窒息法则是阻止空气流入燃烧区域或用不燃烧物质冲淡空气或者覆盖燃烧物从而使燃烧物得不到足够的氧气而熄灭。因此，常见的灭火器有干粉灭火器、二氧化碳灭火器、泡沫灭火器、清水灭火器等。但是，目前人们与火灾的对抗手段比较有限，效率不高。在某些特殊的场合，采用传统的灭火手段则不一定适合，可能导致二次灾害或二次污染。 随着航空航天技术的发展，超声速、高超声速技术逐渐向民用领域应用。如何维持燃料在超声速条件下的有效燃烧，是研制高超声速飞行器的难点问题，这里我们反其道行之，可以利用超声速气流的某些特性，探索一种新型灭火手段，提高灭火效率，降低二次污染和负面效应，为灭火技术的发展提供新的思路并能够在一定程度上扩展现有灭火器的应用范围，实现经济、高效灭火。目前关于超声速灭火的研究虽然有一些 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ，但比较有限，而且主要是采用干粉作阻燃剂，应用于大型灭火装置，容易造成粉尘污染，灾后清理困难。本文则提出一种新型清洁超声速灭火技术，仅利用常规大气作为动力源进行灭火，节约水资源且干燥清洁环保，有助于维护贵重物品的完整性。
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user: 2. 技术原理 超声速喷气式清洁灭火的原理是：物质在超声速气流条件下极难组织燃烧，犹如在飓风中要点燃一根蜡烛一样。超声速气流能使燃烧物在瞬间就处于极其严峻的环境而无法继续维持燃烧。高速气体所带来的低温效应能够降低燃烧物温度使其低于燃点，同时冷凝周围环境中的水汽在燃烧物表面形成覆盖从而在一定程度上隔离氧气。另外，高速气体强大的剪切力可以将分散、冲撞燃烧物。因此，设计一种能喷射超声速气流的灭火装置，利用廉价和充足的环境大气作为气源，在原理上是可行的。 基于上述原理所设计的新型灭火装置，具有以下特点： l 以取之不尽的空气作为灭火气源既廉价又充足，而且能够节约宝贵的水资源； l 在某些不能用水或干粉灭火的场合可以发挥有效作用，比如某些燃烧的带电装置不能用水直接扑灭； l 对一些较为贵重的仪器、珍贵文物等，采用该灭火装置可以避免对其造成二次污染； l 在某些干旱地区，水资源极为匮乏，该类灭火装置可以及时发挥作用，避免因此导致延误救灾而造成更大的损失； 实际上，无论采用何种灭火方式，单一的灭火器所起的灭火效果往往是有限的，特别是对于燃烧物种类多、火灾现场比较复杂的情况。本文所设计的灭火器并非要取代市面上已经发展较为成熟的灭火设备，而是与现有的灭火装置配合使用，将进一步提高灭火效率，为抢救人民群众生命财产安全增添一份保障。
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user: 3. 设计思路 3.1. 总体方案 该超声速喷气式灭火装置主要包括超声速喷嘴、气源、动力和阀门管路四个子系统以及其他辅助部件。 如图1所示，其主要结构及功能为： ① 超声速喷嘴，用于产生超声速气流，可以更换不同马赫数、不同出口形状的喷嘴； ② 截止阀，控制气流的开闭； ③ 橡胶软管，方便调节喷嘴方向以对准火焰； ④ 减压阀，调节喷嘴总压和流量； ⑤ 截止阀，控制气流开闭； ⑥ 气源储罐，储存所需的空气； ⑦ 安全阀，当气源储罐压力过大时可泄压，防止出现危险； ⑧ 压力表，显示气源压力； ⑨ 减压阀，用于调节外部大型气源对储罐充气的压力和流量； ⑩ 截止阀，控制压气机气体进入气罐的开闭； ⑪ 小型压气机，可为气罐重复充气。 图1. 超声速喷气灭火器的一种初步设计方案 该装置工作流程为： ⑥气罐内事先储备了压缩空气；当打开②⑤截止阀，将④调节至合适大小，①喷嘴可形成超声速气流，③橡胶管可以调整喷嘴的对准方向；当气罐内压力不足时，启动⑪压气机，开启⑩截止阀，关闭②④⑤，即可对气罐进行充气；另外，如果有外部大型气源或大型压力装置，也可以通过预留的接口⑨进行充气；当充气压力过大时，安全阀可自动泄压，压力表也可以时刻反映气罐压力。 3.2. 喷嘴设计 喷嘴是一个内壁面先收缩后扩张的管道，在满足入口出口压力比的条件下能够在该管道的出口形成超声速低温的气流。该管道内壁面的型面不是用普通的曲线设计或靠经验设计的。该型面是采用基于B样条曲线配置轴线马赫数分布的特征线方法设计的，能够使喷嘴出口获得均匀性好、气流速度精确、不存集中波系的高品质超声速流场。这样可以保证高速气流对火苗或燃烧物的有效覆盖率，从而提高喷嘴的灭火效率。实现超声速气流灭火的原理主要包括： 首先，超声速气流包裹燃烧物，使燃烧物瞬间处于超声速气流环境。自然界中若无人为干涉，要维持超声速燃烧是不可能的。这就降低了燃烧的可能性。 其次，根据空气动力学原理，随着气流速度的提高，气流温度将急剧下降，尤其是当气流速度超过声速的时候，甚至可以达到零下几十度。 ，T为气流温度，T 0 为气源温度 如上式所示，超声速气流的温度仅为其气源温度的若干分之一。那么这就可以达到两方面效果，一是高速低温气体的换热效应可以带走大量的热量，从而降低燃烧物的温度，使其低于燃点而增大燃烧难度；另一方面是低温气体还可降低燃烧物周边空气的温度，使空气中所含的水汽冷凝而覆盖于燃烧物表面，可在一定程度上隔绝燃烧所需的氧气。第三，超声速气流具有极强的剪切力和极高的总压，能够高效地粉碎、分散燃烧物表面的火星，可以阻止燃烧物继续燃烧和复燃。 以设计马赫数为1.5的喷嘴为例，若其气源的压力为3.6个大气压，气源温度为25摄氏度，那么在喷嘴出口处形成的超声速气流428 m/s，气流的温度仅有零下66摄氏度左右，驻点压力达到2~3个大气压。这样的高速低温气流具有极强的灭火能力。 超声速喷嘴设计主要包括收缩段和扩张段设计。收缩段可以采用双三次曲线、五次方曲线等设计方法(图2)。 扩张段在本文中则是采用基于B样条曲线配置轴线马赫数分布的特征线方法设计。B样条曲线除了具有变差减小性、几何不变性之外还有局部性、可微性和凸包性。由于B样条曲线的局部性，k阶B样条曲线上的点至多与k个控制顶点有关，移动某一控制点，至多影响该区间内的曲线形状，其余曲线段不发生变化，这一特点保证了喷嘴设计中局部马赫数的可调性。B样条曲线的可微性表明，每一曲线段内部是无限可微的，在节点处是k-r次可微的，其中r为节点的重复度，这一性质可以保证喷管壁面曲率的连续性(图3)。 图2. 收缩段型面设计的常见方法 图3. 超声速喷嘴扩张段设计方法 一般说来，喷嘴设计中应该保证壁面曲率连续，三次B样条曲线即可满足该条件，其和式形式为： 其中： ，V i 、V i +1 、V i +2 和V i +3 为控制顶点。由于B-样条曲线的上述性质，本文利用B-样条曲线给定喷管轴线的马赫数分布，然后采用特征线法进行内部流场的迭代求解。通过适当的调整B-样条曲线各个顶点的坐标就可以调整喷管壁面的曲线形状，由此实现了可调型线的超声速喷管设计。 3.3. 气源 要产生超声速气流必须在喷嘴的上游提供足够高的压力，以满足产生超声速气流所需的压比要求。根据空气动力学原理， ，p为气流压力，p 0 为气源压力。 对于马赫数为2.5的喷嘴，要在常压下工作，其气源至少要有8个大气压。那么气源储罐的结构强度就需要按照相应的规范来设计。同时，为了使整个灭火装置能够运行足够长的时间，对气源储罐的容积有一定的要求，根据不同的使用场所设计不同大小的气源罐。另一方面，为了提高本装置的普适性，采用空气填充气源储罐，这样既方便、廉价，又能减少灭火中的水资源消耗。 另外，为了提高超声速喷流的利用率，降低对气源的消耗，可以采用组合喷嘴的方式，如图4所示。 3.4. 管路与动力系统 管路的设计主要考虑有两个方面的要求，一是管路的承压，原因和气源的设计一样；二是易弯曲、便携，灭火时要将气流对准火源，因而管路必须活动自如。为了降低整个超声速气流灭火装置的成本，希望气体使用完后能够迅速、便捷、廉价地将气源充满重新使用。因此在本装置上设计了一个小型压气机，只要提供电源即可工作。另外还需要一些辅助部件，包括手推式移动小车、控制喷嘴工作的电磁阀及其开关、压力表、安全泄压阀等。
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user: 4. 数值仿真与试验验证 采用目前广泛应用的商业软件Fluent对所设计的超声速喷嘴的流场进行数值仿真模拟，可以获得喷嘴气流的基本参数分布。对喷嘴内部进行结构网格划分，如图5所示，给出了喷嘴计算域的网格划分以及数值模拟得到的流场马赫数分布。可以看出，喷嘴内部马赫数变化平缓无波系干扰，喷嘴出口处流场均匀，获得了预期的喷流速度。 针对日常所见的火灾类型，设计了如下几个实验，用来检验超声速气流的灭火效果：易燃物品(如酒精、汽油等)的燃烧、普通的衣物、木结构的燃烧、贵重物品(文物、古籍等)的燃烧、电器线路的燃烧。研究结果表明，超声速气流可以极高效地扑灭衣物、布料类燃烧物，对于木制燃烧物的灭火效果也非常好并且有效地粉碎火星，灭火效果彻底。 对不同马赫数喷嘴(包括马赫3.5，2.5，1.5三种，分别对应气流速度约为647 m/s、573 m/s、428 m/s)的灭火效果进行对比实验。结果表明，气流速度越高，灭火效率和效果就越好。 不同形状的喷嘴能够产生不同的超声速气流包裹，可以在适当的场合发挥各自的功效。针对扁平气流(二维)和柱状气流(轴对称)两种进行了灭火效果对比。结果表明，二维喷嘴对长条状燃烧物的灭火效果较好，而轴对称喷嘴对类似球状的燃烧物的灭火效果较好(图6~8)。 图4. 采用组合方式的喷嘴布局设计 图5. 喷嘴流场数值模拟 图6. 超声速喷流 图7. 超声速喷嘴 图8. 超声速喷流灭火演示
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user: 5. 结论与展望 本文对超声速气流灭火技术及初步设计进行了论述。研究表明超声速气流灭火技术简便易行，能够在实际生产生活中得到应用，并同时具备以下几个优点：高效、快速，洁净、环保，持续性好，降低水资源消耗、解决缺水地区的灭火困扰，防止水灭火、干粉灭火等方式对贵重物品的损坏及污染等，最大限度减小财产损失。超声速气流灭火技术有两个发展方向，一是大型化，主要用于工业灭火、森林灭火、城市消防等；二是小型化，主要使用对象为个人或家庭。作为对现有灭火技术的一种补充，有望在消防及防灾减灾工程中发挥一定作用。
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user: 摘 要 封闭式小区是影响城市路网状况的瓶颈之一。小区开放是优化路网结构、提高道路通行能力、改善城市交通状况的重要手段。小区开放对优化道路通行能力的数据评估具有迫切的现实需求。本文首先基于TPI数据将城市交通区域进行分类，进而依据不同类型区域内的小区结构、道路节点数、交通状况通达度以及路阻指数等指标对区域进行二次分类，最后基于路阻函数BPR值量化不同类型小区开放前后的道路通行能力。实例分析验证了Braess悖论的合理性以及本文提出的小区开放对道路通行能力的影响评估模型的有效性。 关键词 :交通拥堵，小区开放，通达度，BPR函数 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 封闭式小区对城市路网通行能力造成严重影响，已成为制约我国城市发展的重要瓶颈之一。2016年国务院发布《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》要求，已建成的住宅小区和单位大院要逐步开放，新建小区应当对外开放。在小区开放措施能否优化城市道路通行能力问题上存在不同看法。一种观点认为封闭式小区破坏了城市路网结构，堵塞城市“毛细血管”造成交通阻塞，小区开放后路网密度及道路面积的增加可以使得道路通行能力得到提高。另一种观点则认为这一问题与封闭小区的面积、位置、外部及内部路况等诸多因素相关，不同情况下的应对方案应该有所区别。也有观点认为小区开放后虽然通行道路数量增多，相应地小区周边主干道路上进出小区交叉路口的车辆也会随之增多，这反而影响了主干道路的通行能力，从区域路网结构层面看不一定能够达到优化路网运行效率的目的。 小区开放措施能否达到优化路网结构、提高道路通行能力、改善交通状况的效果逐渐引起社会关注 [ 1 ] [ 2 ] 。李向朋 [ 3 ] 以道路通行能力、行程时间、延误时间以及排队长度等主要因素为评价指标，以支路在特定区域的间距为依据确定适合交通开放的封闭型小区，进而基于Braess悖论借助综合路阻模型对小区开放前后的交通状况进行量化评估并对路况优化问题提出相应对策。裴玉龙等 [ 4 ] 借助局部路网指标对小区开放前后局部路网的可靠度进行评估，进而提出开放小区路网的模式与方法。游向然 [ 5 ] 从小区规模、道路形态、激发路网边界活力以及加大混合开放度等层面对小区开放的路网结构进行分析，在此基础上提出相应的小区周边路网结构优化对策。胡乔俣等 [ 6 ] 在分析了哈尔滨传统小区结构特点的基础上，提出小区开放与路网优化、推广街区制与社区文化诸因素有机结合的观点，进而提出了哈尔滨开放街区的实施方案。但是上述相关研究工作在数据的分析与处理方面略显不足。鲁博阳等 [ 7 ] 通过分析影响小区及周边交通情况因素，利用层次分析法得到诸因素之间的关系及其权重，设计了三种主要小区格局的开放后路网性能评判模型并验证该模型的可靠性，最后针对研究结果提出了改善道路通行能力的相关建议。苏兵 [ 8 ] 等以任意起讫点之间的交通便捷度方形小区影响因子以及网络交通便捷度方形小区影响因子为衡量方形小区对城市方格网络的影响指标，并以西安市的封闭小区情况为标本对城市网络的路网结构与交通运行效率之间关系进行量化分析，并给出优化交通状况的方法。张磊 [ 9 ] 基于国内城市交通模式现状，以促进城市区域之间人际交往的角度分析了居住区的人车混行情况对路网性能影响，提出了改善城市交通状况的住区道路网络结构模型。 上述相关研究总体看主要是从宏观层面对小区开放与路网结构的关系进行理论分析，在评估模型的构建、对相关数据的统计处理分析方面相对较少甚至没有涉及，部分对路网结构优化的建议缺少数据支撑。事实上不同区域、不同结构类型的小区开放后对附近路网影响的方式及程度是有差异的 [ 1 ] 。本文根据国家定制的道路交通运行指数(TPI)将城市内的交通区域依据拥堵程度进行分类，进而通过对相关数据的处理分析，依据不同类型区域及相关区域内的小区结构、道路节点数、小区开放后区域内交通状况通达程度的道路优化指数以及路阻指数等指标对不同的小区进行二次分类，在此基础上依据道路和车辆行驶能力评价体系量化各类小区开放前后的道路通行能力的差异程度。最后通过实例验证了本文提出的区域道路通行能力评价模型的有效性。
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user: 3. 结束语 随着我国城市化进程飞速发展的今天，交通拥堵已经是影响城市发展的困境，这一现象在大城市及特大城市尤为突出，严重制约了城镇的绿色增长。而单一型封闭式小区模式是我国城市居民居住环境的主流模式，小区开放可以成为缓解道路拥堵、改善城市路况的有效途径。但是不同类型的小区开放对内部及周边交通状况的影响能力是有差异的，少部分类型的小区开放并不能改善周边交通环境，有些甚至会造成负面效应。本文首先基于TPI指标将城市交通区域进行分类，进而依据不同类型区域内的小区结构、道路节点数、交通状况通达度以及路阻指数等指标对区域进行二次分类，最后基于路阻函数BPR值量化不同类型小区开放前后的道路通行能力。 不同级别城市的路网结构差距巨大，小区开放前后对周边道路通行的影响应该具有差异性。针对不同级别城市的各种类型小区，使用数据的统计分析手段设计相应的内部路网结构以及小区周边的路网优化方案，对基于小区开放手段优化城市道路通行能力方面具有更大的实用价值，这也是我们的后续工作之一。
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user: 摘 要 压缩感知理论作为一种全新的信号采集、编解码理论，已被广泛地应用于图像处理、模式识别、自动控制和生物传感等领域，并展现出强大的力量。为了更快速地求解压缩感知问题，在稀疏信号重构的Barzilai-Borwein (B-B)梯度投影(Barzilai-Borwein Gradient Projection for Sparse Reconstruction， GPSR-BB)算法的基础上，采用预测校正的技巧，提出了一种改进的梯度投影算法。该算法首先由常数步长的梯度投影产生一个预测点，再根据预测点及B-B方法计算步长得到新的迭代点。新算法单步迭代计算同样简单，且采用预测校正技巧可使迭代点更接近问题的解，从而可望减少算法的总的迭代次数。对随机生成的测试问题进行数值实验，数值结果表明新算法的运行时间要少于GPSR-BB算法。 关键词 :压缩感知，稀疏重构，凸优化，梯度投影 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在信号处理中，为了能准确地重构原始信号，由奈奎斯特(Nyquist)采样定理可知，传统的系统采样频率至少为信号带宽的两倍。而随着信息时代的高速发展，人们对信息量的需求与日俱增，因而信号的带宽越来越大，这就对传统的信号采样、存储、处理和传输提出了挑战。2006年，Donoho和Candès等几乎同时独立地提出了一种全新的信号处理技术——压缩感知(Compressed Sensing， CS)理论 [ 1 ] [ 2 ] 。CS理论与传统信号处理技术有着本质的不同。传统的信号处理技术，如奈奎斯特采样，是对信号先采样后压缩，而CS技术则是将信号或数据的采样和压缩同时进行，从而提高了效率。CS理论的基本思想是：若原始信号是稀疏的，则可利用一个测量矩阵，通过线性变换将高维的原始信号压缩成一个低维的测量信号，再由这个低维的测量信号，采用某种有效的重构算法，可以很高概率的恢复原始信号。此外，若原始信号是非稀疏的，则需要找一个正交变换，使其在该变换基矩阵下具有稀疏表示。目前关于信号稀疏表示的研究方法主要有傅里叶分析、小波分析和多尺度几何分析 [ 3 ] 等。CS一经提出，就受到广泛关注，并在图像去噪 [ 4 ] 、人脸识别 [ 5 ] 、雷达成像 [ 6 ] 、核磁共振成像 [ 7 ] 等领域取得了成功的应用。 由CS理论可知，稀疏信号重构的关键在于测量矩阵的构造和重构算法的设计。陶哲轩和Candès [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 证明了当测量矩阵满足限制等距性质(Restricted Isometry Property， RIP)条件时，可通过某种重构算法恢复原始信号，并证明了部分正交矩阵满足RIP条件，而随机高斯矩阵、随机伯努利矩阵等都能以极高的概率满足该条件。最近，文 [ 11 ] [ 12 ] 又对该条件进行了改进，将其中的参数取值范围进一步放宽。 目前，压缩感知的重构算法主要可分为贪婪追踪算法和凸优化算法两大类。贪婪追踪算法包括匹配追踪算法(Matching Pursuit， MP) [ 13 ] 、正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit， OMP) [ 14 ] 和稀疏度自适应的匹配追踪算法(Sparsity Adaptive Matching Pursuit， SAMP) [ 15 ] 等；凸优化算法包括基追踪算法(Basis Pursuit， BP) [ 16 ] 、迭代阈值算法(Iterative Thresholding， IT) [ 17 ] 、迭代硬阈值算法(Iterative Hard Thresholding， IHT) [ 18 ] 、梯度投影算法(Barzilai-Borwein Gradient Projection for Sparse Reconstruction， GPSR-BB) [ 19 ] 、交替方向算法(Alternating Direction Method， ADM) [ 20 ] 和邻近梯度算法(Proximal Point Algorithm， PPA) [ 21 ] 等。 这两类算法各有千秋，互有长短。贪婪追踪算法是对稀疏非凸优化问题进行求解，实质上是通过局部最优化对原始稀疏信号的一个逐次逼近过程，其迭代易于理解和实现，因而倍受青睐。然而其不能保证全局收敛性，且解的精度不高。此外，匹配追踪和正交匹配追踪算法计算量最小，但需要事先知道信号的稀疏度。稀疏度自适应匹配追踪算法可以通过设置终止条件来使稀疏度自适应，但迭代次数多，运算量较大。凸优化算法是对松弛的凸优化问题进行求解，迭代的理论和计算相对复杂一些，但无需事先知道信号的稀疏度，且只需更少的测量数量就能获得更高精度的解。在众多的凸优化重构算法中，GPSR-BB算法因其迭代过程相对简单易行，求解较快，且容易实现热启动(warm-start)，而在实际应用中得到广泛的关注。本文在GPSR-BB算法的基础上，结合预测校正技术，提出了一种改进的GPSR-BB算法，即预测校正的梯度投影算法(Predictor-Corrector Gradient Projection with Barzilai-Borwein， PCGP-BB)，数值实验结果表明PCGP-BB算法比GPSR-BB算法更有效。
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user: 2. 压缩感知的凸优化模型 众所周知，CS中的稀疏信号重构问题可描述为如下稀疏优化模型： (1) 其中 表示向量x中非零元素的个数， 为测量矩阵， 为原始稀疏信号 经压缩后的观测值。式(1)是一个NP-hard的问题 [ 22 ] 。而Tao和Candès在文献 [ 9 ] 中指出，当测量矩阵A满足RIP条件时，式(1)等价于如下松弛的凸优化模型，即基追踪问题(Basis Pursuit Problem) (2) 其中 为x的l 1 范数，它是 的凸包络。 若观测向量y受到稠密的小的噪声(如高斯白噪声)干扰时，很自然地可将式(2)进一步松弛为如下凸优化模型： (3) 其中 为非负参数， 表示向量x的l 2 范数。 式(3)是一个二阶锥约束的凸优化问题，而由凸分析可知，存在 ，使得式(3)等价于如下 混合范数最小化问题： (4) 实质上式(4)是式(3)的Lagrange形式，其中 被称为正则因子。
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user: 3. 改进的梯度投影法 式(4)是不可微的问题，不能直接采用梯度算法求解。Figueiredo， Nowak和Wright在文献 [ 19 ] 中将其转化为如下非负约束的凸二次规划问题： (5) 其中 ， ， ， ， ， ， ， ， 。 求解式(5)的梯度投影法的一般迭代格式为 ，其中 为 的梯度， 称为步长。文 [ 19 ] 根据前两个迭代点 和 采用Barzilai-Borwein方法计算步长 ，提出了GPSR-BB算法。GPSR-BB算法包括单调的和非单调的两种，其计算简单有效，在实际应用中表很好，尤其是非单调的GPSR-BB算法求解更为快些。然而，GPSR-BB算法对于初始点的取值很敏感，当初始点为0时，效果很好，而初始点取值不为0时，则效果不佳，甚至求解失败。而采用常数步长规则(即令 ， 为正的常数)的梯度投影法计算最简单且不依赖于初始点的选取，但需要较多的迭代次数。因此，本文将非单调的GPSR-BB算法和常数步长的梯度投影法进行结合，并利用预测校正的技巧，先由当前迭代点 采用常数步长的梯度投影法计算得到一个预测点 ，然后再根据 和 采用B-B方法计算步长 ，从而可得到下一个迭代点 。由于采用了预测校正技术，新算法可望比GPSR-BB算法需要更少的迭代此数，从而可减少总的计算时间，且新算法对于初始点不为0时亦可成功求解。 显然 是Lipschitz连续的且Lipschitz常数 。因为 所以有 。若A是行正交的，则有 ，因而有 。此外，由凸优化的梯度投影法的收敛性 [ 23 ] 可知，当 时，常数步长的梯度投影法收敛，而且若式(5)是强凸的，则取 时收敛最快且为线性收敛。虽然式(5)是非强凸的，但本文仍然取 进行计算。PCGP-BB算法步骤如下 步骤1：(初始化)给定 ， ， ， (迭代次数上限)，令 ； 步骤2：若 或 收敛终止条件满足， 算法终止； 步骤3：计算预测点 ， ， ； 步骤4：计算步长：若 ，则令 ；否则，令 步骤5：更新迭代点 ，令 ，转步骤2； 显然，PCGP-BB算法每次迭代计算的关键在于梯度 和 的计算。由于 以及 ， ，因而可知其主要计算量为矩阵 与向量的乘积运算，故而其单步迭代的计算复杂度为 ，与GPSR-BB算法的单步迭代计算复杂度一样，同样简单易于实现。
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user: 4. 数值结果 在本节中，我们考虑一个典型的压缩感知问题 [ 19 ] [ 24 ] ，通过一个长度为m的测量向量y来恢复出长度为n的原始信号。其中 ， ，原始信号包含160个随机 ， 是方差为 和均值为零的高斯白噪声。此外，采用文献 [ 24 ] 中的建议，取 ，并和文献 [ 19 ] 一样，先按照独立同分布的标准高斯分布随机产生测量矩阵A，然后对其行正交化，并采用终止条件： ，其中 。此外，我们取 ， ， ， ， 。 在MATLAB R2013b的平台上进行数值试验，计算机是Windows 7操作系统，内存为8 GB，处理器为Intel Core i5-4460 3.20 Ghz和16位十进制精度的个人电脑。代码PCGP-BB与GPSR-BB (包括单调和非单调)分别代表预测校正的梯度投影算法和B-B步长的梯度投影算法的程序。分别用PCGP-BB与GPSR-BB求解并比较其迭代次数和CPU时间。表1和表2分别给出了初值 和 时， Table 1 Iterations and CPU times for PCGP-BB and GPSR-BB (Average over ten runs， 算法 迭代次数 CPU时间(秒) PCGP-BB 16 0.1527 非单调的GPSR-BB 18 0.1758 单调的GPSR-BB 21 0.2029 表1. PCGP-BB和GPSR-BB的迭代次数和CPU时间(取十次的平均值， ) Table 2 Iterations and CPU times for PCGP-BB and GPSR-BB (Average over ten runs， 算法 迭代次数 CPU时间(秒) PCGP-BB 29 0.2952 非单调的GPSR-BB - - 单调的GPSR-BB 38 0.3876 表2. PCGP-BB和GPSR-BB的迭代次数和CPU时间(取十次的平均值， ) PCGP-BB和GPSR-BB的迭代次数和CPU时间(以十次测试的平均值为准)，其中 是Matlab随机向量生成函数。由于采用相同的最优性条件作为终止条件，这三者的均方误差基本相同，因而未在表中列出。由表1和表2可知，就所测试的问题，PCGP-BB的迭代次数和CPU时间均少于GPSR-BB，而当随机取初值时，非单调的GPSR-BB甚至求解失败，表2中“-”表示迭代次数超过迭代上限仍未能终止。
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user: 5. 结语 压缩感知利用原始信号的稀疏性，通过求解稀疏优化问题来恢复原始信号。Stephen Wright等人提出的稀疏信号重构的B-B步长的梯度投影(GPSR-BB)算法简单有效，受到广泛关注。本文在GPSR-BB算法的基础上，提出了预测校正的梯度投影法。数值结果表明新算法比GPSR-BB算法的求解效率要稍好些，且取不同初值时均可有效求解。
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user: 资助信息 海南省科协青年科技人才学术创新计划项目资助(No. HAST201622)。