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建模别害怕复杂
热度 3 yanghualei 2011-8-15 08:38
自己再建模的过程,老是喜欢简单,如果遇见稍微复杂的一点的问题,通过假设条件也把其最终转化为特别简单的问题,但这样已假设,就严重脱离了现实,使得模型在解释现实的过程中特别乏力,因为现实是很复杂的,并不像人们想象的简单,人天生就有避难就轻的人性,故其天生不喜欢复杂,如果能克服这个人性的缺点,就可以享受很多乐趣。在这个社会,特别在学术领域,别害怕复杂,复杂计算机可以解决,然后把复杂的算法编成程序,计算机去解决,进而复杂问题简单化了。模型就是尽量反映机制,只要反映机制不管其形式和过程有多复杂,也要做出来。 昨天晚上躺在床上忽然有一个想法,初始均匀空间上,在每点有相同的资本和资本收益,资本量就类似于质量,资本收益率类似加速度,而此时的加速度就类似地球表面的重力加速度,其大小有这个社会的整体发展水平提供,发展水平越高其就越大,相反则反之。对某点进行激励就意味着对某点施力,如提高收益率,使得此处空间下陷,因为空间性质是客观确定的,则下陷程度一定。造成其他处的资本向着受力的方向运动,因摩擦力的存在,但并不是任何一处的资本都运动,这就取决于任一点处的最大静摩擦力和类似重力提供的分量之间的大小关系,先写下来,以后有时间具体研究一下。
个人分类: 交叉科学|2858 次阅读|6 个评论
[转载]多领域多学科物理建模工具MapleSim 5 发布!
COMSOLFEM 2011-8-12 10:31
MapleSim 5 发布 MapleSim 5 提供了大量的改进功能,帮助你有效地管理模型的复杂性。 MapleSim 5 提供更广泛的应用范围、精简的建模环境、处理异常复杂模型的能力,能够更容易地处理大型项目和更快获得结果。 更广泛的应用范围 MapleSim 5 提供超过 150 个新模型元件,拓展了 MapleSim 的建模能力和范围。 · 电磁模型库 . 新的电磁模型库中的元件包括电磁螺旋管模型、饱和变压器、电机、以及其他设备。电磁设备被应用于广泛的领域,例如燃油喷射、透析机、电力传输、洗衣机、齿轮箱等。 · 热流体库 . 通过热流体库中的元件,你可以在 MapleSim 中模拟管道和阀门中的热损耗。这个库对冷却应用特别有用,例如从涡轮发电机、点击变压器、或其他设备中散热,目的是获得最佳的性能。 · 新的电气元件 . 新增加的元件包括多相开关、模拟开关、半导体、三相变压器、数字转换器等。 · 新的机械元件 . 新增加元件包括 1-D 平动和旋转运动、力驱动、传感器等。 更快的模型建立 · 增强的模型诊断器 . MapleSim 5 中的模型诊断器得到增强,辅助你测试和创建模型,以及解决模型中可能存在的问题。除了模型构建诊断外, MapleSim 5 现在提供模型自身定义相关的早期反馈,因此你可以在运行仿真之前尽早发现潜在的问题,并根据提示诊断信息修正你的模型。 MapleSim 高亮颜色标识受影响的元件,显示模型中问题的位置。在很多情况下, MapleSim 会提供向导帮助你解决这些问题,例如告诉你哪些变量可能需要改变。由于这些诊断功能,可以避免或快速解决许多仿真问题,显著地减少模型开发时间。 · 更好地控制参数和初始条件 . 你可以直接修改参数和初始条件值,从而快速体验模型,无需首先寻找模型中参数定义的子系统或元件。你也可以临时覆盖系统变量,例如修改共享模型库元件或子系统中的单个实例。当你对结果满意后,你可以选择保持不同的值或使用新的值。 · 模型参数集管理 . MapleSim 5 更容易管理参数集,提供管理面板让你对比不同的参数集。 · 3D 动画输出 . 你可以在演示中使用 3-D 动画仿真结果,以及使用 .mpeg 格式的视屏文件与没有安装 MapleSim 的同事分享成果。 · 增强的模型设计环境 . 模型设计环境的改进包括可以智能地对模型框图重新布局为更简单和清晰的形式,可扩充的端口标签,自动标示子系统的端口。好处是可以更快地构建模型框图,更容易解释结果。 · 增强的 3-D 建模环境 . 3-D 建模环境在许多方面得到改进,让你更容易构建和探索 3-D 模型。 MapleSim 5 允许自由缩放选择部件或光标位置。对于同一位置的多个元件,你可以方便地通过列表选择指定的元件。 MapleSim 5 提供快捷键连接元件,自定义网格属性,更好的动画控制。 · 强大的工具帮助创建自定义分析模板 . MapleSim 提供预置的分析模板,自动提取模型的系统方程和其他信息,你可以立即开始研究你的系统。 MapleSim 5 提供了一个应用程序界面( API )进入这些功能,因此你可以更容易地开发自定义分析任务模板。这些新的命令让你更容易操作模型,你可以提取参数和方程、初始化模型、运行仿真、等等。 · 对系统方程提取的改进 . MapleSim 让你可以获取模型的底层系统方程。在 MapleSim 5 中,这些方程表示为可读性更好的形式,让你可以利用 Maple 中广泛的分析工具更好地理解、操作、分析系统。 · 更容易对模型设置 . 在 MapleSim 5 中,你可以直观地设置模型,即使你同时在观察一个子系统。模型设置可以从 inspector 面板或项目管理器中进入,并且归类到折叠的段落中,你可以快速发现要找的值。 · Modelica 导入 . MapleSim 5 提高了 Modelica 模型的导入速度。此外, Modelica 导入功能得到拓展, Modelica 标准库中基于电磁和热流体的元件和模型可以直接导入到 MapleSim 中。 仿真更多类型的系统 · 代码生成支持所有的 MapleSim 模型 . 优化的代码生成现在支持所有的 MapleSim 模型。代码生成工具得到增强,现在支持包含离散时间的连续系统, MapleSim 现在可以生成高度简洁的 C 代码对任意的 MapleSim 模型进行仿真。代码生成提供选项,代码可以包含固定步长的求解器,这些免费的代码可以脱离 MapleSim 集成到其他系统中,例如在 VC++ 环境中将 MapleSim 模型输出的 C 代码作为虚拟工厂模型使用。 · 启发式建模的增强 . MapleSim 可以自动识别复杂模型中更多的初始条件。 · 大型系统计算效率的重要改进 . 模型的预处理采用了最新开发的算法,这个关键的步骤让大型系统的计算有了显著的改进。此外,内存管理方面也得到了改进,进一步降低了仿真的内存需求。由于这些重要的改进, MapleSim 5 可以明显超越早期版本,能够仿真更大型的系统。 · 更快的仿真 . 多个特定领域中的仿真速度得到提高,例如大型液压网络、以及传动系统中的离合器、刹车、和摩擦力。 · 对 Maple 计算功能利用的改进 . 全部的模型仿真现在可以无缝连接到 Maple ,包括参数化模型、编译、和连接,允许你在 Maple 中完成超快的参数扫描和优化计算。你也可以使用 Maple 的网格计算工具更快地得到计算结果。 MapleSim 附加工具箱 新的和改进的工具箱,让你可以充分组合使用 MapleSim 和其他产品各自的技术优势。 · MapleSim Connector for dSPACE® Systems . MapleSim 与 dSpace 系统的接口工具箱,自动转换高性能、高保真的 MapleSim 模型到 dSpace 实时应用程序中,在 DS1104 控制器板中运行。 · 扩展的模型输出 . MapleSim Connector , MapleSim Connector for LabVIEW™ and NI VeriStand™ Software 现在可以输出所有的 MapleSim 模型,包括包含离散事件的连续系统,因此你可以利用 MapleSim 建模环境获得更多的模型。所有的 MapleSim 模型现在可以输出到 Simulink® , LabVIEW , NI VeriStand ,和 dSPACE 。 · 其他更新 . MapleSim Control Design Toolbox , MapleSim Tire Component Library ,以及接口工具箱同步更新支持 MapleSim 5 ,自动利用 MapleSim 5 和 Maple 15 的新功能。 关于 Maplesoft Maplesoft 是全球领先的工程、科学研究和数学计算的高性能软件开发商。公司产品的体现了 “Given great tools, people can do great things” 的理念。 Maplesoft 公司的核心技术包括世界上最强大的符号计算引擎和创新的物理建模技术,这些领先的技术提供了尖端的工具用于设计、建模、和高性能仿真。 Maplesoft 公司的产品帮助用户降低出错率、缩短设计时间,以及管理数据、模拟和结果。 Maplesoft 产品组合包括 Maple ,解决各种复杂的数学问题和创建丰富的技术文档;以及 MapleSim ,用于对物理系统的高性能、多领域建模和仿真。 全球众多的公司和机构在几乎所有的技术领域中应用着 Maplesoft 的解决方案,用户渗透超过 96 %的世界主要大学和研究所,包括 MIT , Stanford , Oxford , the NASA Jet Propulsion Laboratory , the U.S. Department of Energy 等,他们使用 Maplesoft 解决方案提高教育和研究活动工作;商业用户覆盖超过 81 %的世界财富五百强企业,如 Ford 、 BMW 、 Bosch 、 NASA 、 Boeing 、 Canon , Motorola , Bloomberg 、 Microsoft Research 、 DreamWorks 等,应用领域覆盖汽车、航空航天、电子、国防、能源、金融服务、船舶、快速消费品、娱乐等。 2007 年, Maplesoft 与丰田成为战略合作伙伴,开发新的基于模型开发( MBD ) 技术应用于汽车工业。 Maplesoft 是 CYBERNET Systems 集团下属全资子公司,中国办事处是莎益博工程系统开发 (上海)有限公司。更多信息,请访问: http://www.cybernet.sh.cn/
个人分类: Maple|4370 次阅读|0 个评论
资源科学领域模型研究的几个方向
热度 3 vcitym 2011-7-28 20:38
在乌鲁木齐参加“中国自然资源学会2011年学术年会”,从各会场发言的总结中可大致概括出资源领域模型研究的几个方向: 1、内涵式建模。一些理论或学说、定律等人们长期使用,但很少有人进一步剖析其新时代的内涵发展,一旦关注其内涵发展,新的模型便会被提出来。这是资源科学建模的一个方向。 2、基于微观角度的自下而上的统计归纳模型。有一些研究从农户、具体村庄、细碎化等的大量调查,然后归纳出各种模型,比如生命周期、空间相关等。 3、宏观政策的时空模拟。国家在很多政策中提出一些具体的目标,这些目标有定性,也有定量的。定量的就是一些数字(规模或总量),为把这些数量的东西进行时空落实,研究者通过模型进行建模,使政策具有一定程度上的时空量化和可视化,比如CLUE—S模型。 4、遥感监测的精细化建模。从宏观、中观、微观的结合到大中有细,细中见大。比如,在进行传统LUCC研究中,除了时间跨度的历史变化分析,也包括横向的类型比较,更关注其中的景观分析,兼顾尺度问题。 5、体现三性、三化、四向的建模视角。三性指综合性(更高)、交叉性(更广)、区域性(更实),三化指专门化、生态化、信息化,四向指综合方向、部门方向、区域方向、循环方向。(引自刘卫东总结发言观点)。 6、继续完善的各种评价模型。各类资源均有不同的评价方法,这些方法在研究中不断完善,逐步形成各自相对稳定的评价方法。 7、资源过程模型。资源研究要关注物质流、能量流和信息流,这些“流”构成了资源的“过程”特征。因此资源利用过程建模可能是一个应该受到关注的新方向。(引自刘纪远观点)
个人分类: 技术相关|3637 次阅读|6 个评论
镜子 “露一手”:“建模”、“师范”。
liwei999 2011-5-5 06:45
立委按:高人也经不起激。这不,镜子开始露一手了?是的,科学技术落到实处往往要建立模型, 有了“模型”还愁答案么? 回答: 你的贴子被雨淋过吧? 由 老秦 于 May 28, 2005 11:13:00 看来不给您“露一手”,您就不知道何谓“高人”。 扯了半天“建模”,今天就给个“师范”。 “雨”可以“理想化”为大瀑布,很宽的、美加边境的那种。您一个人站在里面“沐浴”。如果您不动,只有上面的“水”流到身上。如果您在瀑布里水平移动,上面的“水”流到您身上的量没有变,又有您身体侧面的“水”流到您身体上,流入量与水平速度成比例。 有了“模型”还愁答案么?
个人分类: 镜子大全|2043 次阅读|0 个评论
法则决定结构
yanghualei 2011-4-1 00:15
学习笛卡尔集和二元关系:某一集合S对某种法则f封闭,可表示为f:S*S→S,或者f:(a1,a2)→a3,其中ai∈S,i=1,2,3;并且 定义在S中的f法则决定了S所应该具备的结构,同时这种法则也决定了S是什么样的代数系统; 一般从A到B的映射f,可以用A*B的一个子集表示,即{(x,f(x))/x∈A};一般关系是经常研究的,如集合内部要素之间和集合之间的;有一种法则f,如果A中任一元素和B中任一元素之间适合这种法则,这A与B之间就有一个二元关系f,在此可以记住Gf={(a,b)/a∈A,b∈B}. 介绍几种距离空间:距离空间是定义在一个集合X上,并且此集合必须满足一定的性质,首先集合中基本元素之间有一个距离,即x,y∈A,存在一个映射f:A*A→B,其中f可以看着d=ρ(x,y),就是A中任何两个元素都有一个距离与之相对于,并且这个距离具备三个性质,非负性:ρ(x,y)=0,对称性:ρ(x,y)=ρ(y,x),三角不等式:ρ(x,y)=ρ(x,z)+ρ(y,z);n维的欧式空间Rn是距离空间;连续函数空间C 是距离空间;有界数列空间M是距离空间;离散距离空间;空间Lp(E)是距离空间,其中E是直线上的L可测集合,E上p幂可积函数f的全体所成的集合即空间Lp(E);值得强调一点: 同一个集合可以构造不同的距离空间,这就取决于这个集合在什么的条件下去研究,你要就研究集合的什么性质。 超平面生成:从超平面任一点A出发,沿着与一特定向量 H 垂直的方向上前进,在这所有这些方向上的点就生成超平面,若记超平面上任一点为 X,则其方程为 AX* H =c,并且在超平面上方的点记住op=OA+λ H, 同时任一与H夹角呈锐角的射线都在超平面的下方,而H就是超平面的法向量, 一法向量及平面内一特定点就可生成平面。 最优增量的代价:一个行为你不接触则已,一旦接触之后,则在你以后的决策中将有意或者无意的考虑此行为,即 你的决策的集合势变大了,可选择的对象增多了,但也客观上增加了你对方案的甄别成本,即最优变大,但达到最优的成本也增加了 ; 对于一特定的系统,其稳定性与其结构有关,而结构取决于其基本基的构件,以及构件关系的发育程度,实际上多样性也是系统结构的一种表现,其可以衡量系统的结构,多样性是内部各子基以及其间关系所处态的多少,而衡量多样性指标一般用熵。 数据建模的思路: 对于数据建模,通过构造概念或者利用已有概念,利用逻辑推理寻找变量间过程的联络,进而生成含有一定参数的数理关系,在通过改变参数去拟合和逼近数据生成的图形趋势,并寻找一最优的作为其间的关系 ,在进行预测数据去修正这个逻辑上的数理联络。
个人分类: 生活随笔|2927 次阅读|0 个评论
[转载]贴几个MapleSim和Maple在机器人技术领域应用资源
COMSOLFEM 2011-3-29 12:47
贴几个 MapleSim 和 Maple 在机器人技术领域 应用 资源转自 SIMWE 网络会议录像: ) N* ` ?$ `6 Y8 s! ^ Robotics Applications with MapleSim and Maple- c2 `0 O2 ^3 n7 L! a7 _ Developments in advanced model formulation techniques and efficient model simulation algorithms, together with ever-increasing computational power, have enabled the proliferation of advanced robotics research and applications in the areas of humanoid robots, autonomous mobile robots and space robotic systems. MapleSim is one of the most advanced tools in modeling and simulation for modern robotic systems. This webinar will illustrate how MapleSim users can leverage its unique symbolic advantage to easily obtain 3D animation of the system dynamic simulation, access the full set of symbolic system equations for design and analysis, such as forward and inverse kinematics and dynamics analysis, and generate efficient real-time capable models for Hardware-In-the-Loop (HIL) applications. We will also demonstrate how conventional modeling techniques, such as D-H parameters and homogeneous transformations, can be integrated within the MapleSim physical modeling environment. 2 k# i5 A/ F; Y+ N9 x4 R' o 用户案例节选: " x3 x ~$ w% E; N3 s6 z9 s/ m0 g1 F 用户案例:类人机器 人 学 习 更快行走 2 z5 U' q k$ E$ H; x( Z 曼彻斯特 CICADA 中心,由 Martin Brown 和 Gustavo Medrano-Cerda 领导的项目组,面临的一个挑战是,如何快速和有效地可视化实验,避免影响 工程 进度,并确保实验的有效性和相关性。 “MapleSim 的可视化 功能 ,无需编写自 定义 程序 ,对我们非常有价值, ”Houman Dallali 博士说, “ 更重要的是,我们可以直接生成 C++ 代码到硬件接口,加速控制器实现 / 调试的进程。 ” * e" I e" Q! n/ j - q6 U$ z! w* F 3 D" q* G# m# M" w t' c+ L 用户案例: Automation, Robotics, and Mechatronics Lab at SUNY Buffalo 在高级研究项目中使用 MapleSim 和 Maple * B0 `/ S! H3 M! HK ARM 实验室的一个研究项目中包含对 6 自由度并联机构( 6-Prismatic-Universal-Spherical ) 运动 学和动力学 仿真 的研究。该机构包含一个移动平台、一个固定基座、数个相互连接的支脚。在研究中, Dr. Venkat Krovi 和课题组同事分析了一个 6 自由度并联机构( 6-Prismatic-Universal-Spherical ),他们使用 MapleSim 和 Maple 自动生成系统的控制方程、在 Maple 中完成运动学分析。 - ]8 eD, a# k9 j 用户案例:日本早稻田大学类人机器人研究 http://www.maplesoft.com/company/publications/articles/view.aspx?SID=370 : \, N x7 {7 B: J$ d
个人分类: 用户故事|3907 次阅读|0 个评论
[转载]优化控制器设计控制磁悬浮列车的运动
COMSOLFEM 2011-3-1 17:21
优化控制器设计控制磁悬浮列车的运动 来自:www.cybernet.sh.cn 用户资源 中文资料下载 Maple 用户论坛 Maple 应用下载中心 Maple Primes - 在线支持 Maple 和 MapleSim 试用申请 中文摘要: 挑战:设计一个鲁棒的响应控制器,并优化控制器参数控制磁悬浮列车沿着导轨的运动。 任务:(1)创建一个新系统的线性模型;(2)开发控制系统,包括加速反馈和 PID 控制器。加速反馈让空隙根据干扰而增大或减小,消除了不希望的响应,获得了一个更流畅和舒适的行驶。 模型及原文 点击 » 下载
个人分类: 用户故事|2513 次阅读|0 个评论
[转载]利用Maplesim完成双管换热器的建模
COMSOLFEM 2011-2-18 13:03
Modeling a Double Pipe Heat Exchanger with MapleSim Posted: December 29 2010 by Samir Khan 259 Products: Maple MapleSim 6 0 A prospective customer recently asked if we had a MapleSim model of a double pipe heat exchanger. Heat exchangers are a critical unit operation in the process industries, and accurate models are needed for process control studies. I couldn't find an appropriate model so I decided to derive the dynamic equations, and implement them using MapleSim's custom component interface. I'll outline my modeling strategy in this blog post. Typically, double pipe heat exchangers are modeled using a continuum approach, in which the temperature variation across both streams is described by PDEs, or a discretized approach, in which the temperature variation is described by ODEs. Given that MapleSim solves ODEs (and not PDEs), I chose the discretized approach. 1 Deriving the System Equations 1.1 Introduction The heat exchanger was divided into N control volumes. A heat balance on a typical control volume resulted in three differential equations – one each for the tube- and shell-side liquid, and one to model the heat capacity of the tube wall. Axial heat flow along the tube wall (heat flow into and out of tube wall sections due to temperature differences in adjacent tube wall sections) was also modeled with Fourier's Law of conduction. For the simple model outlined here, I've assumed that heat exchanger was insulated, so no convective heat losses from the surface are considered. 1.2 Energy Balance on the Tube and Shell-Side Streams For a single control volume, a heat balance on the tube-side stream gives However Ttin,iand Ttout,i(the inlet and outlet tube-side temperatures in each control volume) are not state variables. They are approximated by taking the average of adjacent temperatures: Hence the heat balance on the tube-side becomes A similar heat balance on the shell-side fluid gives 1.3 Energy Balance on the Tube Wall The tube wall acts as a heat capacitor, and can have a significant effect on the transfer of energy from one stream to another. It is assumed that the tube wall has a homogenous temperature in each control volume, with heat transferred to and from the tube- and shell-side liquids, and via conduction from adjacent tube-wall sections. A heat balance gives: In reality, the inner and outer surface would have different temperatures. This could be modeled by dividing the tube wall into several layers, performing a heat balance on each with Fourier's Law governing heat flux between layers. This simplified model ignores this effect. 1.4 Heat Transfer Coefficients The heat transfer coefficients hwt and hws were predicted by the Dittus-Boelter correlation . 2 Implementation of System Equations in a Custom Component The entire set of differential equations for all N control volumes were generated in a MapleSim custom component with a simple application of the ?seq command (this approach meant I could explore how increasing the number of control volumes affected the results simply by changing the value of N and regenerating the custom component). Figure 3 give a small subset of equations implemented in the custom component (see the attached MapleSim model for the full set), while Figure 4 outlines the steps involved in creating a custom component. It's important to note that no causality has been specified, so the block can be used in any configuration. 3 Complete Heat Exchanger Model The heat exchanger as outlined above can be downloaded here . A more sophisticated version of this model can be found here . This version accounts for the temperature variation of the tube-side liquid viscosity (which can have a significant effect on the tube-side heat transfer coefficient, as predicted by the Dittus-Boelter correlation), and also implements a temperature control loop. Another version (that I can't share) models the temperature variation of the tube wall to a greater fidelity, and convective losses from the shell surface. 4 Notation Dit Inside diameter of tube m Dot Outside diameter of tube m Dis Inside diameter of shell m t Density of tube-side fluid kg m-3 s Density of shell-side fluid kg m-3 w Density of tube-wall material kg m-3 Cpt Specific heat capacity of tube-side liquid J kg-1K-1 Cps Specific heat capacity of shell-side liquid J kg-1K-1 Cpw Specific heat capacity of tube-wall material J kg-1K-1 hsw Heat transfer coefficient of shell-side fluid and tube wall W m-2K-1 htw Heat transfer coefficient of tube-side fluid and tube wall W m-2K-1 L Length of heat exchanger M N Number of control volumes Tti Temperature of tube-side liquid in control volume i K Tsi Temperature of shell-side liquid in control volume i K Twi Temperature of tube wall in control volume i K Qt Flowrate of tube-side liquid m3s-1 Qs Flowrate of tube-side liquid m3s-1  maple maplesim applications Add Comment Branch Contact Author Flag This 2403 views You must be log into your MaplePrimes account in order to post a comment. 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个人分类: 用户故事|2525 次阅读|0 个评论
应急管理研究中面临的问题及建模研讨
罗帆 2010-12-9 22:31
葛志鸿 2010 年 11 月 25 日 上午 8 点,博士生刘小平、硕士生葛志鸿跟随罗帆老师赴华中科技大学,聆听中国科学院科技政策与管理科学研究所池宏研究员的预警管理理论讲座。 池宏教授在讲授应急管理理论 池宏教授首先讲解了应急管理研究中面临的主要问题:第一,对事件的认识。对应急管理事件的认识不一致,主要体现在对于事件的分类中,不同的分类目的就会从不同的角度看待应急管理事件。第二,应急预案的可操作性。为了保证应急预案的可实施与可操作,需要保证应急预案的明确性、逻辑性与系统性。同时由于应急管理的动态性和目标的不可预见性,池教授提出在应急管理中引入项目管理的网络管理方法,针对关键网络判断节点进行重点关注。第三,资源的保障供应。对于应急资源的配置与布局,重点研究资源配置与布局初始状态的关系,传染性事件下相邻区域资源需求的关系,以及时效性物质的储备与日常供应链的关系。第四,应急演练模拟平台的问题与设计。在情景表达中要确定事件、受灾体、环境、应对措施以及事件趋势等因素,并注意变化推演中的效果叠加作用,同时可以充分利用计算机实验的先进技术手段验证可行性。 随后,池宏教授又以实践中的建模为题,结合商业银行的经营过程与特征、洪水淹没模型、机场单流程与多流程模型、大庆油田生产规划优化模型等实际建模案例,详细讲解了在实践操作中的建模问题。他指出,建模的关键在于正确使用相关工具,其趋势表现为实践研究再实践再研究的螺旋上升过程。实践研究中建模的具体流程为:①问题分析,包括事件的表象和原因间的作用机理;②确定解决问题的好坏标准;③准确描述问题;④将定性描述转为数学描述;⑤设计算例;⑥设计算法;⑦结果检验。 在座的老师和同学们就预警管理研究方面的问题与池宏研究员进行了交流,讨论热烈。 池宏教授指出,研究生阶段的研究与学习,重要的是学习思路而不是方法,所谓学以载道,要求我们重点把握研究的思想和思路,力求揭示问题的本质,而在这个过程里试错是不可避免的环节。池教授还引用了他的导师华罗庚先生告诫他的一句话:但凡研究问题,先说清楚 n=1 ,再尝试解释 n ,他提醒大家,做学问要保持务实和严谨的研究态度,不要总是试图将简单问题复杂化,那就背离了科学研究的初衷。 最后,华中科技大学佘廉教授从四个方面进行了总结和点评。 佘廉教授进行总结和点评
个人分类: 学术点滴|8999 次阅读|0 个评论
此逻辑非彼逻辑:关于计算机硬件的非逻辑性
luocun 2010-8-11 11:46
读Allen Newell的The Knowledge Level一文,其中有个图: 乍一看吓我一跳,逻辑层次(Logic Level)在图中怎么跑到程序(Program)和寄存器(Register)下面去了。回过神来,才注意到这里指的是计算机硬件里面逻辑电路的层次,而不是人工智能里面知识的逻辑表示那样的层次。虽然文章是在谈人工智能,但Newell这个图里的逻辑是数字逻辑电路的逻辑。 于是想起来,数字逻辑(digital logic)不是数理逻辑(mathematical logic),数字逻辑其实根本就不是逻辑,不是逻辑学家们研究的那东东。 逻辑学家们研究的逻辑是关于可以为真为假的命题如何构成、如何按照一定的推理规则互相联系起来,从而保证在推理过程中如果前提为真,结论就不会为假。换句话说,逻辑讲究的是推理中的真值保持(truth preservation),也算是尊重理性的一种努力吧。 在数字电路的层次上,其实根本就没有真和假,而只有电压信号的输入输出和存储转换关系。所谓数字逻辑只是将传统命题逻辑的真假概念借用来代表高低电压,用命题结构来表示电路结构,用真值表来描述电路的输入输出关系等等;就是说,只是用命题逻辑的真值代数部分来给数字电路建模,而根本就不关心真值保持,不操心命题的真假,甚至不涉及到命题这个概念。归根结底,数字逻辑在给数字电路建模中真正利用的其实是布尔代数结构,而并不涉及作为命题逻辑或者任何逻辑之核心的真值保持。只是因为命题逻辑的语义域也刚好具有布尔代数的结构,所以命题逻辑里的不少形式结构也就可以为借用过来描述数字电路了。 之所以数字电路的建模被叫做数字逻辑,而且相应的电路由此被叫做逻辑电路,恐怕是因为计算机技术的起源跟数理逻辑研究之间的历史渊源,让数理逻辑术语被借用来谈论电路如何工作,而在这个术语的借用过程中完全丢掉了逻辑本来最核心的内容。 由此看来,尽管计算机在硬件层次上是用所谓逻辑电路拼出来的,但是这并不意味着计算机在硬件层次上就是讲逻辑、甚至有理性的。计算机在硬件层次上的运作不需要(逻辑学家的)逻辑,正如伽利略的铁球下落不需要基于万有引力定律的演绎一样。换句话说,计算机硬件不讲逻辑,就像太阳系不做微积分那样。 那么,我们可不可以用数字计算机里头的与、或、非门等逻辑电路来实现真正的逻辑系统里面的与、或、非操作呢?当然可以,而且很方便。但是,这跟在模拟计算机里头可以用电容来做积分一样,只是因为器件的设计属性刚好适合用这些逻辑或者数学操作来建模。况且,用数字计算机的逻辑电路来实现非法的、不能保持真值的逻辑系统也是同样的方便:比如做个系统,让它从一切前提出发,都得出1+1=3,那真是太容易了。 所以说,计算机在硬件层次上其实是无所谓逻辑不逻辑、理性不理性的。当我们说计算机由逻辑部件构成时,千万别把自己太当真。我们之所以这样谈论计算机,恐怕真的是出于历史的偶然而已。
个人分类: 计算哲学|3438 次阅读|2 个评论
SCI收录期刊《计算机、材料及连续介质》发文统计与投稿指南
热度 1 wanyuehua 2010-8-9 07:05
SCI收录期刊《计算机、材料及连续介质》发文统计与投稿指南
万跃华 CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 《计算机、材料及连续介质》美国 ISSN: 1546-2218 ,2004年创刊,全年4期,美国(TECH SCIENCE PRESS, 6825 JIMMY CARTER BLVD, STE 1850, NORCROSS, USA, GA, 30071)出版, SCI 、 EI 收录期刊 , 2004 年入选 Web of Scienc e 的 Science Citation Index Expanded ,目前在SCI数据库可以检索到该期刊2004年的第1卷第1期到2010年的第15卷第2期共211篇论文。 该刊 SCI 2005 年影响因子 0.750 , 2006 年影响因子 1.417 , 2007 年影响因子 1.241 , 2008 年影响因子 1.695 , 2009 年影响因子 2.316, 2009 年 5 年期影响因子 2.119 。 2009 年 JCR 工程学(多学科)排名第 5 位( 79 种)、材料科学(多学科)排名第 42 位( 212 种)。 该刊是 EI 收录期刊, EI 从 2004 年开始收录, EI 共收录了该刊 2004-2010 年 217 篇论文。 EI 2009 年收录 67 篇。 SCI收录该刊的211篇文章包括学术论文208篇、评论3篇。 211篇文章的作者涉及33个国家与地区,主要国家与地区分布: 中国86篇(其中台湾地区43篇), 美国42篇,印度21篇,德国12篇,法国8篇,葡萄牙、韩国各7篇,澳大利亚6篇,加拿大、英国、意大利、新加坡各5篇等。 中国学者在《计算机、材料及连续介质》(CMC-Computers Materials Continua)期刊上发表论文的主要单位有清华大学(TSING HUA UNIV)10篇,湖南大学(HUNAN UNIV)、北京大学(PEKING UNIV)各5篇,中国计量学院(CHINA JILIANG UNIV)、同济大学(TONGJI UNIV)各3篇,河海大学(HOHAI UNIV)、湖南科技大学(HUNAN UNIV SCI TECHNOL)、兰州大学(LANZHOU UNIV)、西安交通大学(XIAN JIAOTONG UNIV)、烟台大学)(YANTAI UNIV)、浙江工业大学(ZHEJIANG UNIV TECHNOL)各2篇等。 211 篇文章的作者单位涉及205个研究机构,在该刊发表论文最多的研究机构为台湾成功大学(NATL CHENG KUNG UNIV)13篇,清华大学(TSING HUA UNIV)10篇,台湾大学(NATL TAIWAN UNIV)9篇,台湾海洋大学(NATL TAIWAN OCEAN UNIV)8篇,印度理学院(INDIAN INST SCI)、北卡罗来纳州立大学(N CAROLINA AGR TECH STATE UNIV)、湖南大学(HUNAN UNIV)、北京大学(PEKING UNIV)、台湾清华大学(NATL TSING HUA UNIV)各5篇。 211 篇文章共被引用856次(其中2006年被引用71次、2007年被引用120次、2008年被引用175次,2009年被引用275次,2010年被引用188次),平均引用4.06次,年均引用次数142.67,H指数为17(有13篇文章每篇最少被引用13次)。 中国学者43篇文章共被引用141次,平均引用3.28次,年均引用次数23.50,H指数为7。 中国台湾地区学者43篇文章共被引用176次,平均引用4.09次,年均引用次数29.33,H指数为8。 美国学者42篇文章共被引用281次,平均引用6.69次,年均引用次数46.83,H指数为8。 利用Scopus统计该刊2004-2010年217篇文章的参考文献发现,217篇文章共引用了5151篇参考文献,其中下面刊物被该刊引用最多CMES Computer Modeling in Engineering and Sciences(306)篇、International Journal of Solids and Structures(177)篇、Computers Materials and Continua(130)篇、International Journal for Numerical Methods in Engineering(126)篇、Engineering Analysis with Boundary Elements(86)篇等。 利用Scopus统计该刊2004-2010年217篇文章的被引情况发现,217篇文章共被501篇文献他引,其中下面刊物引用该刊论文最多CMES Computer Modeling in Engineering and Sciences(158)篇、Computers Materials and Continua(119)篇、Engineering Analysis with Boundary Elements(23)篇、International Journal for Numerical Methods in Engineering(12)篇、International Journal of Solids and Structures(9)篇。 利用Scopus统计该刊2004-2010年217篇文章的关键词发现,217篇文章主要关键词为Finite element method (47)篇、Computer simulation (30)篇、Problem solving (29)篇、 Mathematical models (26)篇、Numerical methods (23)篇、Boundary element method (19)篇、Boundary conditions (17)篇、Elasticity (16)篇、Three dimensional (15)篇、Integral equations (13)篇、Plates (structural components) (12)篇、Convergence of numerical methods (11)篇、 Differential equations (11)篇、Molecular dynamics (11)篇、Numerical analysis (11)篇、Composite materials (10)篇、Boundary value problems (9)篇、Composite micromechanics (9)篇、Finite element analysis (9)篇、Heat conduction (9)篇、Mechanical properties (9)篇、Numerical example (9)篇、Ordinary differential equations (9)篇、Piezoelectricity (9)篇。 《计算机、材料及连续介质》(CMC-Computers Materials Continua )投稿指南: 发表来自美国、欧洲、亚洲及世界各国最权威研究机构的科学论文。涉及的主题包括:计算机建模与仿真、工程结构与基础材料的分析与合成、生物材料、智能材料与结构、固体与流体力学、微机电系统、纳米机电系统、纳米结构合成物、生物系统中的化学机械工程学等等及其在相关科学与技术中的应用。 网址: http://www.techscience.com/cmc/index.html 编委会: http://www.techscience.com/cmc/editor_board.html 作者指南: http://www.techscience.com/cmc/auth_instru.html 稿件投递: http://www.techscience.com/cmc/manu_script.html 该刊在 SCI 数据库被引最多的 10 篇论文: 1.标题: Trefftz methods for time dependent partial differential equations 作者: Cho HA, Golberg MA, Muleshkov AS, et al. 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 1 期: 1 页: 1-37 出版年: MAR 2004 被引频次: 66 2.标题: A Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) approach for 3-dimensional elasto-dynamics 作者: Han ZD, Atluri SN 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 1 期: 2 页: 129-140 出版年: JUN 2004 被引频次: 61 3.标题: Computational nano-mechanics and multi-scale simulation 作者: Shen SP, Aduri SN 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 1 期: 1 页: 59-90 出版年: MAR 2004 被引频次: 27 4.标题: Computational modeling of impact response with the RG damage model and the Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) approaches 作者: Liu HT, Han ZD, Rajendran AM, et al. 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 4 期: 1 页: 43-53 出版年: AUG 2006 被引频次: 25 5.标题: The boundary contour method for magneto-electro-elastic media with linear boundary elements 作者: Jiang AM, Ding HJ 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 3 期: 1 页: 1-11 出版年: FEB 2006 被引频次: 23 6.标题: Meshless local Petrov-Galerkin method for plane piezoelectricity 作者: Sladek J, Sladek V, Zhang C, et al. 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 4 期: 2 页: 109-117 出版年: OCT 2006 被引频次: 21 7.标题: The Method of Fundamental Solutions applied to the calculation of eigenfrequencies and eigenmodes of 2D simply connected shapes 作者: Alves CJS, Antunes PRS 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 2 期: 4 页: 251-265 出版年: DEC 2005 被引频次: 19 8.标题: The method of fundamental solutions for eigenproblems with Laplace and biharmonic operators 作者: Reutskiy SY 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 2 期: 3 页: 177-188 出版年: SEP 2005 被引频次: 19 9.标题: Simultaneously estimating the time-dependent damping and stiffness coefficients with the aid of vibrational data 作者: Liu CS, Chang JR, Chang KH, et al. 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 7 期: 2 页: 97-107 出版年: APR 2008 被引频次: 18 10.标题: A Time-Marching Algorithm for Solving Non-Linear Obstacle Problems with the Aid of an NCP-Function 作者: Liu CS 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 8 期: 2 页: 53-65 出版年: OCT 2008 被引频次: 17 中国学者为通讯作者在该刊发表论文被引最多的 5 篇论文 : 1.标题: The boundary contour method for magneto-electro-elastic media with linear boundary elements 作者: Jiang AM, Ding HJ 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 3 期: 1 页: 1-11 出版年: FEB 2006 被引频次: 23 Jiang, AM (通讯作者), Zhejiang Univ Technol, W Branch, Zhejiang 324000, Quzhou Peoples R China 2.标题: Transient response in cross-ply laminated cylinders and its application to reconstruction of elastic constants 作者: Han X, Liu GR, Li GY 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 1 期: 1 页: 39-49 出版年: MAR 2004 被引频次: 10 Han, X (通讯作者), Hunan Univ, Coll Mech Automot Engn, Changsha 410082, Hunan Peoples R China 3.标题: Dielectric breakdown model for an electrically impermeable crack in a piezoelectric material 作者: Zhang TY 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 1 期: 1 页: 107-115 出版年: MAR 2004 被引频次: 10 Zhang, TY (通讯作者), Hong Kong Univ Sci Technol, Dept Engn Mech, Kowloon, Hong Kong Peoples R China 4.标题: Elastic vibration behaviors oof carbon nanotubes based on micropolar mechanics 作者: Xie GQ, Long SY 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 4 期: 1 页: 11-19 出版年: AUG 2006 被引频次: 9 Long, SY (通讯作者), Hunan Univ, Dept Engn Mech, Changsha 410082, Peoples R China 5.标题: Analysis of solids with numerous microcracks using the fast multipole DBEM 作者: Wang PB, Yao ZH, Lei T 来源出版物: CMC-COMPUTERS MATERIALS CONTINUA 卷: 3 期: 2 页: 65-75 出版年: APR 2006 被引频次: 9 Yao, ZH (通讯作者), Tsing Hua Univ, Dept Engn Mech, Beijing 100084, Peoples R China
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[转载]萤火虫同步发光基理的数学模型解释
wjc05 2010-7-29 10:39
http://www.math123.cn/sxyy/814.htm 自然界最为壮观的景象之一是发生在东南亚。在那里,一大批萤火虫同步闪光。1935年,在科学杂志上发表了一篇题为萤火虫的同步闪光的论文。在这篇论文中,美国生物学家史密斯对这一现象作了生动的描述:想象一下,一棵10米至12米高的树,每一片树叶上都有一个萤火虫,所有的萤火虫大约都以每2秒3次的频率同步闪光,这棵树在两次闪光之间漆黑一片。 想象一下,在160米的河岸两旁是不间断的芒果树,每一片树叶上的萤火虫,以及树列两端之间所有树上的萤火虫完全一致同步闪光。如果一个人有足够丰富的想象力的话,那么他就会对这一惊人奇观产生某种想法。 这种闪光为什么会同步? 1990年,米洛罗和施特盖茨借助数学模型给了一个解释。在这种模型中,每个萤火虫都和其他萤火虫相互作用。建模的主要思想是,把诸多昆虫模拟成一群彼此靠视觉信号耦合的振荡器。每个萤火虫用来产生闪光的化学循环被表示成一个振荡器,萤火虫整体则表示成此种振荡器的网络每个振荡器以完全相同的方式影响其他振荡器。这些振荡器是脉冲式耦合,即,振荡器仅在产生闪光一瞬间对邻近振荡器施加影响。米洛罗和施特盖茨证明了,不管初始条件如何,所有振荡器最终都会变得同步。这个证明的基础是吸附概念。吸附使两个不同的振荡器互锁,并保持同相。由于耦合完全对称,一旦一群振荡器互锁,就不能解锁。 数学家也在研究蝉或知了叫声为什么总是一致的?什么原因呢? 大家都听到过蝉鸣或知了叫,但是你注意过在自然界里有这样一个奇妙的现象吗?那就是,不管有多少蝉或知了,也不管有多少树,它们的鸣声总是一致的。这是为什么?谁在指挥着它们合唱呢 ps 07年刘宗华教授 给出了更详细的解释 Collective signaling behavior in a networked-oscil liuzonghua-200711-16Collective signaling behavior in a networked-oscillator model 感兴趣者 可参考 他的著作《复杂系统与复杂网络》9.2两态小动物群体网络
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使用微分方程建模的一个小例子
agri521 2010-7-8 23:41
我看了一篇名为定西地区旱作小麦产量与降水量关系探讨的文章。这篇文章是讲旱地小麦产量年际变化与当年降水量的变化密切相关,因此作者想找到两 者之间的定量关系。作者先后使用了线性回归和微分方程建立了两个模型。 主要建模过程: 作者发现小麦在分蘖至孕穗期处于缺水状态,所以作者就以缺水生育期前后对应的月份即四、五、六和七月的降水量为自变数,建立与产量的回归方程。作者 使用逐步回归,从四个月份中筛选出五月和七月两个变量,并建立了二元回归方程。 y = 1.6275* x5 0.3150* x7 + 96.636 但作者又考虑到五月和七月降水量不可能相互独立,一定存在互作。如果使用线性关系处理降水量与产量的关系,而没有考虑到自变量的互作,可能模型的预 测效果打了折扣。作者下一步就想建立了一个非线性方程,在这里使用了微分方程。 由数据得知,在一定的降水量范围内,产量( y )与产量增量( dy )、五月份降水量增量( dx ) 成正比,就有了这个关系: dy/dx=C1*y ,其中C1为常数。 此式为一阶微分方程,其通解为:y=C2*e C1*x (C1和C2为常数) 。 求得参数后,模型为:y=69.7065*e 0.101417*x 。 作者没有对两个模型进行检验,我们也无法知道模型的预测效果。 我在这里不是想说这两个模型构成的有多好,而是我从文章中看到作者扎实的统计和数学建模功底,作者思路清晰,文笔细腻,简洁明了。看完之后,就想听 一个小故事,而我们也从中得到了想要的知识。 这是一篇上世纪80年代的文章,而从现在的期刊中找到一篇建模思路清晰,影响因素考虑周全的文章可是不容易呀。外文期刊也不例外。我问一位美国朋友,他说材料与方法没有写清楚,可能是编辑不让写清楚,也可能是作者本人不太懂。哎,老外也太搞了。 建议数学和统计知识背景较浅,又需要数学建模的初学者可以看看这篇文章。不过,这只是一篇入门文章,要构建复杂点的模型还需要好好学习建模知识呀。
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讲座后的一点思考
hjf306 2010-5-1 01:15
前天下午,香港理工大学谢智刚教授来学校做了一场讲座。刚好整个下午都没课,冲着谢教授的资历和名头,便去凑凑热闹了。 本想这种牛人开讲座,听众肯定众多。不料到现场一看,人数恐怕不足 30 。不过这样也好,听者不会被某种热情和噱头所役,会场也比较安静,更能专心听讲。 谢教授年约五十,衣着端庄而不失休闲,仪容干净整洁,一眼便能让人感觉到香港人的气质。所幸谢教授温和谦逊,并无一丝骄矜之气。也许这就是学者应有的风范吧。 讲座伊始,谢教授谈到了对桂林的感受:小学时在课本上读到桂林山水甲天下后,对桂林十分向往。去年终于有机会来桂林讲学,不禁被桂林的山水所叹服。可惜当时天气炎热无法尽兴,这次再来桂林天气刚好舒适,明天会再去阳朔走走。如此可见,桂林的山水风光确实名不虚传啊 ~ !哈哈 此次讲座的主题是复杂网络。由于讲座旨在面向于一般听众,包括高年级本科生和研究生,所以谢教授并没有对复杂网络理论作过多的陈述,而是主要评述了运用复杂网络理论解决实际问题的最新成果,着眼于复杂网络如何提供新的视角来阐述实际问题,据此给予新的解决方法。 谢教授先是举了一个香港 SARS 传播的例子。从数据选取、方法选择、模型建立、模型分析等几个方面介绍了对香港 SARS 传播的研究。接着举了一个音乐的例子。谢教授将巴赫、莫扎特和李克勤的作品作为研究对象,将歌曲中的音符作为一个复杂网络来研究,并通过模型的建立和分析,试图探索其共有的特性。谢教授还根据研究结果,利用计算机作了一首小曲,听起来还有些古典音乐的味道。原来科学与艺术还能如此完美的结合。 接着,谢教授还举了电话通信和股票市场作为例子。都是从复杂网络的角度来研究的。通过研究得出一些结论。例如,在一定范围内加大投资有助于缓解通信拥塞,但超出某个临界值后,再多的投资也无济于事。至于股票市场的波动,大部分都由少数几支有影响的股票所决定,即复杂网络中所谓的超节点。 整场讲座大约有一个半小时。谢教授思路清晰,语速平缓,措词通俗,而且发音又带着港式国语,再加上所举例子与生活息息相关,所以并不觉得讲座时间漫长。虽然听完后已经六点多了,但还是觉得很有收获: 1、 听讲座的意义并不在于获取实际的知识,而在于从中了解科学前沿,开阔视野和思维。讲座中所涉及的方法,可能能与你知识体系中的某一点想碰撞,从而加深了你对该知识点的理解。同样,讲座中所举的例子,更能让你认识到所学知识的价值,说不定无意间培养了你对某一学科的兴趣,学习热情和效率也自然提升了。因此,不妨暂时抛开功利目的,带着轻松自由的心态去听讲座,可能会更有收获。 2、 自然科学和社会科学两者互相渗透,可以统一也应该统一。讲座中的例子便是最好的证明。特别是对音乐的研究更是发人深思。旋律的创作本应是音乐家的专长,但是通过自然科学的研究,非专业人士也有可能创作出优秀的作品(尽管在创作过程中涉及一些非理性因素,如灵感等,两者还是有所差别)。可以说,音乐家和科学家是从不同角度去探索音乐的道,最终仍是殊涂同归。哲学先验地揭示了那些玄之又玄的道,而自然科学则后验地检验他们,无论是自然科学还是社会科学,其存在的意义都是为了更好地解释世界、改造世界,更好地服务于人。所以两者应该统一于哲学这一终极人文学科。 3、 讲座或演讲的吸引力并不全在语言上。没有新东方名师那样精彩的名言,讲座照样可以吸引听众,只要演讲者态度足够真诚,思路足够清晰,语言足够平实,再加上一点特色(如港式国语)。当然,前提是你的讲座内容不是那种枯燥无味的纯理论。
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矿体圈定问题
csugisdage 2010-3-19 11:03
矿体圈定除了有矿体圈定原则之外,还得考虑勘探线剖面图、样品、岩性、水平投影图、中段图、综合地形地质图等资料,不同的矿种,矿体形态和方法不同。有色金属和稀有金属矿体形态复杂多边,黑色金属和非金属矿则简单一些。尤其在实用传统方法中的含矿率进行计算时,矿体圈定问题多多,两种方式的思维思路差别太大。
个人分类: 三维地质建模|3758 次阅读|0 个评论
生态统计人才需要的能力
jiaojiaojing 2010-2-26 13:16
2010年的这个学期就要开始了,对自己这个学期的工作简单做一个规划。 在过去的一年半学科交叉学习中,我深深感到,生态统计学人才需要很多能力,大致分为三个方面: 1、系统的生态理论基础 既然是生态统计人才,那么对于生态,要有自己的看法和研究方向,所以一定要自己在某一方面 有一定的理论积累,否则便无法将统计知识有效用到生态分析上; 2、分析数据的能力 本科四年的统计学习,让我大致掌握了一些基本的统计分析方法,转行生态后,也着实发现了 统计分析在生态数据处理方面的优势,尤其是一些生态方法已经大量运用了统计的分析,我们越 来越发现,生态离不开统计-----线性模型,参数估计,假设检验以及贝叶斯方法,非参的方法已经 十分常用,让从事统计转行的人大为欣慰; 3、数学建模能力 这点与第2点其实有很多重合的部分,因为统计和数学不分家,但是我着重强调这一点,关键是因 为数学建模的能力在生态中已经越来越突出,一般的统计分析远远不够,生态中有很多实际的过程 而且是一个整体的过程,这个过程就很需要建模去模拟和解决。 综上所述,这个学期我的最基本任务就是脚踏实地,渐渐的,疏导式的自我学习很多数学基础,在 导师参与中,进一步学会理清生态过程的系统思路。
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海地灾难告诫加强地震前兆研究和预报
yangxintie 2010-2-15 14:55
海地地震以二十万人牺牲的代价,把地震预测和震前异常的检测和分析问题又严肃的提到了人们面前。 同样地震, 为什么日本就做到了预告减灾? 其实日本那次地震就是充分利用了震前和先期到达的信号,日本就是抓了地震前兆,并充分利用了纵波和横波的时间差。做了通告和预防,减低了损失。 人们说: 屁波(p波)快, 屎波(s波)慢, 速度几乎差一半, 一秒快慢差三里, 就靠这个躲灾难! 除了p-s声波,另外还有 磁信号,电信号,特别是电波信号以及地声,地光 , 地应力 等多种检测手段,我们汶川地震震前物理课以及学生文具盒上的指南针也接受到很多的地磁异常扰动,甚至是在千里外的西安阎良,正在试飞的飞机都受到了强烈电磁信号的干扰,试飞不得不停了下来。 可惜我们的震后通告专业户们对这些测量在汶川灾难前几乎没有正眼瞧过,更谈不上用临震前兆为预报所做的分析了,有的地磁台就建在城市边上,新修的铁道擦肩而过,也不知道换个地方,还是这么混僵过日子。 地震预测现阶段行不通的看法也就是在这种状态下出笼的。 中国国务院十五日在四川成都召开全国防震减灾工作会议强调,中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,要积极探索实践, 努力提升地震监测预报水平, 大力推进全国地震监测台网建设。这个意见显然和地震界长期以来认为地震不可预报的断言是相反的,国家不仅需要预报,还要提高水平,检测台网不够就加强建设,可惜的是我国很多地震台的建设只是为了震后收集资料,或者仅仅依赖统计震前小震的密度和频度而获取临震先兆,很多过去用过的地应力测量台站都被取消了,很多非地震局单位自筹的检测台站也都被取消了,被灭绝了。然而除了地震仪和磁秤以外,难道这些群众自造的设备真的没用了吗?既然地震台的洋设备対预报没有用,为什么不能开一些新路子,让那些基层的技术人员开发一些新产品,广泛参与呢测量呢? 同样是搞地质的,当前地震局也有精英,但是他们的地震地质成像重建能力不见得比其他部的同志强!特别是算法上,对于p波等和地应力剪切应变信号的采样广泛程度和分析能力都不一定比其他方面的专业能力强,这些掌握现代测量和数据处理的研究者还不一定有发言权,汶川灾难给人的印象是,会商会是早期会使用地震仪记录小震信号和磁变化的水平的人在拍板。 所以所谓加强地震台站的首要任务是,要大胆提倡创新,把地质甚至找油找矿科研的新方法和观念也用到地震预报里来,队伍要更新,要把那些不关心预报只关心总结灾害程度的人换下去。 科学论坛以讨论和研究这种方式发表一些预警的探索是个好主意。但是对以作的预警缺少评估和分析不好,最好请个对头来评价一番。很多问号,相信最终能够得到打开阿里巴巴的大门的密码 抓前兆比理论更重要! 如果地震局能够开辟一块网上上载空间,自动对老百姓遇到的异常进行登记和核实,让全社会参与地震前兆有系统的收集和整理,那样确实会得到意想不到的效果。 前面说的是从测量和分析角度解决地震预报的问题。对于前兆数据,还有一个如何用回归分析统计结果的问题,要把天文,气候因子和地质变化因素综合分析。除此之外还有一个分利用震前异常的问题,有的省市区都建立了联络员制度,其中很重要的任务是收集异常情况,现在最大的困难是震前异常收集的少,收集以后汇总的更少,分析的就更不用提了,在过分零散的数据面前,有没有分析必要都是个问题了,何况这些数据还只是被极少数人掌握,其他人看不到,也不会关心和补充。其实这些结果最好有一个公开的资料汇集评级和整理公布链条,比如有个井里冒泡了,有可能地震局的小王小张去看了觉得没事,但是如果把全国的结果都公布在一张表上或者可以公开调用的数据库中,就可能会有些多事的人,去从更广阔的角度用最现代的计算机算法去分析这些异常的强度、密度以及频率,分析出中心所在。其实在这方面我们完全可以抛开那些断言地震不可预报也不愿意进行预报分析研究的砖家,甚至在政府许可的情况下依托一些其他单位、学会和组织以学术研究为名,筹建全国统一的异常报备网站,吸引更多的力量参加深入的学术研究。 我们欣喜的看到,还是有很多地震工作者默默无闻的在做着探索并得到了成绩,比如512汶川地震爆发前, 河南省鹤壁市地震局 池顺良便观测到位于四川省康定县境内姑咱台的钻孔应变仪连续一年多出现频繁的周期为分钟或小时的脉冲变化,在汶川地震过后的一年半中,姑咱台的钻孔应变观测数据又慢慢开始恢复平滑,脉冲、毛刺和畸变又逐渐消逝,固体潮曲线又开始恢复正常。据此, 中国地震局地壳应力研究所 邱泽华等尝试着用辨别固体潮异常超过均方差限度的办法来提取临震前兆,结果可喜,详细内容见附件。 最近同济大学天然地震研究组探讨p波的放大率或者衰减率研究也提出了一种分析地震发生可能的办法, 他们认为测量P波衰减值预报地震的主要原因是:某个地区在发生大地震前,其地底孕震区岩石可能会出现微小破裂情况,进而导致岩石孔隙发生变化,影响到岩石孔隙间流体的饱和度,而当地底流体的饱和度变化时,P波衰减值就会出现变化。将这种方法应用在Parkfield地震数据研究后果然得到了令人惊喜的结果。在2004年Parkfield地震前一年多,P波衰减值开始发生了明显变化,这一发现使科学家对地震孕震过程有了更进一步的理解。然而这个空隙饱和度的解释有他致命的弱点,有空隙里面有流体的岩石到底是少数,到底是空隙率影响了p波的衰减呢还是剪切压缩比影响了p波的衰减? 从前面提到的前兆分析两个例子可以看出,不同的理论将导致不同的模式鉴别理论。数学模型建立还需要多费工夫。 地震实际是一种地质动力学的破裂机制,相对破裂而言,人们往往想到的是岩石等固体,固体的裂纹,裂纹缝隙填充发展之类。但是如果宏观来看,即就是坚硬的像玻璃一样的岩石也在某种程度上是缓慢的流体,尤其是地幔和下面的壳层,把他按照非牛顿流体来看可能更合适,在流体里面,剪切层之间,剪切应力相当于压缩应力达到一定程度的时候,在一段过程中,p波,s波的传播都会发生变化,在快破裂前的一刻,任何一个扰动就会变得越来越大,不但有放大机制,还有噪声声量子的发射机制,在固体里面这种现象研究的不多,但是越来越多证据显示,机理上很多共通性的,在流体里面把这种扰动信号越传越大的现象叫做失稳,失稳不断发展,最后咔嚓一下,二维的剪切失稳变成三维的扭曲突然剧烈变形,崩溃的这个过程,流体里面叫做转捩,那么流体发生转捩的判断办法对地震预报的探索者来说就不能不去了解,了解了它,我们就会追求对s波,p波传播过程的介质输运传导能力进行图像创建,从而对地震预报带来更好的考量。 类似的,地层岩石间的剪切能量在岩石缓慢流动中间是积累的,这个积累效果的量度牵涉到一个类似雷诺数的无量纲系数,这个系数一方面可以说就是剪切能量和压力能量的比例。另一方面也可以说成是老太太搅鸡蛋或者蜂蜜,搅拌的距离和搅拌的速度与液体的稠稀程度的比例就是雷诺数,雷诺数到了一定程度才能出现湍流斑,否则无论怎样都是平静的,各层之间剪切积累的能量都能够通过耗散机制平静的散发出去,地震也是这样,只有在耗散机制不能够把能量散发出去才能有积累,积累到一定程度,量变到质变,产生突变,就是地震。而且这种失稳在由于地引力潮汐和冷热产生的压缩的过程中不易发生,在释放或者减低压缩的时候容易发生。 所以研究这次海地地震, 除了强烈的挤压导致环太平洋地震火山带8.5级以上强震频发的原因以外,是否可以关注剪切的积累造成的失稳效应,这个应当更普遍。特别是揭示了特大地震带来的旋转效应。 美国评价湍流斑的形成用了场内传播过程中放大率的积分的办法,有实际效果。是否可以这样说,地震发震模型实际也是可以考虑二维剪切变形能量积累,使得波动放大不仅仅以二维形式,而是以三维形式出现,这个时候p波的放大率是否可以由图像重建理论实现呢? 开始,从力学角度讨论地壳地幔稳定性的问题这个地震话题有很长的历史。后来,弹性波的 理论 又与地震波的研究有密切的关系。现在越来越明确地震孕育本身是一个稳定性问题,而地幔是粘弹性的流体也越来越明确.这样无论是流动板块移动的剪切流稳定性还是热对流稳定性都会和地震的预报有关,尤其这种剪切流动从二维到 三维 的发展,以及前期 信号 的测量和判定的 建模 将更引起力学家的关注,说来说去会导致力学家头疼的一个老问题,稳定和转捩,它的随机性和复杂性不应当把探索者难倒,也许各学科研究者可以联合起来在这方面利用共同的语言,共同的方法得到进展. 在地震预报这方面,我们并不相信声称地震不可预报的所谓地震科学家,这些人里面很多可以归纳为地震后科普教育家。他们嘲笑有些人观察鸟的举止,观察狗是否狂吠,蛇是否发狂,认为这不是科学,其实这种观察的人多了,资源多了,这也是科学里面的科学。 地震预报很难,其实分析股票的涨跌也很难,那也是让很多砖家难有所作为的领域,因此才有一所高校组织了该校近千个大学生数模竞赛小组,让他们来建立沪深股市的四只股票的预测模型,看看对这些深不可测的领域,大学生在学习和使用数学建模理论中间能走到哪一步,事实结果也很有意思,老师做得并不一定都会比学生好。老师当得评审就可以了,学生里面人才辈出,方法叫绝!所以未来地震预测学术研究,倒不如公开测量资料,和异常发生的统计资料,越是算法的算法,越是没有路子的路子,新手不亚于老手,让年轻人来参与,初生牛犊,倒真不怕科学道路上的拦路虎呢 用超限率分析法研究汶川地震的前兆应变变化
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三次数学建模总结
zuozw 2009-9-29 13:47
前几天参加了全国研究生数学建模竞赛。想想自己总共参加三次数学建模竞赛,二次本科的,一次研究生的。记得第一次参加时带着无比兴奋的心情,恨不得一下把题做出来然后捧个大奖回来呵呵。等深入解决具体问题时才知道自己有多么幼稚。刚开始只想赶紧把题做完,慢慢静下来才知道完全不是想象中的那么简单。第一天几乎没有任何进展,第二天三个人一起讨论每句话每个字的意思,不放过每个疑点,甚至包括的意思;这一天总算知道了解这道题需要哪些知识和理论。到第三天时突然一下子感觉应该建立怎样的模型(或许这就是所谓的灵感吧),强烈感受到就是我们要找的模型,一定没错的。第二、三次参加就相对比第一次稳重成熟多了。由于自己能力有限和种种原因,头两次只获得省一等奖,不知这次如何。总结这三次参赛,获益匪浅。 首先, 不要想着获奖 。参加竞赛是为了提高自己的能力,锻炼自己。等精神收获很多时,其他的物质奖励就不那么重要啦。其实任何竞赛都是这样。多些脚踏实地,少些功利。 其次, 团结合作和尊敬队友 。建模是三个人的竞赛,不是一个人的表演赛。同时不管你的队友水平高低,都要尊敬对方。在一个团结奋进积极的氛围下合作解决问题是非常重要和必要的。 再次, 合理安排时间和作息 。如果一开始就一味地做题,也不休息。最后会非常劳累并且精神状态不佳。该休息还是要好好休息啊。建模只是个比赛,不是打仗。 最后, 深刻理解题中每句话甚至每个字的暗含意思 。只有真正理解问题了才能提出解决问题的正确方法。同时为了能在竞赛中取得好成绩,了解和学习下面知识是很有必要的。 1)一门编程语言:Matlab、C、C++等. 2)运筹学:规划论(包括线性规划、非线性规划、整数规划和动态规划)、图论、决策论、对策论、排队论、存储论、可靠性理论等。 3)小波分析、神经网络、模糊数学和遗传算法。 4)模式识别和图像处理。 总之,只要你感兴趣和做好充足准备,你会收获一大笔财富。真可谓: 一次参赛、终身受益 。
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模型:现代科学的核心方法
zhj71626 2009-7-12 16:11
转帖按:从模型角度认识中医理论,找到它的原型以及今天科技条件下中医模型建立和使用的方法,关于中医是否科学的那些争论就会烟消云散 模型:现代科学的核心方法 . 学习时报 , 2007 孙小礼 . 模型:现代科学的核心方法(一)天然模型和人工模型 模型:现代科学的核心方法(二)思维形式的科学模型 模型:现代科学的核心方法(三)建立模型的方法论原则 模型:现代科学的核心方法(四)科学模型的多重功能 模型:现代科学的核心方法(五)模型的多样性和局限性 模型:现代科学的核心方法(一)天然模型和人工模型 构建模型,把模型用作研究客体的一种手段,这是人类在认识世界和塑造世界的实践中的一大创造。例如,用抽象符号表示地理位置的地图就是一种模型。   人类在制作和运用模型的悠久历史中,积累了很丰富的经验,逐渐形成了具有普适性的模型方法。现在,在各种科学研究、工程建设活动中,与电子计算机的使用相配合,几乎到处都能看到模型的作用。可以说,如果没有模型这种有力工具,就不可能有现代科学。有的科学家深有体会地指出:模型方法乃是现代科学方法的核心。   现在,科学的研究对象日趋复杂,使研究工作面临种种困难。事实上,对于一个难于直接下手研究的复杂客体,能不能顺利地进行研究,其关键常常就在于能不能针对所要研究的问题构建出一个合适的科学模型。   科学模型是人们按照科学研究的特定目的,在一定的假设条件下,用物质形式或思维形式再现原型客体的某种本质特征,诸如关于客体的某种结构(整体的或部分的)、功能、属性、关系、过程等等。通过对这种科学模型的研究,来推知客体的某种性质或规律。这种借助模型来获取关于客体的认识的方法,就是模型方法。   物质形式的科学模型,即实物模型,有天然的与人工的两种。   天然模型,即以天然存在物作为科学模型。最为典型和运用得最多的是生物模型,其方法论作用表现在两个方面。一方面,许多生物常具有人类所没有的奇妙的器官和功能,给人以启示,使人们想到模仿某种生物的功能来构思和建造能够服务于人类的某种工程或产品。像飞鸟就是飞机设计的雏形。另一方面,许多生物又常常具有与人类相似的器官和功能,因此在研究人体的时候,常常需要借助于某类生物作为科学模型来进行研究,即借助生物模型来获取对于人体的认识。   大家知道,为了研究动物体内各种器官的功能和活动规律,一般是对动物进行活体解剖,直接进行观察和实验。但是,在研究人体的生理现象时,出于对人身健康、安全和伦理道德方面的考虑,就不便直接对人体进行实验操作,即使能够进行某种观察和实验,也必然要受到种种严格的限制。因此,需要寻求间接的研究途径。事实上,关于人体生理学的许多知识都是通过研究一些哺乳动物的器官和机能得到的,这已成为人体生理学的基本研究方法。随着航天技术的发展而产生的宇宙生命科学,是在宇宙环境中对生命现象进行研究的一门科学,自 20 世纪 50 年代起,先后把微生物、植物、动物和人送入太空。各类生物虽然都是研究对象,而高等哺乳动物在太空中的生理反应则成为研究宇宙飞行对人体的生理影响的模型。太空动物实验的结果对于人类进行宇宙航行需要采取什么针对性措施,以及对宇航员的选拔和训练等、都提供了科学依据。   人工模型,即以人工制作物作为科学模型。这种人工模型在工程技术中和科学研究中都大量地使用着。在工程技术中的实物模型,其特点是它们所模拟的是人们所设计的希望建造出来为人的某种需要服务的工程或产品,如水利工程、桥梁、房屋、船舶、飞机、人造卫星、宇宙飞船等等。从人们构思、设计到建造成功,中间必须经过大量的模型实验。通过对模型的不断修改,才有可能按照较优或最优的设计进入实际的工程建设或产品生产,从而达到或修改人们的预定目标。模型在工程技术方面显示出必不可缺的巨大作用。   在科学认识活动中,不但对于那些不能直接进行观察的微观世界和宇观世界的客体需要制作人工模型进行实验研究,就是像人体这样的研究对象,现在也越来越多地制作人工的实物模型进行模拟研究。这种趋势,主要是由于人类科学知识的增长和物质技术手段的进步,使得对于像人体器官这样一些复杂客体制作实物模型有了可能。   这里简介笔者在上一世纪八十年代了解到的一个成功的人工模型实例。在人体骨科外伤中最严重的是颅脑损伤。在医生的临床诊断中常常发生令人困惑的现象:有时受伤者在脑壳前部受到严重打击,而裂痕却发生在脑壳后部;有时颅骨外部并未发生裂痕,而颅骨内壁却出现了裂纹。怎样解释这些现象?颅骨骨折与颅内结构损伤有什么样的联系?颅骨受力后的应力是怎样分布的?从实践中提出的这些疑难问题,可以归结为关于人体颅骨的力学性质这样一个研究课题。上海交通大学工程力学系固体力学教研室的研究人员与上海华山医院医务人员协作,对这一课题进行了系统的探索研究,总结出颅骨受力后的应力分布规律。他们的研究方法中的一个关键性步骤,就是用一种特殊的光弹性塑料铸成人体颅骨模型。   起初,他们想运用光学方法直接测量颅骨受力后的应力变化情况,但不可能在活人颅骨上进行操作,而在尸骨上进行实验的结果光应力的分布图形却不易显见,难以观察和测量。于是,他们想到用一种透明的光弹性塑料来制作颅骨模型,以便容易显示光应力分布并易于进行测量。问题是,这种塑料模型虽然因透明而具有能显示光应力分布图形的优点,但是是否能够真实地反映人体颅骨的力学性能呢?   他们从 41 具尸体颅骨上取出 669 个试件,通过实验分别测量出研究颅骨力学性能所需要掌握的一些参数值。将这些数据与光弹性塑料所测得的相关参数进行对比和分析,说明这种光弹性塑料确实与人体颅骨具有力学性能上的相似性,于是他们才决定采用这种材料铸成颅骨模型。   他们在颅骨模型上进行了多种测试和对比实验,画出了多种特殊受力情况下的应力分布图。通过计算和分析,对人体颅骨骨折得出了一些规律性的结论。将这些结论与医院的 191 个颅骨骨折病例作比较,情况大致相符,说明他们的结论经得起实践的检验。   根据这样一些规律性的认识,医生的困惑现象得到了科学的说明。这样,医生就能以颅骨受力后的应力分布规律为依据,按图索骥,去寻找可能发生裂纹的范围和部位,而不至于因为表面没有伤痕而忽略了实际发生的颅骨损伤。这一研究成果也为怎样设计劳动安全帽提供了科学依据:应对安全帽内的颅骨危险区特别是太阳穴处制作特殊的保护装置,并要尽量扩大安全保护装置与人脑颅骨的接触面积,以便受力时降低颅骨内应力,从而减轻受伤程度。 模型:现代科学的核心方法(二)思维形式的科学模型 对要研究的客体,按照一定的研究目的,经过科学的分析而抽象出它的本质属性和特征,构造一种思维形式的模拟物,即思维模型,常表现为抽象的、数学的、理论的形态。运用这种科学模型来进行推理、演算和分析,从而获得关于客体的知识。   在现代科学认识活动中,特别是在理论研究中,大量地使用着思维形式的科学模型,诸如理想模型、数学模型、理论模型、半经验半理论的模型等。 1 、理想模型   这是对研究客体所作的一种科学抽象,也是一种简化或理想化。   实际的物体都是拥有多种属性的,并且处于与其他物体的相互作用中。但是当我们将某一物体作为特定的研究对象,针对某种目的,从某种角度进行研究时,有许多没有直接关系的属性和作用可以忽略不计。例如,牛顿首创的质点模型,就是一个最典型的理想模型,至今有着极为广泛的应用。只要我们所考察的运动仅涉及物体的位置移动,并且所涉及的空间尺度比物体自身的尺度大得多时,都可以用质点模型来代表所研究的客体,不但微观世界中的电子、质子、中子等基本粒子,地球上的各种物体,就是恒星、行星等各种天体,甚至大到由数十亿个恒星组成的星系等都可用质点模型来代表,都是很有效的。   如果我们要研究的客体运动,需要涉及它自身的转动时,质点模型便不适用了,于是又抽象出刚体模型。刚体表示一种形状确定不变的物体,也就是说物体中任意两点的距离是不变的。真实的物体在受到力的作用时,多少会发生形状的变化,当这种形变可以忽略不计时,便近似于刚体,所以刚体也是一种简化了的理想模型。只要我们所研究运动仅涉及平移和转动,而不涉及物体的形变时,刚体便是很有效的科学模型。但是,需要考虑物体的形变时,刚体模型就不适用了,于是又需要抽象出理想的弹性体模型。   科学研究离不开科学抽象,简化了的理想模型作为科学抽象的结果,在各门科学中比比皆是。例如,数学中的点、线、面;物理学和化学中的点电荷、绝对黑体、理想流体、理想晶体、理想热机、理想溶液;生物学中的模式细胞等等。由于这些理想模型反映了客体的本质属性,因而它们同时也是各门科学中的基本概念。 2 、数学模型   这是对所研究的问题进行一种数学上的抽象,即把问题用数学的符号语言表述为一种数学结构,亦称为数学模型。数学模型一般是以理想模型为基础建立起来的。   构建数学模型是一件创造性的工作,要根据不同的问题,不同的情况作不同的抽象和处理,没有刻板的建模程序。总起来看,建立数学模型的基本点就是寻找出所研究的实际问题与某种数学结构的对应关系,从而使实际问题能得到简化,归结成为一个数学问题。数学结构是由这样一些元素如定义、公理、命题、算法等构成的,因此,需要建立实际对象与各元素之间的对应关系。所对应的数学结构可能是数学中原来就有的,也可能是研究者根据需要来创立的。牛顿在研究太阳系的行星运动时,并无现成的数学结构供他使用,他在研究过程中创立了微积分这样一种新的数学系统。他首先以质点代表行星和太阳,进而把质点的速度与一阶微商相对应,把质点的加速度与二阶微商相对应,根据已知的力学定律,对行星运动建立起二阶线性微分方程这样一种数学模型。微积分以后转化为数学的重要的组成部分,这种二阶线性微分方程则始终是在科学技术中运用十分广泛和得力的一种数学模型。   我们要研究的实际问题层出不穷、千姿百态,建立起来的数学模型也是多种多样,丰富多彩。数学的不断发展,为我们提供愈来愈多的数学结构,从古代的欧几里得几何,到微积分与微分方程、抽象代数、拓扑学、非欧几何、泛函分析、微分几何、概率论与数理统计,以至模糊数学、突变论、分形几何学、等等,等等。   如果所研究问题十分复杂,变量和关系极多,所建立的数学模型不借助于计算机就无法实际应用,因此就要尽可能直接用计算机语言来模拟各种变量之间的关系,即所谓计算机仿真模型。在研究对象日益复杂而计算机的应用日益广泛的情况下,建立这种计算机仿真模型,已成为数学模型发展的主要趋向。 3 、理论模型   这是对所研究的某个对象领域中的某个基本问题及其相关问题,在积累了相当多的科学事实的基础上,系统地进行分析和综合,提出基本概念,并据此进行推论,对这一领域中的有关诸问题给出理论上一以贯之的回答和说明,还要提出新的预见,以求实验证实。这样的理论模型通常表现为一种科学学说。   在自然科学中,特别是在比较成熟的所谓精密科学,如力学,物理学中,所建立的理论模型都是定量化的,也就是说,是包括了数学模型的,能从一定的基本概念和数量关系出发,进行推理和演算,对有关的各种现象和问题,做出定量的解释和回答,并且推导出新的预言,做出指明一定误差范围的预测。   这里所说的基本概念,虽然是根据已知的科学事实和科学规律提出的,但一般只能根据科学家所掌握的部分事实和已经了解的有限的科学规律,而要用它去涵盖更多的事实,并能演绎出新的事实亦即预言,实际上必然含有推测的成分,具有假说性质。因此,作为一种科学学说的理论模型,一般是一种假说演绎体系。 4 、半经验半理论模型   在建立理论性的模型时,如果其中含有明显的或相当数量的经验成分,实际上就是形成了一种理论加经验、或数学加经验的模型。运用这种半经验半理论的模型可以进行半定量半定性的研究。   现代科学的理论模型,一般希望它具有数学形式,可以进行定量研究。但是,在很多情况下,特别是十分复杂的对象系统,其中所涉及的变量和参量,不但数量大而且其中有许多因素是难以测量、难以定量化的,所以不能提炼出定量的数学模型。于是人们就常常在经验基础上、或是经验与理论相结合的基础上,对某些因素做出量的估计,并据以提出概念和假设。这时虽然也可能运用某种数学结构,也能进行推理和演算,但是所得到的结果其实只能理解为半定性半定量的,并不能作为严格的定量分析的依据,只能提供出定性的参考性推论。 半经验半理论模型,在科学中,特别是技术科学中大量地使用着,尤其对复杂系统的研究,像复杂的生物体、人体以及社会系统等,实际上只能运用这种模型进行定量分析与定性分析相结合的综合研究方法才是最有效的。 模型:现代科学的核心方法(三)建立模型的方法论原则 在科学认识活动中,模型是主体与客体之间的一种特殊的中介。一方面,模型是主体即科学研究工作者所创建的、用来研究客体的工具或手段;一方面,模型又是客体的代表或替身,是主体进行研究的直接对象。所以,模型身兼二者,既是工具,又是对象。或者说,科学模型具有工具性与对象性双重性质。   科学模型作为研究对象,是为了能够对模型的研究结果有效地外推到原型客体,因此,必须要求模型与原型具有相似性,而且是本质上的相似性。同时,模型作为研究手段,是为了便于运用已有的各种知识和方法,伸展主体的各种才能,因此要求模型与原型相比,具有明显的简单性。要使相似性与简单性有机地统一起来,这不是很容易的事情,模型需要不断地经受检验和不断地加以改进,还需要科研工作者善于综合地灵活巧妙地运用多种方法。   这里我们从三个方面来讨论建立模型的方法论原则。 1 、相似性与简单性的统一   从相似性来说,我们不可能也不必要要求模型与原型全面相似,即在外部形态、质料、结构、功能等所有特征上都一一相似。但是必须按照所要研究问题的性质和目的,使模型与原型具有本质上的相似性,也就是说,要在基本的主要的方面具有相似性。   建立模型的过程,也是对原型客体进行科学抽象的过程。要在尽可能周密地进行具体分析的基础上,分清主次。要敢于和善于撇开那些次要因素、次要矛盾、次要关系、次要过程,这样才能突出主要因素、主要矛盾、主要关系、主要过程。舍弃次要的无关大局的细节,正是为了舍末求本,抓住本质性和关键性的东西,从而才能建立具有科学性的模型。为此一定要防止主次混淆,更不能以次充主、舍本求末,否则就不能使模型与原型具有本质上的相似性。   从简单性来说,就是要化繁为简、化难为易,使复杂事物有可能通过比较简单的模型来进行研究。对于客体所处的状态、环境和条件,进行分析比较,做出一些合理的简化假设或处理,以便能够运用已有的科学知识和科学工具,或便于创造新的科学方法,使模型成为有效的研究手段。对于物质形式的科学模型,就是要便于进行观察和测量等实验性操作;对于思维形式的科学模型,就是要便于进行逻辑推理和数学演算等理论性操作。   在自然科学中,长期以来人们积累了许多进行简化的经验。诸如,把不规则的化为规则的;把不均匀的化为均匀的;把不光滑的化为光滑的;把有限的化为无限的;把连续的化为离散的;或把离散的化为连续的;把高维空间化为低维空间;把各向异性化为各向同性;把非线性关系化为线性关系,把非孤立系统化为孤立系统,等等。这些简化步骤在力学、物理学等所谓精密科学中,在很多场合,都曾经是很有效的处理办法。但是这些经验不能盲目套用,必须坚持具体情况具体分析,尤其不能把研究比较简单的系统时所采用的简化都照搬到复杂系统的研究中。例如,对于与外界有物质和能量交换的生物系统就不能把它简化为与外界无关的孤立系统,其中的非线性关系就不能简化为线性关系,如果硬行这样的简化处理,就很可能造成对实际情况的严重歪曲或背离。在对复杂对象愈来愈多的研究中,科学家们正在探求和积累新的简化经验,塑造着像耗散结构、超循环等这样一些新的适用于研究复杂系统的科学模型。   模型必须具有与原型的相似性,才有科学研究的价值和意义,同时模型还要具有简单性,才能够在科学研究中实行操作,实际发挥作用。科学模型表现出来的简化、理想化不能是主观随意的、必须合理和适度,以不丧失模型与原型的本质上相似性为原则,而这种本质上的相似性是靠进行科学的抽象来保证的。也就是说,建立模型必须运用科学的抽象,才能达到相似性与简单性的统一。   坚持相似性与简单性相统一的原则,是建立科学模型的第一要义,是最重要的方法论原则。 2 、可验证性   模型具有与原型的相似性,但是是否是本质上的相似性呢?模型具有简单性,但是是否是合理的简单性呢?这些都是需要加以验证的。如果一个模型不具有可验证性,就不是一个科学模型,是没有方法论意义的。   一般说来,只要模型具有可操作性,就有具体的操作过程,并能取得具体的研究结果,这结果是可以与实际进行对照和比较的,因而就是可检验的。科研工作者应主动地自觉地利用模型的可检验性对之进行检验。如果通过检验发现了模型的缺陷,就要对模型进行修改,甚至代之以新的模型。如果模型经受了实践检验,也还需要进而从理论上论证其科学性,使之更加完善。   科学模型的验证,需要一个过程,有时要经历相当长的时间。像质点模型,这是一个体现了相似性与简单性相统一的典型例子。但是这个在现代科学家手中运用自如的质点,其验证在历史上经历二十年之久,才使人们摆脱了困惑,取得了科学家们的认同。而科学模型一旦获得了充分的验证,就能迅速推广,在科学研究中发挥其卓有成效的作用。 3 、多种知识和方法的综合运用   建立模型、运用模型和检验模型,都没有刻板的程序和固定的方法,需要科研工作者综合地灵活地使用多种多样的知识和方法,充分发挥自己的创造性思维能力。   塑造一个有效的科学模型,既要严格地以原型为依据,又要广开思路,敢于提出大胆设想,它是艰苦的科学思维和科学劳动的成果,又是令人赞赏的富有魅力的科学艺术品,是多种知识、多种思维和多种方法相融合的产物。科学工作者要充分发挥想象力,善于联想和类比,善于捕捉直觉在刹那间闪现的新观念、新思想;也必须充分发挥科学抽象和逻辑推理的力量,进行认真的归纳和演绎,进行科学的分析和综合。总之,要使经验方法与理论方法结合,逻辑思维与非逻辑思维并用。科学模型能起作用,正因为其中凝结着科研工作者的经验、思维、知识、方法和技巧,是智慧与勤奋的结晶。    1986 年,物理学家尼科里斯和普里高津在他们合着的《探索复杂性》一书的中文版序言中说:我们的时代是以多种概念和方法相互冲击与汇合为特征的时代,这些概念和方法在经历了过去完全隔离的道路以后突然间彼此遭遇在一起,产生了蔚为壮观的进展。模型的高度综合性特点正是适应了当今时代的需要,过去相互隔离的自然科学和社会科学的概念和方法,现在也开始汇聚在一些复杂系统的模型中。   模型的这种综合性特点,决定了建立模型需要自觉地去运用多种多样的思想、知识和方法,这是建立科学模型的又一个重要的方法论原则。 模型:现代科学的核心方法(四)科学模型的多重功能 模型在科学研究中体现出多重功能,这正是它能成为现代科学的核心方法,并具有强盛的生命力的重要原因。这里仅从三个方面简述科学模型的重要功能和作用。 一、科学研究的间接方法   人类面对着一个无限广阔和无限丰富的客观世界,其中能够直接通过观察实验进行研究的客体只占少数,大多数对象需要采用间接研究的方法,借助于既有客观依据又带有主观想像的模型来开展研究,逐步推进认识。这里可以列举出以下一些需要进行间接研究的情况。   对于事过境迁,不再重新出现的事件或现象,只能收集这一事件所留下的一些痕迹和某些间接得来的信息,加上人们的联想与假设,构建出实物的和思维的模型来开展实验研究和理论研究。像对已经灭绝的物种如恐龙的研究,对于人类的起源、生命的起源、地球和太阳系以及诸种天体的起源等等,都只能模拟当时的环境条件,运用模型来进行研究。   对于只能依靠科学仪器观测,获得部分信息的微观世界和宇观世界的现象,依靠已经积累到的数据资料,加上一些猜测和假设,构建实物的和理论的模型来开展研究。例如,对于原子结构、原子核结构的研究,对于远离地球的星系的研究等,都是借助于科学模型来逐步加深认识的。   对于人体、人脑这样的研究对象,出于人身健康、伦理道德的考虑,只能借助某种天然相似物或建造人工模型来加以研究。   对于像高温、高压等特殊条件下的物性研究,不但直接危害人身健康,而且实验研究的价格十分昂贵。从安全、经济等方面考虑,常常需要在实验室内制作模型进行各种模拟的实验研究以代替直接的现场研究。   至于在工程设计中,对于人们期望制造的人工客体,必须先通过模型进行大量试验和演算,不断地修正才能做出优化的设计和施工方案,更是众所周知的了。 二、 科学模型的研究纲领作用   科学模型只有在人们对于客体已具有一定认识、积累了一定知识、数据和资料的基础上才有可能建立起来。建立模型是对已有的经验、知识进行去伪存真、去粗取精的思维加工过程。模型本身体现为对客体的已有认识的总结,是科学认识的一种阶段性成果。然而,模型又不仅是已有认识的总结,作为科学工作者的创造,又加进了人们的新的猜测和假设,含有新的概念和思想。因此,科学模型,特别是理论模型又是进一步研究客体的新起点。   科学模型不但开启科学研究的新阶段,还开启的科学研究的新方法。例如,自从有了思想模型,科学家们就在理想模型的基础上开创了一种特殊的理论推导方式,称为思想实验(或理想实验、假想实验)。在思想实验中,可以超越具体物质条件的限制,设想某种极端的、极限的条件,如绝对的真空,绝对的光滑等,使终止了的实际实验在思维中逻辑地进行下去,从而获得某种新的认识,得到某种新的结论。爱因斯坦曾根据伽利略发现惯性定律的经过高度评价思想实验的作用,事实上,他创立狭义相对论和广义相对论时都充分运用和发挥了思想实验的作用。   建立起新的理论模型,必须回答这个新的理论是否能够说明各种与其有关的实验现象,是否能对过去已知的事实,作出回溯性的合理的科学解释,是否能够预见新的事实?为此,需要进行一系列的科学研究工作。要以新的理论为出发点,一方面设计实验,一方面进行理论的推导和计算,有目的有计划地把实验研究工作和理论研究工作全面推开。   因此,对于科学研究来说,一个新的理论模型实际上能起到一种新的研究纲领的作用,使研究工作获得极大的推动和展开。无怪乎有的科学家说:建立一个完美的模型,比一千个事实还要珍贵。 三、模型研究对实践的指导作用   科学模型是对实际客体的一种合理的正确的抽象,与实际情况相比,具有简化、优化和理想化的特点。所以,在模型上进行研究的结果,一般优于实际结果。这样,就能以科学模型所提供的优化条件作为追求目标,使人们找到在实践中怎样改善实际客体或环境条件,以争取达到最佳或较佳效果的方向和途径。   一个科学史上的经典例子就是怎样提高热机的效率问题。工程师卡诺( Carnot, Nicolas, Leonard Sadi )仔细考察了实际的蒸汽机内的气体循环过程,研究了其中温度、压强、体积、能量之间的变化关系,抽象出工作于两个恒温热源之间的由四个基本的可逆过程(绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩、等温膨胀)构成的一部可逆热机作为理想模型,通过这一科学模型研究,计算理想热机的效率,得出两个结论:   ( 1 )可逆热机效率正比于高温热源与低温热源的温差,而与工作物质无关。   ( 2 )作用于两个一定温度之间的热机,以可逆机的效率最大。   这两个结论从理论上指明了提高热机效率的根本方向和原则:一是尽可能增大两个热源之间的温差;二是尽可能使实际热机接近于理想的可逆机。这样的理论结论对于人们在实践中怎样实际地去提高热机效率确实起到了指导作用。   在工程设计中,模型对实践的指导作用尤为直接和明显。所谓设计,就是首先制作模型,或者使设计方案模型化,通过在模型上反复试验和测算,并不断加以修改,直到确知能够顺利施工和保证产品达到预期要求时才能进入生产过程。   通过科学模型预测某一事物的未来发展情况,无论是做出短期的还是长期的预测,定性的或是定量的预测,对于人们的实践活动都有重要意义。现在,有了电子计算机这样强有力的科学手段,使许多复杂问题的预测成为可能,使人们对事物的发展有预见、有远见,这对于决策和管理的科学化是大有帮助的。 模型:现代科学的核心方法(五)模型的多样性和局限性 一、模型的多样性   横看成岭侧成峰,对于同一问题,人们从不同的角度去考察时,可以产生很不相同的认识。模型作为主体对客体的一种认识成果,不同的人、不同的科学共同体(学派),在研究同一客体的同一问题时,或由于采集到客体的不同信息,或采用了不同的思路、不同的方法,或依据了不同的科学概念、假说等理论知识,或由于加进了不同的想象和猜测,都可能构建出不同的模型。   对同一问题构建的科学模型不具有唯一性。因此,在科学认识活动中表现以下两方面情况。一方面,对同一研究对象,常有多个模型并存,形成相互竞争或对峙的局面;另一方面,对同一问题的认识深化过程,实际上也就是多种模型逐个更迭的过程。   在科学史上被记载下来的成功的科学模型是少数,由于它们对于推进科学认识起了巨大作用,或者它们本身表达了人们的重大认识成果,因而受到科学史家的青睐。而许许多多失败的模型则早被人们忘却,有的也只在史书中一掠而过。那些缺乏事实依据,源于思辨性猜测的模型是亳无生命力的,而过于复杂以致无从物化进行实验操作,也难以据之进行理论操作的模型,因为不能成为有效的研究工具而只能被人们搁置一边。至于过于简化而失真、虽然易于操作却不能反映客体的本质属性的模型,也必然会由于缺乏竞争力而被逐渐淘汰。   有一些模型曾被科学家运用了很长时期,获得人们的承认,表现过一定的生命力,如以太、热质、燃素等思想模型,借助于它们曾对客观现象做出过有效的解释,所以在历史的一段时间内被认为是科学的概念而存在。但这些模型终于经不起历史检验,当科学实验证实它们并不反映客体的本质时,就被科学家们所抛弃。   如果不同的科学模型,各从不同的方面反映了客体的本质属性,通过不同的操作,各被一些实验所证实,就都是成功的,有价值的并具有竞争力的模型。它们可能在不同的历史时期分别占过上风,但总的说来,是处于相互对峙、争执不下的局面,历史说明,这种情况往往不可能由一个模型取代另一个模型,而只能由一个更高级的综合了各方优点的模型所取代。像光的波动说与微粒说的长期对峙便是一个突出的例子,它们终于被光的波粒二象性理论所取代。   在对客体的实际认识过程中,常常是不同模型的并存与更迭交替出现。例如在对原子的研究过程中, 1910 年以前曾经提出过长岗的土星模型、勒纳德的中性微粒模型、里兹的磁原子模型、汤姆逊的实心带电球模型等,而以汤姆逊的原子模型最有成效也影响最大。但它不能解释 1906 年由卢瑟福首次观测到的 ( 射线的散射现象,不久就被卢瑟福提出的原子有核模型所取代。但这一新原子模型也同样遇到了种种困难,比如怎样解释原子的稳定性等问题,于是它又被玻尔建立的定态跃迁原子模型所代替。玻尔模型应用到氢原子及类氢离子中,能很好地解释原子光谱实验数据,当时备受称赞,曾公认是相当成功和影响很大的一种原子结构学说。但是 20 世纪 20 年代以后,它又与新的实验相矛盾,不能解释稍复杂的元素的光谱线以及其他一些重要实验事实,因而又显示出很大的局限性。以后又被量子力学对原子结构的处理方法――原子的量子理论模型所取代。这一系列模型的嬗替,正是体现了人们对原子结构的认识在逐步深刻和精确,而这种认识至今还在继续深化的过程中。在科学实践中,对于不同的模型,人们当然要对它们进行比较、评价和筛选。评价固然要受多种因素的影响,但主要是根据模型在推进人们的认识过程中所做出的贡献。模型的使用过程,同时也是经受检验、获得评价的过程,并进而决定人们对模型的取舍。 二、模型方法的局限性   在充分认识科学模型在人类认识活动中的重要地位和作用的同时,还必须清醒地认识到模型方法的局限性。   贝塔朗菲在《一般系统论》书中指出,模型有优点也危险,优点是这是一种创造理论的方法,亦即模型可以从前提进行推断、解释和预测、往往得到预料不到的结果。危险是过于简化:为了使它在概念上可以控制,把现实简化成了概念骨架。现象愈多样化与复杂,过分简化的危险愈大。   作为科学模型,虽然具有与客体在本质上的相似性,但毕竟只是一种相似物,相似的程度有高有低,有时可能离原型还有极大的差距。加之,人的认识过程是极为复杂曲折的,实践检验也是复杂曲折的,实践标准本身就具有相对性。所以,有些模型可能在相当长时期内被人们公认是反映了客体的本质属性的科学模型,但最终证明它们与客体的相似是非本质的、甚至是大大偏离或歪曲了的。   模型本身固有的内在局限性,决定了模型方法的作用是有限度的,依靠模型方法绝不可能穷尽对客体的认识。用模型方法取得研究结果连同模型本身都是需要检验的。再好的科学模型也只是一种阶段性的认识成果,模型方法的实质不止是建构一个模型,还要用不断改进的模型,去逐步逼近真实的客体。科学工作者在运用模型方法时,要自觉地立足于检验,致力于模型的改进、再改进。   现代科学中的模型方法是以电子计算机的配合使用作为必要条件的。复杂系统的模型所包含的变量常常是数以百计、甚至千计、万计,只有依靠计算机才能有所作为。刻画同一对象的多种模型之间、孰优孰劣,也需要依靠计算机进行一一试算,才能对照比较,从中择优。对于择优选用的模型也需要通过检验加以改进。怎样改进为好,只有依靠计算机进行种种验算比较,才能找到较好的具体改进方案。所以,计算机实验成为模型的选择和改进的重要手段,实际上也成为克服模型的缺陷的重要手段。但是绝不能奢望依靠计算机实验一举消除模型的局限性,而应充分利用这一有力手段去不断改进模型。   我们在这里强调模型方法的局限性,并不是要降低或冲淡科学模型的作用,相反,科学工作者只有正视这种局限性,有意识地去克服这种局限性,才能既充分又恰当地发挥科学模型的种种功能。正因为模型方法是现代科学方法的核心,所以,模型的好坏,将对科研工作的全局产生重要的影响。牵一发而动全身。在建立和使用模型时要保持清醒的头脑,尽可能考虑周全。这里还应该特别指出,克服模型的缺陷,不断改善模型,和建立模型一样,也是艰辛的科学创造。
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中医学与信息科学学科交叉的新方式——信息中医学
zhj71626 2008-6-23 13:08
在《科学中国人》200511期发表 吉林市中医院 赵宏杰 张笑波(吉林省吉林市, 132011 ) 摘 要:信息中医学是信息科学与中医学交叉的新方式,从信息的层次性 , 信息的稳定性,信息的整体性,信息模型的有效性四个方面, 对比信息中医学与中医药信息学和系统生物学中医研究(包括中医药生物信息学)在处理生命信息上的异同,可以看出信息中医学的优势,根据信息中医学理论,整合现有的信息技术,整合中医药信息学和系统生物学中医研究两支队伍,可以很快实现其应用;将是中国传统科学对当代生命科学的重要贡献。 主题词: 信息中医学 系统生物学中医研究 整体层次性信息 信息的稳定性 信息模型 中国图书资料分类号:R2-03   文献标识码:A 当前学科交叉现象已成为科学技术整体化发展的一个重要趋势。学科交叉既是实现科学知识系统整合的重要通道,同时又是孕育着重大科技突破的温床。 信息科学是主要研究信息及其运动规律和应用方法的一门新兴的综合性的现代科学前沿学科 , 中医学是已有数千年历史的中国传统医学 , 信息科学与中医学交叉形成的中医药信息学和系统生物学中医研究(包括中医药生物信息学),是中医现代研究中最重要的两个方向与成果。笔者更进一步提出信息科学与中医学交叉的新方式 信息中医学,以期实现中医现代化研究的突破。 信息中医学是主要以信息方法研究人的整体层次生命信息及其运动规律和应用方法的中医学。信息中医学在日、年等完整的生命节律时段内,以中医藏象理论为框架,通过连续提取人血液指纹图谱信息,来构建动态的人整体层次的生命信息模型,实现中医学的理论表达,并在此基础上以信息技术实现中医学的研究与实际应用。 1. 信息中医学的特点 信息中医学在信息方法的应用上,有许多方面优于中医药信息学和系统生物学中医研究(包括中医药生物信息学)。 1.1 信息的层次性 系统生物学的中医研究主要采用系统生物学的研究方法,它主张整合数据、建立数学模型并预测生物行为。但是系统生物学目前所要整合的数据是基因数据和蛋白质数据,这些数据代表不了人整体层次的生命信息,基因药物和基因疗法受到重挫就反映了这个问题;另外,水、电解质等生命活动所必需的重要物质,也不能在这些数据里得到完整的动态反映。所以说,系统生物学的方法还需要不断发展,目前用它研究中医有较大局限性。 中药指纹图谱的研究和运用表明,中药指纹图谱具有整体、宏观与微观兼具等特点,特别适应于研究中医药传统理论的需要。 生理学认为,内环境(血液组织液)是机体内部各结构之间以及机体内外物质、能量、信息交换的关键场所。信息中医学运用血液指纹图谱来获得内环境信息,因此能够获得整体、宏观与微观兼具的内环境信息,也是内环境成分的全息反映。 1.2 信息的稳定性 目前的中医药信息学主要是应用信息技术于传统中医活动过程,其代表是四诊客观化即四诊信息化。传统的望闻问切四诊方法因其灵活性过强而不易掌握,以信息方法分析,则主要是从人体表象提取生命信息,目前真正的四诊信息化仍然进展较慢。 信息中医学直接采取血液以获取信息,现代医学检测理论和实践已经从侧面确认了这种方法的稳定性和准确性,从而克服了四诊信息化的不足。 中医诊断学的根本原理是有诸内形诸外,司外揣内,四诊合参的目的是取得对 内 的认识。历史上,扁鹊: 视见垣一方人,以此视病,尽见五脏症结,特以诊脉为名耳 ,李时珍: 内景隧道唯返观者能照见之 等, 就是直接得到对内认识的特例,但这些并没有现实可行性。信息中医学根据中医形气神理论结合现代生理学,把中医气血论中气血的有形部分诠释为生理学之内环境即血液组织液,就可直接从体内获得气血的信息,直接获得了对 内 的认识。这样,较之四诊以后再合参的方法,就从信息获取、传递、处理 / 再生的环节上减少了信息失真的机会。所以,比实现信息化以后的四诊,还要稳定和准确。 1.3 信息的整体性 董向辉、戴汝为:时间维上世界的同源性是空间维整体规律普遍性的基础(例如,生物进化的同源性保证了绝大部分生物的遗传密码是一致的),而空间维上每一局部既遵循整体规律,又作为对整体规律的补充,而这也就是中医有效性的基础。 中医的整体观即东方整体观认为时空是一个整体,时空整体观是生命信息的本质特征之一。 信息中医学,在生命节律时段内,连续提取信息,从时间整体与空间整体两方面保证了生命信息的整体性。而中医药信息学和系统生物学中医研究还未能充分重视中医时空整体观之中的时间结构。 1.4 信息模型的有效性 《黄帝内经》中所阐释的阴阳五行、脏腑经络,以及天人相应等观念和理论体现了丰富而深刻的信息观念和信息思维方式。学界公认人体功能态是藏象划分的基础,这说明藏象学说建立在信息方法基础之上,所以藏象学说就是中医学的人整体层次的生命信息模型,中医学数千年医疗实践的历史和几十年来的中医现代实验研究,均证明了这一模型的有效性。 而系统生物学距离建立同层次模型为时尚远。 因此,藏象理论模型就是目前唯一的人整体层次的生命信息模型,信息中医学用分子水平的内环境信息完善了这一模型,并将在此基础上,实现其当代信息技术水平上的中医学的研究与实际应用。 2. 建立信息中医学的意义 信息中医学把中医药信息学视为自己的重要组成部分,主张内外信息合参,其研究与应用,将因此更完整准确及时和有效。 信息中医学对内环境信息的利用,将从信息整体层次整合生理学、病理学和药理学的研究成果,是传统中医理论、西医理论以及信息科学、系统科学理论的有机结合,也实现了对中医现代化客观化、规范化的目标要求。 根据信息中医学理论,整合现有的信息技术,整合中医药信息学和系统生物学中医研究两支队伍,可以很快实其应用。与系统生物学相比,可大大简化研究过程和降低研究难度。 一直以来,系统生物学研究对象的生命层次逐渐提高,从基因组到蛋白质组,其中血浆蛋白质组研究已经可以大致反映内环境信息。因此,生物信息学在不久的将来也很可能发展出与信息中医学极为一致的观点,即以内环境整体为研究对象,以指纹图谱为工具,构建动态的人体信息模型。到那时、亦步亦趋的系统生物学中医研究,或许也已经与信息中医学有了更多的相似之处。但是却会彻底丧失了中华民族在生命科学上做出极其重大的原始创新的机会,相关的原创学科群和原创产业群也就胎死腹中了,这是值得我们深思与重视的。 生命科学作为当代科学的龙头,它的突破性发展将带动国家科学技术和产业群的腾飞。信息中医学的创立实现了这一突破,它的理论创新、方法创新是一项重要的原始创新,将是中国传统科学对当代生命科学的重要贡献,还将诱发和促进东方科学体系的现代化,加速世界科学中心向中国转移。 参考文献: 赵宏杰、张笑波.中医学与信息科学跨越式大联合.中国医药报,2005-04-07:B05 赵宏杰、张笑波.中医取象比类方法现代化:中医现代化的解决之道.科学时报,2005-11-01: 赵宏杰、张笑波. 应用指纹图谱 以时测象 研究藏象 实质. 科学时报,2005-12-02: 赵宏杰、张笑波.中医学与信息科学学科交叉的几个关键问题. 医学信息,2005(9): 金光亮、马淑然.中医基础理论学科学术发展专题讨论纪要.中国医药学报,2004(19)7:428-431 作者简介:赵宏杰,男,1971年生,吉林省吉林市人,主治中医师,学士学位,从事中医药理论及临床研究,联系电话:04326510433. E-mail:hyltzhhj@126.com
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