DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 三种连接方式分析 本节中，我们研究N个规则连接的HR模型在链式、环状、全局耦合方式下的同步性，得到了三种连接方式下全局渐近同步的准则，即定理1~3。并对其进行了严格的证明。 3.1. 链式连接 多个神经元通过电突触耦合，如果第一个神经元仅与其后面的一个神经元有连接，最后一个神经元仅与其前面的一个神经元存在连接，而其他神经元都与其相邻的两个神经元存在连接，则这种连接方式称为链式连接。图2(a)为其网络结构示意图。 图2. 三种不同的连接：(a) 链式连接；(b) 环状连接；(c) 全局连接 此种方式的连接矩阵 G c h a i n = [ − 1 1 1 − 2 1 ⋱ ⋱ ⋱ 1 − 2 1 1 − 1 ] ，其最大非零特征值 λ 2 = −     4 sin 2 π 2 N 。 定理1：在链式连接方式下，如果 k > H + ( 1 + L ) 2 4 4 sin 2 π 2 N ，那么耦合系统(3)是全局渐近同步的，其中 H = max { H i = f ′ ( x i 1 ) max ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N } ， L = max { L i = g ′ ( x i 1 ) max ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N } 。 证明：取矩阵 A = [ 1 2 0 0 0 1 2 0 0 0 1 2 μ s ] ，为系统(5)构造正定李雅普诺夫函数 V = γ T A γ d V d t = γ T ⋅ ( [ D F ( s ( t ) ) ] T ⋅ A + A ⋅ D F ( s ( t ) ) + 2 k λ m A T ) ⋅ γ = γ T ⋅ [ f ′ ( x 1 ) + k λ m g ′ ( x 1 ) + 1 2 0 g ′ ( x 1 ) + 1 2 − 1 0 0 0 − 1 s ] ⋅ γ ≤ ( H + k λ m ) | γ 1 | 2 + ( L + 1 ) | γ 1 γ 2 | − | γ 2 | 2 − 1 s | γ 3 | 2 ≤ ( | γ 1 | ， | γ 2 | ， | γ 3 | ) ⋅ [ H + k λ m L + 1 2 0 L + 1 2 − 1 0 0 0 − 1 s ] ⋅ ( | γ 1 | ， | γ 2 | ， | γ 3 | ) T 当 k > H + ( L + 1 ) 2 4 | λ 2 | 时， B m = [ H + k λ m L + 1 2 0 L + 1 2 − 1 0 0 0 − 1 s ] < 0 ( m = 2 ， 3 ， ⋯ ， N ) 所以 d V d t ≤ ( | γ 1 | ， | γ 2 | ， | γ 3 | ) ⋅ B m ⋅ ( | γ 1 | ， | γ 2 | ， | γ 3 | ) T < 0 ( m = 2 ， 3 ， ⋯   ， N ) 因此，在链式连接下，当耦合强度 k > H + ( 1 + L ) 2 4 4 sin 2 π 2 N 时，偏差系统(5)是全局渐近稳定的。根据引理，定理1得证。 3.2. 环状连接 环状连接是一种非常普遍的循环网络连接模式，在海马、小脑、大脑等神经组织中大量存在。其主要特点为神经网络中的每一个神经元均和其最近的两个神经元之间存在耦合作用，图2(b)为其网络结构示意图。 此种方式的连接矩阵 G r i n g = [ − 2 1 1 1 − 2 1 ⋱ ⋱ ⋱ 1 − 2 1 1 1 − 2 ] ，其最大非零特征值 λ 2 = −     4 sin 2 π N 。 定理2：在环状连接方式下，如果 k > H + ( L + 1 ) 2 4 4 sin 2 π N ，那么耦合系统(3)是全局渐近同步的，其中 H = max { H i = f ′ ( x i 1 ) max ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N } ， L = max { L i = g ′ ( x i 1 ) max ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N } 。 定理2的证明与定理1类似，此处省略。 3.3. 全局连接 全局连接是指网络中的任意两个神经元之间都存在耦合作用，网络结构示意图如图2(c)。 此种方式下连接矩阵 G g l o b a l = [ − N + 1 1 1 … 1 1 1 − N + 1 1 … 1 1 ⋮ ⋮ ⋱ ⋱ ⋮ ⋮ 1 1 ⋯ 1 − N + 1 1 1 1 ⋯ 1 1 − N + 1 ] ，其最大非零特征值 。 定理3：在全局连接方式下，如果 k > H + ( 1 + L ) 2 4 N ，那么耦合系统(3)是全局渐近同步的，其中 H = max { H i = f ′ ( x i 1 ) max ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N } ， L = max { L i = g ′ ( x i 1 ) max ， i = 1 ， 2 ， ⋯ ， N } 。 定理3的证明与定理1类似，此处省略。 从上面的分析，我们得到了链式、环状和全局连接方式下耦合系统达到全局渐近同步的充分条件。不妨把链式、环状和全局连接方式下，达到全局渐近同步时对应的定理1、2和3中不等式右边的耦合强度最小值称为耦合系统的同步阈值，分别记作 k c ， k r 和 k g 。 由于 N ≥ 4 时， | −   4 sin 2 π 2 N | < | − 4 sin π N | < | − N | ，故三种对称连接方式下对应的同步阈值大小关系为 k c > k r > k g 。而当N增大的时候，对于链式和环状连接， k c 和 k r 也随之增大。对于全局连接， k g 是随之减小的。
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user: 4. 数值模拟 为了验证定理1~3的可靠性，我们将对系统(3)进行数值模拟。在这里，引入系统(3)的同步差： e ( t ) = | 1 N ∑ i = 1 N x i 1 ( t ) 2 − ( 1 N ∑ i = 1 N x i 1 ( t ) ) 2 | ， e ( t ) 表示 t 时刻的同步差，它反映了耦合系统的同步状态。规定当耦合强度 k > k 0 时，如果 lim t → + ∞ e ( t ) = 0 ，那么称系统(3)达到了完全同步，此时我们把满足 k > k 0 条件的 k 0 的最小值称为耦合系统实际的同步阈值。 根据系统(1)的参数值，可知 | x 1 | ≤ 2 ， H = 3 ， L = 20 ，验证 N = 4 时定理1~3的可靠性。图3(a)是4个神经元处于未耦合状态，即 时，系统(3)的同步差 e ( t ) 的时间序列图。从图中可以看到， e ( t ) 的波动性较大，此时神经元之间是不同步的。根据定理1~3的计算可得：4个神经元在链式、环状和全局连接方式下，耦合系统的同步阈值分别为193.3、56.62和28.31。在这三个耦合强度下，链式、环状和全局耦合系统 e ( t ) 的时间序列图分别为图3(b)、图4(a)和图4(b)。图中显示， e ( t ) 在经过一段很短的时间后，迅速变成了0，耦合系统达到了完全同步，这说明理论结果的可靠性。 根据 e ( t ) 的最大值计算实际的同步阈值，在这里仍然取 N = 4 。图5(a)是链式耦合系统 e ( t ) 的最大值随耦合强度变化图。从图5(a)可以看出，当 k ≥ 1.56 时， e ( t ) 的最大值等于0，耦合系统达到了完全同步。对应图5(b)，当耦合强度k = 1.56时，链式耦合系统的 e ( t ) 在一段时间后变成了0，这说明耦合系统达到了完全同步。由此，我们得到了4个电耦合的HR模型在链式连接下，完全同步的实际阈值。 图6(a)环状连接的耦合系统 e ( t ) 的最大值随耦合强度变化图。从图6(a)可以看出，当 k ≥ 0.47 时， e ( t ) 的最大值等于0，耦合系统达到了完全同步。对应图6(b)，当 k = 0.47 时， e ( t ) 在一段时间后变成了0，这说明耦合系统达到了完全同步。由此，我们得到了4个电耦合的HR模型在环状连接下，完全同步的实际阈值。 图7(a)是 N = 4 时，全局连接的耦合系统 e ( t ) 的最大值随耦合强度变化图。从图7(a)可以看出，当 k ≥ 0.235 时， e ( t ) 的最大值等于0，耦合系统达到了完全同步。对应图7(b)，当 k = 0.235 时， e ( t ) 在一段时间后变成了0，这说明耦合系统达到了完全同步。由此，我们得到了4个电耦合的HR模型在全局连接下，达到完全同步的实际阈值。 图3. (a) 当k = 0时，系统(3) e(t)的时间序列图；(b) 当k = 193.3时，链式耦合系统e(t)的时间序列图 图4. (a) 当k = 56.62时，环状耦合系统e(t)的时间序列图；(b) 当k = 28.31时，全局耦合系统e(t)的时间序列图 图5. (a) 链式耦合系统的最大值随k的变化图；(b) 当k = 1.56时，链式耦合系统e(t)的时间序列图 图6. (a) 环状耦合系统e(t)最大值随k变化图；(b) 当k = 0.47时，环状耦合系统e(t)的时间序列图 图7. (a) e(t)最大值随k的变化图；(b) 当k = 0.235时，全局耦合系统e(t)的时间序列图 取 N = 5 ， 6 ， ⋯ ， 12 ，重复上述过程。在链式、环状和全局连接方式下，数值模拟得到实际同步阈值分别记作 k ′ c ， k ′ r 和 k ′ g 。数据如表1，图8为表1中神经元数目和同步阈值关系图，它更直观地展示了同步阈值随神经元数目的变化趋势。从表1和图8可以看出理论和数值模拟结果都反映出相同的性质，对于链式和环状连接的系统，同步阈值随N的增大而增大。对于全局连接的系统，同步阈值随N的增大而减小。并且理论计算出的同步阈值大约是数值模拟得到的同步阈值的125倍。另外，当N相同的时候，理论计算的同步阈值和数值模拟的同步阈值的关系为 ，这说明全局连接的系统比环状连接的系统更容易达到同步，而环状连接的系统又比链式连接的系统更容易达到同步。 Table 1 Data of the number of neuron and synchronization thresholds for three types of regular coupled neural network 神经元数量N k c k ′ c k r k ′ r k g k ′ g 4 193.3 1.56 56.62 0.47 28.31 0.235 5 296.4 2.42 81.94 0.65 22.65 0.179 6 422.6 3.49 113.25 0.91 18.87 0.152 7 571.7 4.68 150.39 1.21 16.17 0.131 8 743.8 6.00 193.32 1.54 14.15 0.116 9 938.9 7.58 242.03 1.91 12.58 0.101 10 1156.9 9.30 296.49 2.36 11.32 0.093 11 1397.9 11.1 356.70 2.84 10.29 0.082 12 1661.8 13.2 422.65 3.36 9.437 0.076 表1. 三种规则连接神经网络的神经元数目与同步阈值数据 图8. (a) 理论同步阈值与神经元数目的关系图，从上到下依次是链式连接、环状连接、全局连接；(b) 实际同步阈值与神经元数目关系图，从上到下依次是链式连接、环状连接、全局连接
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user: 5. 本文结论 本文借助引理，将多个神经元耦合的同步问题转化为偏差系统零解的稳定性问题，通过构建合适的李雅普诺夫函数，发现同步阈值由耦合系统的连接矩阵的最大非零特征值决定，进而给出了达到完全同步的准则。克服了模型维数高且复杂的难题，从理论上解决了多个神经元耦合的系统同步阈值问题。最后，利用计算机数值模拟，验证了结果的可靠性，并计算出了不同耦合神经网络实际的同步阈值。 理论结果和数值模拟结果都反映了相同的性质。一方面，对于链式和环状耦合系统，同步阈值随着神经元数目的增大而增大；对于全局耦合系统，同步阈值随神经元数目的增大而减小。并且理论计算的同步阈值大约是数值模拟计算值的125倍。这说明神经元数目增多，会使链式和环状耦合系统同步能力变弱，而使全局耦合系统变强。另一方面，当神经元数目相同的时候，链式连接的同步阈值大于环状连接大于全局连接。这说明三种连接方式中，全局连接的同步能力最强，其次是环状连接，而链式连接的同步能力最弱。虽然理论结果相对较为保守，但是它刻画了神经元数目及连接方式与同步阈值的关系，进一步地，对于任意一个确实的耦合系统，通过本文结论可以估计该系统的同步范围，这对研究同步现象具有一定的参考作用。
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user: 摘 要 随着信息时代的不断发展，信息安全与隐私保护问题越来越受到人们的重视，由于有价值的信号可能受到恶意攻击，因此它们必须在加密的域中进行处理。本文利用Paillier密码系统的同态特性，对加密域内的待处理信号进行小波分解，提出了一种加密的自适应提升小波方法。此外，还提出了采用加密的LBP方案对细节信号进行编码的方法，这些方法用于服务器在没有私钥的情况下进行数据处理，从而避免敏感信息泄露是非常有用的。我们进行了加密域的重构实验、水印实验和掌纹分类实验，验证了我们提出加密域自适应提升小波的有效性和可行性。 关键词 :自适应提升小波，同态加密系统，加密信息处理 Copyright © 2019 by author(s) 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 随着云计算的诞生与发展，其涉及的信息安全问题越来越受到人们的重视。处理用户的隐私数据成为了信号处理领域的一大热点，且能够实现数据的安全管理、传输、与处理工作变得至关重要。涉及一些个人用于个人身份识别的信息如虹膜、指纹、面部特征等成为研究的热点，相较而言掌纹具有更多的主线、皱纹、脊和细节点等特征，并且拥有非侵入性和高成本效益的优点，我们提出了一种由服务器端在加密状态下对掌纹进行自适应提升小波运算以及特征提取的过程。另外与媒体、版权许可相关的数字水印等信息，作为不可见水印镶嵌入产品时具有隐秘性，作为保护信息安全以及辨别版权真伪的关键信息，数字水印尤其是不可见水印有十分广泛的应用背景，我们所提出的加密信息处理方案同样可以应用于加密水印的嵌入和提取，即服务器端在加密图片上直接嵌入不可见水印，并且可以从中直接提取加密后的水印。在方案的实施过程中，针对可能出现的数据非整数，非正数，数域可能出现扩充等问题进行了研究和探讨，并且介绍了实验过程中必不可少的同态加密域数值比较的方法。
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user: 2. Pallier同态加密域 2.1. 同态加密域系统 同态加密系统主要由RSA [ 1 ] ，ElGamal [ 2 ] ，Paillier [ 3 ] 和Damgard-Jurik [ 4 ] 等加密算法系统组成，本文所提出的自适应提升小波方案是基于Paillier同态加密域的算法方案。 同态加密系统由Rivest等人提出，利用这样的系统可以在不对信息解密的前提下处理加密后的信息 [ 5 ] ，显然地，找出明文和密文之间的代数计算关系是同态加密运算的关键。现有的同态加密系统都有其对应的计算方法变换法则，根据对应变换法则的特点可以将同态加密域分为加法同态加密和乘法同态系统，Pascal Paillier提出的Pailler同态系统具有加法同态性 [ 3 ] ，近年来被广泛应用在安全信息处理领域，而针对自适应提升小波原本的计算方法与加法同态的性质，我们选择该加密域进行研究与实验。Paillier加密系统的运算法则在下小节介绍。 2.2. 加密同态性与计算规则 加法同态性可以被描述为明文域的加法运算转换到密文域后变为乘法运算，令 m 1 和 m 2 表示明文，E[´]表示加密过程，D[´]表示解密过程，{pk， sk}表示一对秘钥，分别对应公钥和私钥，加密算法的加法同态性可以表示为： (1) 文献 [ 6 ] 较详细地介绍了基于第三类陷阱门技术的一种陷阱门机制，它是复合剩余类问题的一种，除了具有加法同态性，该方法同时也具有随机自约性和自束性，因此即使不改变明文也可以得到不同的密文，研究主要用到其加密的过程，这里仅介绍算法计算规则部分。 2.2.1. 秘钥机制 参数p和q为两个大质数并计算它们的乘积，得到N = pq，这样所得到的N很大以至于很难被分解，非零基整数g随机取 Z N 2 的子集，使其满足N整除g的阶 ( g ∈ Z N 2 * ) ，通常为了方便起见，g可以取值为N + 1。公钥 λ 由g和N共同组成，满足条件： λ = l c m ( p − 1 ， q − 1 ) ，式中l cm代表最小公倍数。 2.2.2. 加密过程 规定明文m的范围为m < N，之后随机选取一个整数r < N，可以得到加密运算过程为： E p k ( m ) = g m ⋅ r N mod N 2 = c (2) 其中c表示密文 c ∈ Z N 2 * 。 2.2.3. 解密过程 令密文满足c < N 2 ，明文m可以根据以下公式计算得到： D s k ( c ) = L ( c λ mod N 2 ) L ( g λ mod N 2 ) mod N = m (3) 其中 L ( x ) = ( x − 1 ) / N 。 特别地，根据公式(2)和(3)我们可以得到以下关系式： D s k ( E p k ( m 1 ) E p k ( m 2 ) mod N 2 ) = m 1 + m 2 mod N (4) D s k ( E p k ( m 1 ) E p k ( m 2 ) − 1 mod N 2 ) = m 1 − m 2 mod N (5) D s k ( E p k ( m ) k mod N 2 ) = k m mod N (6)
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user: 4. 仿真实验 4.1. 重构实验 图3(a)为大小为512 × 512的灰度图像“peppers”作为我们重构实验的原图像信号，用两个大质数将其加密之后并按照2.1节提出的加密提升小波算法进行处理，并且按照公式(18)~(28)的逆运算逐步进行图像的重构过程，这里不重复介绍逆运算的细节，图3(a)~(d)分别展示了原图像，加密后的图像，重构后的加密图像以及解密后的重构图像，实验过程中MIM方案 [ 12 ] 用于减少数域的扩充问题，也就是在运算中利用MIM进行数据的除法运算，从而消除了扩张因子Q对数域扩充的影响。从图3(a)和图3(d)我们可以看出，两张图片在相同位置具有相同的像素值，这意味着解密后的重构图像与原图像完全相同，整个加密重构过程并没有出现失真的问题。 图3. (a) 原灰度图像；(b) 加密后的灰度图像；(c) 加密域重构图像；(d) 解密的重构图像 4.2. 水印实验 利用我们提出的自适应提升小波策略，同样在加密域进行了图像的水印实验，本次实验采用了文献 [ 13 ] 中所介绍的水印嵌入方式，嵌入水印的公式为： v ′ i = v i + α w i (33) 其中，v i 表示原图像信号，w i 为需要嵌入的水印信号，选取如图4(a)所示的陕西师范大学校徽二值图像，大小为128 × 128像素作为水印信号进行实验，参数α是从{1， 2， …， k}中随机选取的一个小整数，为适当简化加密域中的水印运算，这里我们取α = 2。值得注意的是，在实验中一般将不可见水印嵌入中频信号中以减少对原宿主图片的影响，即v i 表示图片的中频信号。因此，将原图进行两次小波分解之后，将水印信号w i 嵌入第二次分解的高频信号中，此时的高频信号对于原图像来说相当于其中频信号。 根据同态加密域的性质，水印嵌入公式(33)被改写为以下的加密形式： E ( v ′ i ) = E ( v i ) E ( w i ) α (34) 图4. (a) 校徽水印图像；(b)从明文中提取的水印图像；(c) 从密文中提取的水印图像 为了避免在水印嵌入后的重构过程中出现非整数运算，经实验验证量化因子 Q = 2 7 可以保证水印嵌入和提取过程中的可行性，图5(a)是已嵌入水印的加密图像，图5(b)是解密后的含水印图像，实验过程中同样采取了MIM方法来避免数域的扩充。 图5. (a) 已嵌入水印的加密图像；(b) 解密含水印图像 由于嵌入的水印图像为二值图像，为了确保提取出的水印像素值仅由整数构成，我们采用了门限比较方案如式(35)所示从宿主图像中提取水印图像。 w i = { 1 D [ E ( v ′ i ) E ( v i ) − 1 ] > T 0 D [ E ( v ′ i ) E ( v i ) − 1 ] ≤ T (35) 其中，由多次实验选取合适的门限值T。图4(b)，图4(c)分别展示了从明文图像提取出来的水印图像和从密文图像中提取的水印图像。我们分别采用PSNR和归一化相关系数(NC) [ 6 ] 来衡量提取水印的保真度和测量明文域和密文域提取水印信号与原水印信号的相似度。实验结果见表1。 Table 1 The watermarking embedded and extracted performances in terms of PSNR and N 明文域 加密域 PSNR 50.3091 50.3094 NC 0.9590 0.9577 表1. 水印实验PSNR值和NC值 通过实验结果可以看出，加密域的水印嵌入和提取实验结果与直接在明文域进行的结果几乎可以达到近似的结果，说明了我们所提出方案的可行性与保真性。 4.3. 掌纹识别实验 在本小节，针对香港理工大学掌纹数据库Poly-II [ 14 ] 进行了加密系统的掌纹识别实验，该数据库由两大部分组成，包含了193个人的共386个掌纹图片，总数为7720张大小为384 × 284的掌纹灰度图像，两部分图像由两次采集组成，平均时间间隔相差了69天，每次分别针对同一个手掌图片采集十张照片，二次采集过程中相机的焦点和光源不同，因此可以看成是由不同的掌纹采集设备所得到的数据集。 4.3.1. 实验一 本实验目的主要在于比较提出的加密算法和其明文域算法对于掌纹识别工作的准确性。由于在加密域中反复进行同态比较运算需要大量的计算时间，因此从该数据库的每部分中随机抽取了500张图片进行实验。分别以第一部分和第二部分十张图片中的前五张作为训练样本构成训练集，后五张作为测试样本，图6列举出了一些数据库的样本示例。实验提取特征的过程为：将每张图片加密后实施加密域自适应提升小波方案，得到一张近似图像和三张细节图像，再通过加密域LBP算法将每张细节图像转换为二进制编码的形式得到图像特征，在此基础上利用K近邻分类的方法对数据进行分类，表2分别列出了明文掌纹图片和加密条件下的掌纹图片进行分类的结果。 图6. 部分掌纹数据库图片 Table 2 CCPs of palmprints in plaintext and encrypted domai 样本数据 正确分类率(CCPs%) 明文数据集 加密数据集 第一部分数据 93.0 93.0 第二部分数据 99.6 99.2 表2. 明文域与加密域下的掌纹识别性能 从表2可以看出，本文所提出的方案在加密数据集下进行实验，与明文条件下直接进行小波运算并提取特征再分类的识别率几乎相同，并没有因为加密过程对图像像素造成的混乱而影响识别精度，即保证了信息安全的同时也可以完成相应的识别任务。 4.3.2. 实验二 本实验的目的在于验证加密算法下的识别工作对不同聚焦光照条件下的掌纹识别工作的鲁棒性。本次实验从每部分随机抽取250张图片，两部分共500张图片，第一部分十张图片的前五张作为训练样本，第二部分的前五张作为训练样本，对样本进行加密后用本章提出的方法进行特征提取工作，与此同时，Pan [ 15 ] ，Kong [ 16 ] ，2D-Gabor小波 [ 17 ] ，以及传统的主成分分析 [ 18 ] ，线性判别分析 [ 19 ] 的方法也在这里与我们的方法进行了比较，表3分别列出了这些方法分别针对明文掌纹图像和加密掌纹图像下的识别率。 Table 3 Pattern classification percentage on the original database and encrypted palmprint with various method 方法 正确识别率(%) 明文数据集 加密数据集 Pan方法 96.00 30.40 Kong方法 92.80 28.80 2D-Gabor小波 97.20 37.20 主成分分析 94.00 44.40 线性判别分析 92.80 42.80 本文的方法 99.20 99.20 表3. 多种方法下的明文数据与加密数据分类正确率 通过实验结果可以看出，我们提出的方法在明文数据集下具有更好的分类性能，而在应用于加密数据上，由于加密过程造成的掌纹结构与纹理信息的混乱，导致传统方法的识别过程无法得到需要的高精度的识别结果，而我们提出的方案由于其应用于加密域时所具有的无损的性质，从而在加密的样本数据上依然保持了与明文域等同的正确识别率，这样可以得出结论是，我们的算法在加密域中具有鲁棒性，可以应用于隐私保护相关领域的识别工作。
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user: 5. 总结 本文提出了一种无精度损失的Pallier加密域自适应提升小波的实现方案，在此基础上同样提出了加密域LBP的实现方法。基于Paillier同态加密系统的性质与特点与原有的自适应提升小波思想，我们科学合理推导了其在加密域的计算公式，并给出了相关扩张因子的大小以确保计算过程无误差地进行。相较于已有的其他加密系统的SIFT，DCT等图像变换方法，我们所提出的方案通过准确扩大像素的倍数以及通过采用相对较小的扩张因子，使加密域数据的计算更加精确。相关实验分别验证了其在图像重构、水印嵌入提取和掌纹识别方面都具有良好的应用前景，即保证了敏感隐私信息的安全性，也完成了相应的图像信息处理任务。
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user: 摘 要 上市公司多元化经营的现象非常普遍，有的企业从中受益，有的公司却因此陷入经营困境乃至破产。然而，多元化经营如何影响绩效，理论界尚未给出明确的答案。本文在梳理企业多元化经营对经营绩效影响理论的基础上，采用案例研究法，以青岛海尔集团为研究对象，基于盈利能力、偿债能力等相关财务指标和托宾Q值对企业的多元化经营绩效进行分析，研究表明：企业的相关多元化经营有助于提升偿债能力和经营能力，而企业的非相关多元化经营会对企业产生消极影响。 关键词 :多元化经营，经营绩效，财务指标，托宾Q值 Copyright © 2019 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. 研究意义 企业的多元化发展一直是专家学者和企业家重点关注的问题。在经济全球化的冲击下，市场环境变幻莫测，对传统的大型企业来说，要实行可持续发展，进行多元化经营是企业的第一选择。其主要原因一是能分散企业的风险，二是有助于企业获得投资，三是能利用未被充分利用的企业资源。多元化经营能为企业带来发展优势的同时也能为企业带来风险，比如多元化经营容易造成企业资金方面和企业管理层注意力的分散，资源的过度分散会加大企业可能面临的市场风险。当前学术界对多元化经营对企业经营绩效的作用仍存在争议。郭飞通过实证研究，发现行业专业化可以提升企业绩效，而多元化反而会造成业绩下降 [ 1 ] 。何郁冰提出通过扩大产品的范围及生产技术进行纵向延伸可以提升企业业绩 [ 2 ] 。虽然学术界已有诸多关于多元化经营和绩效关系的研究，但对二者的关系尚存在争议。为此，本文选择案例分析方法，将青岛海尔集团作为案例研究对象，基于财务指标角度，通过盈利能力、偿债能力等相关财务指标和托宾Q值对企业的多元化经营绩效进行分析。这一研究对于指导企业开展多元化经营，充分利用企业资源，赢得竞争优势，促进企业的可持续发展具有现实指导意义。
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user: 2. 理论背景回顾与启示 2.1. 理论背景回顾 多元化经营的选择让部分企业日益壮大，但因此迅速消亡的企业更是数不胜数，多元化经营到底是利是弊以及多元化是否会影响公司绩效？目前学术界对多元化经营主要存在三种观点。一是多元化溢价观。张兰提出，创业板上市公司中多元化战略与企业财务绩效呈正相关 [ 3 ] 。马海燕等人运用多阶段最好二乘法研究制造业上市公司发现，多元化对企业绩效有积极作用 [ 4 ] 。二是多元化折价观。朱琪、彭涛和侯亚通过实证探究了关于多元化经营战略与企业绩效间存在的关系。他们发现多元化战略对企业绩效的负面影响十分严重，并对结果做了稳健性检验，检验验证了结论的可靠性 [ 5 ] 。三是多元化中性观。苏昕、刘昊龙通过实证研究发现，虽然行业年华不利于上市公司的绩效，但产品多元化与上市公司绩效间存在倒“U”型关系 [ 6 ] 。杨晓丹、张英明在对266家上市公司2013年数据研究后发现：企业是否开展多元化业务与企业的价值之间不存在明显的溢价或折价作用 [ 7 ] 。 多元化经营绩效的衡量是体现多元化经营战略成效的重要方式。学术界目前对多元化经营绩效的分析主要有三个角度：一是利用企业的财务指标，对其财务状况进行分析。周健认为对多元化经营的绩效分析应重点关注盈利能力和经营增长情况，并最终筛选出净资产收益率、总资产收益率等指标，发现企业在相关多元化阶段的财务绩效最优 [ 8 ] 。丁栋虹与金燕在对美国及日本IT企业研究后发现，总资产收益率(ROA)、销售增长率、净利率与总体多样化程度呈显著负相关 [ 9 ] 。二是通过对企业的EVA与市值面值比变动趋势的观察，来对公司的市场价值进行进一步分析。吕靖烨、廉序和张金锁从EVA的角度出发，发现多元化经营与煤炭企业的绩效呈现负向变动关系，煤基多元化与其绩效呈现正向变动关系，有助于煤炭企业对经营方向的选择上更加准确，同时还能为企业持续健康发展提供保障 [ 10 ] 。第三，从多元化动因理论的角度，对其经营绩效进行最后的宏观分析。陈姝等人基于经济外部性视角探究了折价的原因，业务的多样化会因为经济外部性的存在而引起技术、人才和市场方面的溢出效应，最终使得多元化经营起到折价作用 [ 11 ] 。 2.2. 启示 通过上述对多元化经营文献的梳理与回顾发现，虽然学术界对多元化经营与企业绩效研究已有较深入的研究，但由于其关系的复杂性，我国学者对企业是否应该实施多元化经营战略尚未形成统一定论。目前多数研究为大样本实证研究，难以为企业的实践提供指导意义。多元化研究从最早的业务模式到与企业绩效的结合，在进一步细分为相关多元化和非相关多元化研究，采用财务指标、企业的EVA以及多元化动因等角度进行分析多元化经营绩效。本文在借鉴前人的研究，将多元化相关理论和研究成果应用到案例研究中，并运用盈利能力、偿债能力等相关财务指标和托宾Q值对企业的多元化经营绩效进行分析，综合评价企业开展多元化经营对财务绩效的影响。
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user: 3. 案例选取与数据收集 3.1. 案例选取与介绍 本文在案例的选取中，严格遵循了以下标准：1) 执行案例与研究的匹配程度。本文采用目的抽样的方法对案例进行了适当筛选，所选案例都必须与研究的目标相符合。海尔集团的发展过程伴随着多元化经营战略的实施过程，早从1991年开始海尔就进入了多元化战略阶段，因此可以将海尔集团视为企业多元化经营的典型代表。2) 数据的长期性。结合本文的研究内容，要求数据要具有长期性的特点。我们收集了海尔集团开展多元化经营1995~2016年的数据，并划分为相关多元化(1995~2000)、非相关多元化(2000~2016)两个阶段进行比较分析，符合数据长期性的要求。3) 数据的可获得性。通过海尔集团官网及年报，相关信息内容丰富且易于获取。 青岛海尔集团经过将近三十年的发展，成为了一家集研发、生产、贸易和金融于一体的综合型跨国企业集团，其品牌驰名海内外，产品主要有电冰箱、空调、洗衣机、厨卫等等。多元化经营在青岛海尔集团的发展历程中创造一个又一个的神话，是海尔的重要的成长方式。1991年开始，海尔进入多元化战略阶段。2017年海尔集团全球营业额实现2419亿元，同比增长20%。全球利税总额首次突破300亿，其中全球经营利润增幅达41%。世界权威市场研究机构发布2017年全球大型家用电器调查数据显示，2017年海尔集团的大型家用电器零售额占全球市场零售额的比例位居世界第一，从2009年开始的连续九年位居第一。在海外市场，海尔坚持品牌战略，有十几家主流的世界品牌，每个品牌都有自己的市场定位，不断满足用户不同领域的最佳体验。是中国企业从单一型企业向多元化企业转型的成功典范，其经验与教训值得借鉴。 3.2. 数据收集 本文在研究过程中用到的数据均来自于青岛海尔集团官方网站和青岛海尔集团年度报告中，海尔集团年度报告下载于上海证券交易所网站。
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user: 4. 案例分析 4.1. 基于财务指标的多元化经营绩效分析 多元化的成功与企业的相关财务指标乃至未来发展直接相关。本文主要选取了1995年~2016年的财务数据，并划分为相关多元化经营阶段(1995~2000)和非相关多元化经营阶段(2000~2016)，通过对企业盈利能力、偿债能力、经营能力财务指标计算分析，运用杜邦分析法对海尔集团相关多元化及非相关多元化两阶段的经营绩效分别进行评价。权益净利率 = 总资产净利率 × 权益乘数 = 销售净利率 × 总资产周转率 × 权益乘数，这些指标可以反映企业的盈利能力、营运能力和偿债能力，进而对海尔多元化经营的绩效全面评价。 1) 盈利能力分析 盈利能力是指经营性组织、个人或企业的一种能力指标，也就是企业创造利润的能力。对于企业来说，盈利水平的高低直接反映了企业经营业绩的好坏。本文选取净利润率、总资产收益率、净资产利润率、毛利率四项指标来对企业的盈利能力进行分析。 图1. 海尔集团1995年~2016年盈利能力指标变化图 从图1看出，海尔集团在相关多元化阶段(1991年~2000年)的毛利率以及净利润率都成上升趋势，说明海尔集团开展相关多元化经营为企业带来成效，提高了企业的盈利能力。从2000年开始企业开始进行非相关多元化的发展，可以从上面盈利能力指标变化图看出海尔集团的四项盈利指标都出现了明显的连年下滑，究其原因在于企业需要在新业务上投入大量的资本来发展新业务，同时非相关多元化经营跨度大，企业缺乏经验，相关性小，它增加了企业的经营成本，影响了企业的绩效，并降低了企业的整体盈利能力。进一步分析，从2005年开始海尔集团放弃了与企业核心业务跨度大和经营不当的一些非相关多元化产品，把重心放在主业和相关多元化经营上，这时企业的相关多元化经营产品开始为公司带来利润，从公司披露的数据可以得知2005年企业的空调营业收入766，746万元，而企业的本业电冰箱营业收入为554，071万元，说明企业的相关多元化经营初见成效，而2016年的数据显示空调加洗衣机二者的营业利润和占总利润比高达32.82%，说明海尔集团在开展相关多元化经营上取得了巨大成功。因此我们得知海尔集团的相关多元化经营提升了企业的盈利能力，而非相关多元化经营却给企业带来了消极的影响。 2) 营运能力分析 企业营运能力，是指企业的资产管理效率与效益，既运用企业的各项资产来创造利润的能力。本文选择了净资产周转率、存货周转率、总资产周转率、应收账款周转率四个指标来衡量企业的经营能力，其中总资产周转率是考察企业营运能力的重要指标，该指标反映了企业资产的管理质量与利用效率。 图2. 海尔集团1995年~2016年经营能力指标变化图 由图2可以看出，总资产周转率和应收账款周转率波动较大，而存货周转率和净资产周转率来说基本保持不变，虽然后期稍微有点起伏，但很快又趋于稳定，所以我们可以忽略不考虑。总资产周转率在相关多元化阶段有所上升，在非相关多元化阶段逐渐下降，反映出企业的资产流转速度变慢，营运能力下降。为了更深入地分析企业总资产周转率变化的原因，对应收账款周转率做具体分析，虽然在1997年出现了下降，但是之后无论是相关多元化阶段还是非相关多元化阶段都呈现了上升趋势，表现出较快的变现速度以及较低的发生坏帐可能性。说明企业开展多元化战略对企业经营能力的提升很有帮助。对于2007年之后出现的较大波动公司的年度报告中也给出了说明。应收账款期末账面余额相较于期初账面余额发生较大的变化以及存货期末账面余额相较于期初账面余额也出现较大波动主要原因系公司经营模式发生变化，最初通过海尔集团进行的相关销售由新成立的销售公司进行，并且推出了部分高端新品，该部分产品在渠道的收款政策有所改变，因此对应收账款产生了很大影响，最终导致了总资产周转率的下降。由以上分析可知，企业多元化经营对企业的营运能力起到促进作用。 3) 偿债能力分析 偿债能力说的是企业用自身拥有的资产偿还到期债务的能力。企业是否有能力偿还现金和偿还债务是企业健康生存和发展的关键。企业偿还债务的能力是反映企业财务状况和管理能力的重要标志。 权益乘数是衡量企业财务杠杆使用程度的一个很重要指标，可以反映企业的偿债能力。由图3可以看出，在企业开展相关多元化经营阶段，权益乘数呈上升趋势，海尔集团为进一步拓宽市场，逐渐增加的资金需求使其的权益乘数上涨。进入非相关多元化经营阶段，权益乘数经历了一个较大的波动后开始逐年降低，在2004至2006年间，海尔集团随着非相关多元化业务的掣肘以及竞争的加剧，盈利水平受到了很大的挑战和影响，非相关业务消耗了海尔集团大量的资金与人力并占据了部分主要业务的运转资金，为解决这一问题海尔采取了一系列措施导致权益乘数在此期间产生大幅上升。随后，海尔集团意识到非相关多元化在收益与成本上的不匹配开始缩减对非相关多元化业务的投入，企业的盈利能力还是好转，权益乘数开始下降。企业开展相关多元化经营阶段流动比率出现了上升趋势，意味着企业开展相关多元化经营使企业的偿债能力越来越好，没有债务风险。而在非相关多元化经营阶段，企业的流动比率出现了大幅波动，流动比率在这个阶段过高，说明企业没有很好利用流动资产，从而影响了企业的偿债能力。从2006年开始企业放弃一些非相关多元化业务后流动比率和速动比率恢复到一个比较好的状态并趋于稳定。这说明企业开展非相关多元化经营会减弱企业的偿债能力，而开展相关多元化经营则会加强企业的偿债能力。 图3. 海尔集团1995年~2016年偿债能力指标变化图 4.2. 基于托宾Q值的多元化经营绩效分析 Tobin Q值指的是企业的市场价值比上其重置价值。它可以反映企业的市场价值是否被高估或者是低估。市场价值是一项资产在交易市场上的价格，重置成本意味着今天要用多少钱来购买所有上市公司的资产，特别是如果我们必须从头开始再次创建公司需要花费的资金。其计算公式为： 当托宾Q值大于1时，购买新增资本产品更具优势，增加了投资需求；当托宾Q值小于1时，购买现成资本产品比新产生的资本产品便宜，从而降低资本需求。 本文采用国泰安数据库最新修订的公式来计算托宾Q值。 ； ； 本文主要选择托宾Q值b来对海尔集团进行分析。根据海尔集团年度报告和国泰安数据库相关资料，计算得出海尔集团1995年到2016年的托宾Q值如图4所示。由上托宾Q值图(图4)可以看出企业在实施相关多元化经营的1995~2000年间，企业的托宾Q值都超过2并且整体呈现上升趋势，说明企业的相关多元化经营改善了公司的经营业绩，提升了企业市场价值。随后的非相关多元化期间托宾Q值连年下滑，甚至在2004年和2005年托宾Q值小于1，这时企业的明智选择是不就行新的投资，海尔集团这时停止了非相关多元化的发展步伐，并且经过战略调整，逐渐剥离盈利能力较差的非相关多元化业务，托宾Q值也随之增加并大于1，企业发展逐渐变好，保证了企业稳健的市场价值与长足的发展前景。 图4. 海尔集团托宾Q值变化图
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user: 5. 研究结论 多元化一经提出就是学术界和企业家关注的重点，多元化以及与企业经营绩效的关系更是无数专家学者研究的热点。本文在对多元化经营绩效相关研究的文献梳理分析的基础上，再通过案例剖析，利用海尔集团披露的数据进行计算分析等，探讨了多元化经营对企业经营绩效影响，得出结论：青岛海尔集团的多元化经营成果很理想。企业的相关多元化经营非但不降低企业的偿债能力和经营能力，反而提升了企业盈利能力和成长能力。企业的相关多元化业务空调、洗衣机等业务的盈利水平甚至快赶上了企业的本业产品冰箱行业。而企业的非相关多元化产品虽然对企业的经营发展产生过消极影响，但海尔集团及时地进行战略修改，剥离了经营不善的非相关业务，把发展重心继续保持在本业和相关多元化经营上，企业的财务绩效等方面都得到了好转。海尔集团在相关多元化经营的战略下健康平稳地发展，我们可以这样说，海尔集团的相关多元化经营与企业的经营绩效呈正相关。
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user: 摘 要 体育中考制度的提出是为了增强学生的体育意识，全面发展学生身体素质的一项制度，有利于体育主管部门掌控学生健康状况，是发展学生终身体育思想的保障，通过中考体育成绩的分布特征能够较为全面反映初中学生的整体体质状况。本文通过文献资料法、对比法、数理统计等方法对初中学生体育中考成绩进行分析，并与《国家学生体质健康标准》进行对比，针对学生的耐力、爆发力、柔韧性、协调性和各个成绩之间的相关性进行分析。结论：1) 学生的身体素质总体表现一般，在跳绳项目上男女生的成绩有80%以上能达到优秀标准，但在立定跳远项目中，男女生的优率相差较大，在长跑项目中男女生的优秀率较低；立定跳远与跳绳成绩女生优于男生，坐位体前屈项目中，男女生的成绩均表现较好。2) 项目之间有迁移现象存在，练习长跑对立定跳远和跳绳成绩有负迁移，而练习跳绳对立定跳远有正迁移。因此，开展不同运动项目时，要注意科学合理搭配。 关键词 :体育中考，体质健康，身体素质 Copyright © 2019 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 随着社会经济的发展，人们生活质量的提高，青少年健康问题越发凸显出来，成为社会的一大研究热点。尽管国家早在2007年5月7日就颁布了《中共中央国务院关于加强青少年体育增强青少年体质的意见》，明确指出：“增强青少年体质、促进青少年健康成长，是关系国家和民族未来的大事。广大青少年身心健康、体魄强健、意志坚强、充满活力，是一个民族生命力旺盛的体现，是社会文明进步的标志，是国家综合实力的重要方面” [ 1 ] 。但由于种种原因目前中学生的体质健康状况堪忧，为了保障学生能够达到一定的体质标准要求，各地都将体育纳入中考考核范围 [ 2 ] 。体育素质测试纳入中考考核，可能会成为一个学生体质健康的指挥棒 [ 3 ] 。在《中共中央国务院关于加强青少年体育增加青少年体质的意见》文件中声明：“全面组织实施初中毕业升学体育考试，并逐步加大体育成绩在综合素质评价和中考成绩中的份量” [ 4 ] ；自此，体育中考正式纳入中学升学考试的范畴，在全国开展开来。在国家大力提倡的素质教育背景下，体育中考扮演了越来越重要的角色。其不仅可以检验素质教育实施的状况，还可以监测学生们的身体状况，并能起到督促学生进行体育锻炼，提高身体素质，不断提升体质测试达标率的作用。通过实行体育中考，主动地使学生进行体育锻炼，在潜意识中使学生认识到不只学习重要，身体锻炼也很重要的意识；以及使学生形成体育锻炼的观念，充分贯彻“德智体美劳”全面发展的素质教育路线。虽然体育中考在国家的号召下积极实行了多年，但近期发布的一则国民体质健康报告显示：我国青少年的身体素质状况仍然处于下滑状态，肥胖率居高不下，近视的学生越来越多，并且近视的年龄也逐年变小，肺活量缩减等现状 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。这是值得我们深思的问题，要想改变这种现状，有必要针对各个地区的情况进行分析，找出其中存在的问题，才能更好地发展学生身体素质，并提出合理的意见，帮助学校寻求合理开展体育活动的侧重点，对进一步全面发展学生身体素质具有重要的现实意义。
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user: 2. 研究对象与研究方法 2.1. 研究对象 本文以淄博市为例，并以4137名参加中考体育测试的考生为研究对象。 2.2. 研究方法 2.2.1. 文献资料法 通过中国知网CNKI、万方数据、维普数据等学术期刊网，查阅包括体育类核心期刊在内的相关题材的学术资料，对重点资料进行认真研读，获取相关信息，对本研究的现状有了较为深入了解。 2.2.2. 访谈法 对淄博市中考体育考生进行随机面对面的访谈，了解他们平时体育锻炼状况以及为了体育考试所做出准备的基本情况和切身体会。 2.2.3. 比较分析法 通过对淄博市学生体育中考成绩与《国家学生体质健康标准》进行对照分析，旨在了解淄博市学生身体素质状况，分析得出学生身体素质的差异性，并提出相应的建议。 2.2.4. 数理统计法 对获取到的数据进行分析，分别用EXCEL2010及社会学统计软件SPSS22.0进行数据的分析和处理。
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user: 4. 结论 1) 淄博市中考体育成绩与《全国学生体质健康标准》相比，及格率非常高，但是在对成绩进行单样本测试时发现，初中生身体素质与优秀标准还有较大差距，在耐力和爆发力以及协调性方面还有待提高，在柔韧性方面表现良好。通过男女对比分析发现男生的成绩离散性要比女生的离散性大，女生的身体素质普遍优于男生。 2) 在身体素质方面，男生的立定跳远与跳绳相比于女生来说普遍偏差，男生的成绩离散性高于女生，说明男生的耐力、爆发力、协调性素质有较大的提升空间；坐位体前屈项目中，男生女生的成绩均表现较好。 3) 项目之间有迁移现象存在，练习长跑对立定跳远和跳绳成绩有负迁移，而练习跳绳对立定跳远有正迁移。因此，开展不同运动项目时，要注意科学合理搭配。
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user: 摘 要 近年来，随着经济的发展，人们对建筑物的各方面提出了更高的要求。其中风对建筑的影响是不可忽略的，尤其对大型建筑，如桥梁等大跨度结构。也由此建立了结构抗风的研究。本文经理论推导，得出在假设空气静止、结构振动时，空气对结构的作用与结构振动速度的平方成正比，比例系数为空气密度与阻力系数的乘积，即 p = ρ 0 c ⋅ v 。为了验证理论结论的正确性，本文设计了一项单摆实验测量其在摆动过程位移的衰减规律，借助MATLAB计算软件进行单摆运动的理论研究，绘制并对比规律曲线。通过对理论分析与实验对比，说明结构振动时的风载取值应当考虑时间因素，建议可按本文所推导公式选取荷载取值。本文的分析结果可为桥梁、大跨结构及高层等设计的风荷载取值提供参考。 关键词 :风荷载，风场，时间效应，随机风荷载，单摆实验 Copyright © 2019 by author(s) 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 风载的计算问题是风工程领域中的关键问题。目前对风载的考虑——尤其是一些非规则形状——很多时候凭借经验与风洞试验，把非定常问题当作定常问题。对于风荷载的研究由来已久，最主要的成果为Bernoulli在定常流下的压力速度公式。在定常流中流场压力与流场动压力之和沿流线不变，Bernoulli的压力速度公式是适用的 [ 1 ] 。根据这一结果，可以直接由流体速度求解出流场压力。对于定常流而言，由于流线不变，因此在计算和应用上非常方便，也是目前世界范围内关于风荷载的理论计算依据。但是，Bernoulli公式的应用前提在于流场(风场)与时间无关，但是在多数情况下，风场风压是随时间的变化而变化的。因此，在计算风载时候，不得不考虑时间因素。然而目前不管是国内还是国外，工程界对于随机风荷载的研究都很少，工程案例也都基本没有考虑这一因素。偶尔需要论证的如美国哈斯大桥(2013年建成)也是将非定常风压等效为定常风压。因此，直接研究风载的时间效应是很有必要的。 本文将通过考虑空气的非定常压力问题的实验结果可以直接进行随机风荷载的取值与计算，不需要做额外的转化与近似。研究成果不仅对空气动力学理论进行了丰富与补充，也能够为实际工程的应用提供有效指导。
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user: 2. 实验模型 实验道具：不同边长的球(根据球直径将球分为大球15 cm、中球12 cm、小球11 cm)，不锈钢丝绳，直流电电源，激光位移传感器，数据采集卡，计算机。 实验内容： 1) 利用吊车用不锈钢丝绳将球悬垂于室内，使球作单摆运动； 2) 在球的单摆运动稳定后，使用激光位移传感器测定它的振动幅度随时间的变化的数据； 3) 通过数据采集卡记录到电脑内，完成数据的采集。 此实验测定了三组不同直径的球分别在三种不同高度的条件下的振动幅度随时间的变化的数据。 对实验数据进行整理，该实验测定了大球、中球、小球这三种球在三种不同高度的条件下(及不同摆角)的振动幅度随时间的变化的数据。激光位移传感器的采样频率为100 Sps/s (每秒取100个点)，横坐标是样点数，纵坐标是振幅，最终得到两者之间的曲线关系。
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user: 3. 实验结果 本次试验大球单摆运动下的结果见下图1所示。从图中可见，摆球幅度近似呈指数递减而振动频率而变化则变化很小。由本文所采用的理论可知 [ 2 ] ，空气阻力与摆球速度成正比，也就是说空气阻力的作用效果相当于阻尼 [ 3 ] ；而Bernoulli公式则是阻力与速度的平方成正比，阻力效果相当于附加质量。定性的看，试验结果更相当于阻尼效果。由于篇幅限制，本文没有展示其它试验结果，下章阐明数据分析方法，但是不对结果进行更详细的分析与讨论。 图1. 工况1(大球)下的振动位移时程数据
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user: 4. 实验结果分析 实验单摆的运动轨迹与MATLAB [ 4 ] 所绘运动规律曲线有较大出入，考虑摆绳受到的空气阻力、摆球受到的空气阻力、摆球受到的空气浮力 [ 5 ] ，对实验结果予以修正。参考综合因素作用下单摆运动分析中关于单摆摆绳和摆球受阻力，摆球受到的空气浮力得到各个力之间的相互关系如图2所示。 摆绳和摆球系统对悬点的转动惯量为： I = 2 5 m R 2 + m 2 l + 1 3 m 0 ( l − R ) 2 (1) 式中： m = 4 3 π ρ a R 3 ——摆球的质量； ρ a ——摆球的密度； m 0 = 1 4 π d 2 ρ l l ——摆绳的质量； ρ l ——摆绳的密度。 图2. 单摆受力示意图 根据转动定理，修正后的单摆运动的动力学方程为： θ ¨ = − m g l sin θ − 1 2 m 0 g ( l − R ) sin θ + F f l sin θ + F D b l + 3 4 F D l l (2) 利用MATLAB软件，选择特定初始摆角，采用数值方法求解方程(2)，得到单摆摆角的变化曲线，该曲线更符合实验单摆的运动轨迹。
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user: 5. 结论 本文设计并进行了单摆空气阻力实验，来验证理论推导结果。通过理论值 [ 6 ] 和实测值的对比，表明空气静止时，单摆所受到的空气阻力效果为阻尼力而不是附加质量，阻尼力为 p = ρ 0 c ⋅ v 。这项结果可以推广到其它结构的振动过程。本文的分析结果可为桥梁、大跨结构及高层等设计的风荷载取值提供参考。
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user: 摘 要 为提高混合动力汽车的经济性和排放性能，本文基于对差速耦合式动力系统的结构和工作特征的研究，在ADVISOR仿真软件中对差速耦合式动力系统模型进行再开发，以电池电量和需求转矩为输入、发动机的启停为输出设计双输入单输出的模糊控制策略，并利用遗传算法对25个模糊规则变量进行优化，在UDDS工况下进行整车性能仿真，与逻辑门限策略下的性能进行对比。结果表明，优化后的模糊控制策略能更合理地控制汽车发动机启停，明显提高了经济性，并能有效降低汽车排放。 关键词 :ADVISOR再开发，差速耦合式混合动力，模糊控制策略，遗传算法 Copyright © 2019 by author(s) 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 目前世界上应用广泛的混联式混合动力系统当属日本Toyota公司研发的“Prius”混合动力系统。为了突破丰田混合动力系统(THS)专利的束缚，吉林大学汽车学院曾小华老师首次提出了利用对称式锥齿轮差速器作为动力耦合装置的新型混合动力汽车的设想 [ 1 ] 。文献 [ 2 ] 和文献 [ 3 ] 表明差速器应用于混联式混合动力汽车动力耦合具有可行性，为混合动力汽车的动力耦合提供了一种新的选择。文献 [ 4 ] 表明差速耦合式混合动力汽车虽然取消了变速器和离合器，但仍具有无级变速的功能，可通过发电机的调节，控制发动机在最佳工作区间工作，提高了经济性。文献 [ 5 ] 以试验的方法进一步验证了经过改造后的对称式锥齿轮差速器可以作为混联式混合动力汽车的动力耦合装置。 目前国内文献的报道主要是针对结构的可行性分析和验证，曾小华等 [ 4 ] 仅仅根据需求转矩，调节发电机转矩来控制发动机在高效区域工作提高了系统的经济性，而对于在整车上的应用及控制策略研究较缺乏，控制策略作为混合动力系统的核心部分，是实现低油耗、低排放的关键技术之一，本文在研究差速耦合式动力系统结构和工作特征的基础上，在ADVISOR中进行了控制器模型的再开发，提出了差速耦合式混合动力系统的模糊控制策略，根据电池电量SOC和需求转矩来模糊调节发动机开关量，以此来控制发动机的启停，以降低排放和综合油耗。同时因为遗传算法具有全局性、并行性和鲁棒性，可以优化模糊控制策略 [ 6 ] [ 7 ] ，使模糊控制器更加接近专家行为 [ 8 ] ，所以本文采用遗传算法对25个模糊规则变量进行优化。最后通过仿真，将优化模糊控制器后的性能与优化前及逻辑门限控制策略控制性能仿真结果进行对比，结果表明，本文采用遗传算法优化后的模糊策略以控制发动机启停在满足动力性的前提下，能大幅提高差速耦合式混合动力系统的经济性，且极大降低了排放。