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0-1:减免通信延时的分布式实时滤波
热度 1 JRoy 2020-6-25 01:04
Parallel Filtering-Communication mode: 网络通讯/融合与节点滤波计算同步进行 网络协同“一致性”研究如火如荼十余载,源起复杂网络控制,后发展至分布式滤波和跟踪。但是现有所有的分布式滤波基本都是“滤波-融合-再滤波-再融合”这种“你方唱罢我登台,轮番上阵”的串行方式,或者说“鸡生蛋,蛋孵鸡”这种相互依赖迭代模式:所融合的对象就是滤波结果,而下一轮滤波的先验就是融合结果。 0-1的突破: 提出了 “一边滤波一边通讯融合”并行模式(即网络通讯融合与节点滤波计算同步进行, Parallel Filtering-Communication mode ) ,难点在于:没有鸡(滤波)怎么来的蛋(融合)?没有蛋(融合)又怎么来的鸡(滤波)?这就是我们Engineer们 施展拳脚 了。。。 团队近期两篇论文 (全世界独此两篇?) : 第1篇基于粒子滤波,借助Importance Sampling方法,巧妙实现了 高度 Parallel Filtering-Communication ; 第2篇基于高斯混合GM滤波, Parallel Filtering-Communication 实现难度较大,所实现的融合对象仅仅是目标数cardinality的估计,融合层次教浅有待进一步研究。 两个工作分别对最具代表性的两类滤波后验近似形式进行了“滤波与通信并行”机制设计,可以推广到诸多以粒子滤波和高斯混合为基底的其他多传感实时滤波器设计。 网络通讯与节点滤波计算同步进行的优势自不必说, 甚至有些场景下是唯一选择 !比 如局部节点的滤波计算占据了整个传感器扫描周期,根本没有剩余时间去搞通讯和信息融合 ---- 而这将伴随着传感器扫描周期越来越快变得普遍。。即使有些剩余时间,因为平行通讯可以完成更多周期的信息交换,传播更远,网络收益更大。。 1 A Distributed Particle-PHD Filter with Arithmetic-Average PHD Fusion Tiancheng Li , Franz Hlawatsch (Submitted on 17 Dec 2017 ( v1 ), last revised 20 Dec 2018 (this version, v2)) We propose a particle-based distributed PHD filter for tracking an unknown, time-varying number of targets. To reduce communication, the local PHD filters at neighboring sensors communicate Gaussian mixture (GM) parameters. In contrast to most existing distributed PHD filters, our filter employs an `arithmetic average' fusion. For particles--GM conversion, we use a method that avoids particle clustering and enables a significance-based pruning of the GM components. For GM--particles conversion, we develop an importance sampling based method that enables a parallelization of filtering and dissemination/fusion operations . The proposed distributed particle-PHD filter is able to integrate GM-based local PHD filters. Simulations demonstrate the excellent performance and small communication and computation requirements of our filter. Comments: 13 pages, codes available upon e-mail request Subjects: Systems and Control (cs.SY) ; Distributed, Parallel, and Cluster Computing (cs.DC) Cite as: arXiv:1712.06128 (or arXiv:1712.06128v2 for this version) submission Information Fusion,under revision 2. A Parallel Filtering-Communication based Cardinality Consensus Approach for Real-time Distributed PHD Filtering Tiancheng Li ; Mahendra Mallick ; Quan Pan Abstract: This paper proposes a new cardinality consensus (CC) approach called “prior-CC” to distributed probability hypothesis density (PHD) filtering based on a decentralized sensor network. In our approach, network-wide average consensus is sought with respect to the prior cardinality estimate. Unlike existing serial filtering-communication approaches, the prior-CC scheme allows the internode communication to be performed in parallel with the local filter calculation and requires only a small amount of interfacing fusion calculation and communication. This enables real-time filtering that minimizes data delay and is of great significance in realistic tracking systems. We provide details of the Gaussian mixture implementation of the proposed prior-CC-PHD filter based on a diffuse target birth model and analyze the filtering-communication parallelization. In addition, we evaluate the gain of the prior-CC scheme with respect to the filtering accuracy in comparison with the standard CC scheme via simulations using a stationary linear sensor network and a dynamic nonlinear sensor network, respectively. Published in: IEEE Sensors Journal ( Early Access ) Date of Publication: 22 June 2020 DOI: 10.1109/JSEN.2020.3004068 相关博文链接: 多源信息融合的Best Fit of Mixture原则 多目标信息融合问题 分布式网络信息共享:Many Could Be Better Than All 轻松多传感器多目标探测与跟踪! 通讯量最小的分布式多目标跟踪器 基于多传感器观测聚类的鲁邦多传感器PHD滤波 基于受限测距传感网的分布式多目标跟踪 基于算术均值一致性的分布式伯努利滤波目标联合探测与跟踪 基于算术均值一致性的高效、分布式、联合传感定位与多目标跟踪
个人分类: 科研笔记|4365 次阅读|3 个评论
如何突破石墨烯产业“难用”瓶颈?
FNG 2019-10-22 16:04
石墨烯行业现状及问题根源分析: 被寄予厚望的“新材料之王”-- 石墨烯,距离结缘诺贝尔奖已近十年,却逐渐陷入尴尬的“无用论”的争议境地。 究其原因主要有二: 1. 从 石墨烯本身 方面,传统方法制备的石墨烯一致性差、与应用体系的界面相容性欠佳; 2. 从 石墨烯应用 方面,其作用是“可有可无”的,而不是“不可或缺”的。比如导电导热,存在众多的产品可以替代,而成本又缺乏优势,因此在应用上举步维艰。 如何打破困局:      几年来,本人携研发团队围绕当前石墨烯材料应用的两个瓶颈问题-- 分散性和一致性 , 从制备源头入手,独创了以 全新的原材料及制备工艺 量产石墨烯材料 的化学合成法,其成品功能化石墨烯具有易添加、高分散、低粘度、片层一致、去功能化后结构完整等特点 ; 同时,针对不同的应用体系,通过对石墨烯材料巧妙处理,结合化学键合、后还原等工艺紧密切入客户生产工艺过程,目前已经实现为客户提供高性能低成本的的石墨烯应用解决方案。   实践证明,通过 化学合成方法制备出的 功能化石墨烯 ,可以有效解决 低成本、规模化、制备单层石墨烯 的问题,且使石墨烯具备与各种介质良好的相容性。 目前,这款基础材料的发明专利已取得美国、欧盟、韩国、日本、中国的授权 。高通科技也成为了国内唯一 一家在石墨烯基础材料方面获得国际专利授权的企业。 区分“石墨烯 ” 和“功能化石墨烯”: ▲ 石墨烯之名: 单层或少层(10层以下)石墨统称为“石墨烯” , 其特点: 韧性及强度兼备的二维材料 电、热、力学性能极强 比表面积大 ▲ 高通科技之功能化石墨烯, 是在石墨烯上负载了丰富的功能化基团。 其特点: 具有石墨烯的基本特性 超高分散于不同溶剂,无沉降 与应用体系相容性高 解决了石墨烯应用难点(分散性)   全新原材料和工艺制备的功能化石墨烯   由石墨制备的功能化石墨烯   全新功能化石墨烯应用优势 : 高分散性、高稳定性 (视频展示 见下表 ,若无法显示,请下载附件观看) 水中高分散 附件: 水中高分散.mp4 油中高分散 附件: 油中高分散.mp4 二甲苯中高分散 附件: 二甲苯中高分散.mp4 粉体低软化点 附件: 粉体低软化点.mp4
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金桔树
pingguo 2019-6-22 09:42
金桔树开花的时候, 密密麻麻开满枝头, 这是它带给我的第一次惊喜。 每一朵花, 像是复制出来, 大小与角度各有不同。 五片白色的花瓣, 精致无比, 黄色的花蕊就更加精致了。 神用了精细的柔笔。 当你嗅到它的芬芳, 慢慢熟悉起来, 精致一词仿佛有了确切的含义。 等到后来, 在它开出花朵的位置, 挂出一粒粒小巧金黄的果实: 颜色是渐变的, 触觉与味觉充满了弹性。 我的惊喜不在于它的有用之处, 更在于, 花朵与果实的一致性—— 我指的是美, 以及事物的某个秘密。 2019-06-15
个人分类: 诗歌|1933 次阅读|0 个评论
并行一致性:网络通讯与节点滤波计算同步进行!
JRoy 2018-12-25 13:11
“一致性”研究如火如荼十余载,源起分布式复杂网络控制,后发展至滤波和跟踪。 现有所有的分布式滤波基本都是“滤波-融合-再滤波-再融合”这种“你方唱罢我登台,轮番上阵”的串行方式,或者说“鸡生蛋,蛋孵鸡”这种相互依赖迭代模式。 下文 提出了 一种 “一边滤波一边融合”并行模式(即网络通讯与节点滤波计算同步进行) ,大家可能会问:没有鸡(滤波)怎么来的蛋(融合)?没有蛋(融合)又怎么来的鸡(滤波)?这就是我们Engineer们需要发挥聪明才智的时候了。。。请看下文(借助了简单而强大的Importance Sampling方法): 网络通讯与节点滤波计算同步进行的优势自不必说, 甚至有些场景下是唯一选择 !比如局部节点的滤波计算占据了整个传感器扫描周期,根本没有剩余时间去搞通讯和信息融合 ---- 而这将伴随着传感器扫描周期越来越快变得普遍。。即使有些剩余时间,因为平行通讯可以完成更多周期的信息交换,传播更远,网络收益更大。。 A Distributed Particle-PHD Filter with Arithmetic-Average PHD Fusion Tiancheng Li , Franz Hlawatsch (Submitted on 17 Dec 2017 ( v1 ), last revised 20 Dec 2018 (this version, v2)) We propose a particle-based distributed PHD filter for tracking an unknown, time-varying number of targets. To reduce communication, the local PHD filters at neighboring sensors communicate Gaussian mixture (GM) parameters. In contrast to most existing distributed PHD filters, our filter employs an `arithmetic average' fusion. For particles--GM conversion, we use a method that avoids particle clustering and enables a significance-based pruning of the GM components. For GM--particles conversion, we develop an importance sampling based method that enables a parallelization of filtering and dissemination/fusion operations . The proposed distributed particle-PHD filter is able to integrate GM-based local PHD filters. Simulations demonstrate the excellent performance and small communication and computation requirements of our filter. Comments: 13 pages, codes available upon e-mail request Subjects: Systems and Control (cs.SY) ; Distributed, Parallel, and Cluster Computing (cs.DC) Cite as: arXiv:1712.06128 (or arXiv:1712.06128v2 for this version)
个人分类: 科研笔记|1760 次阅读|1 个评论
基于受限测距传感网的分布式多目标跟踪
JRoy 2018-12-14 16:54
Local-Diffusion-based Distributed SMC-PHD Filtering Using Sensors with Limited Sensing Range Tiancheng Li ; Víctor Elvira ; Hongqi Fan ; Juan M. Corchado IEEE Sensors Journal Abstract: We investigate the problem of distributed multitarget tracking by using a set of spatially dispersed, collaborative sensors with limited sensing range (LSR), where each sensor runs a sequential Monte Carlo-probability hypothesis density filter and exchanges relevant posterior information with its neighbors. The key challenge stems from the LSR of neighbor sensors whose fields of view (FoVs) are partially/non-overlapped and therefore they may observe different targets at the same time. With regard to the local common FoVs among neighbor sensors, the proposed distributed fusion scheme, called local diffusion, performs one iteration of neighbor communication per filtering step in either of two means. One is given by immediate particle exchange, in which a reject-control operation is devised to reduce the number of communicating particles. The other is done by converting the particle distribution to Gaussian functions for parametric information exchange and fusion. The performance of both approaches has been experimentally investigated via simulation for different LSR situations and compared with cutting-edge approaches. T. Li, V. Elvira, H. Fan and J. M. Corchado, Local-Diffusion-Based Distributed SMC-PHD Filtering Using Sensors With Limited Sensing Range, in IEEE Sensors Journal , vol. 19, no. 4, pp. 1580-1589, 15 Feb.15, 2019. doi: 10.1109/JSEN.2018.2882084 @ARTICLE{Li2019local, author={T. Li and V. Elvira and H. Fan and J. M. Corchado}, journal={IEEE Sensors Journal}, title={Local-Diffusion-Based Distributed \\cal{SMC-PHD} Filtering Using Sensors With Limited Sensing Range}, year={2019}, volume={19}, number={4}, pages={1580-1589}, doi={10.1109/JSEN.2018.2882084}, ISSN={1530-437X}, month={Feb.},}
个人分类: 科研笔记|3421 次阅读|0 个评论
分布式网络信息共享:Many Could Be Better Than All
热度 2 JRoy 2017-12-20 00:05
( 复杂 ) 网络涉及到一个基础的信息分享问题,即网络节点之间通过信息分享与融合,最终达成“一致” /Consensus ,及网络一致性。特别是相比于基于含有一个网络中间节点的中心式 /Centralized 网络,分布式网络中只通过节点与节点连接(相互称为邻居节点)进行通信,而没有中心节点,所以网络结构更为稳定(不会因为某一节点的破坏等而造成网络瘫痪),易于扩展(网络节点的性质一致,所以任何节点都可以再增加邻居节点)等,也实际上是很多物理网络(如监控传感网、社交网络等)的本质特征。 然而,在多目标跟踪多传感器信息融合里面却存在一个有趣的发现:传感器邻居节点相互之间分享的信息并不一定越多对于大家越有利,这里的“利”特指提高传感器节点估计的精度。这一点初感违背我们的直觉,因为一般的来讲:信息越多(应该)越有利。 那么为什么呐? 物理传感器往往都遭受两类问题:一类是漏检,一类是虚警。前者是传感器没能获得目标的观测数据所造成,即 missingdata 问题。而后者是传感器遭遇干扰,获得观测数据不属于任何目标,是假信号,即 falsedata 问题。如此情况下,信息的分享就不见得越多越好,因为有些信号可能是 falsedata 相关,其对于邻居节点没有益处,反而可能造成误导。 这一现象可称之为: Many Could Be Better Than All ,或者 Less-is-More 。实际这一现象并不罕见,如在认知科学/cognitive science (Gigerenzer, G., Brighton, H., 2009. Homo heuristicus: Why biased minds make better inferences. Topics in Cognitive Science, 1(1):107–143.) 和神经网络/neural networks( Zhi-Hua Zhou, Jianxin Wu, Wei Tang, Ensembling neural networks: Many could be better than all, In Artificial Intelligence, Vol. 137, Issues 1–2, 2002, Pages 239-263。 ) 因此适当的控制信息分享量(更宽泛的是,只分享有利的信息,而尽量减少误导性或者干扰性的信息),不但显然有利于降低通讯开支(这一点在现实中往往很重要,甚至是网络的重要限制。特别是分布式传感器网络往往都是 low-powered/ 低耗的传感器构成,以减少通讯和造价开支等) , 反而还可能更利于获得更高估计精度。 如下两篇论文分别基于高斯混合 /Gaussian Mixtures 和 序贯蒙特卡洛 /Sequential Monte Carlo( 也称粒子滤波 ) 实现 PHD 滤波进行多目标探测估计揭示这一发现,提出了“部分一致性” Partial Consensus 的概念。同时在随机集 PHD 一致性信息融合方式上给出了一些探索性思考,特别明确和比较了(简单却被忽视的)算术平均 ArithmeticAverage 和(当前主流)几何平均 GeometricAverage 的区别和相比优势,提出了实时一致性 RealTime Consensus (即网络通信在理论上不对滤波器造成延迟,两者在一定程度上可以实现并行进行)的概念。 T. Li, J.M. Corchado and S. Sun, Partial Consensus and Conservative Fusion of Gaussian Mixtures for Distributed PHD Fusion, IEEE Trans. Aeros. Electr. Syst., 2018, DOI: 10.1109/TAES.2018.2882960. 连接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8543158 Partial Consensus and Conservative Fusion of Gaussian Mixtures for Distributed PHD Fusion Tiancheng Li , Juan M Corchado , Shudong Sun Link : arXiv:1711.10783 We propose a novel consensus notion, called partialconsensus, for distributed GM-PHD (Gaussian mixture probabilityhypothesis density) fusion based on a peer-to-peer (P2P) sensor network, inwhich only highly-weighted posterior Gaussian components (GCs) are disseminatedin the P2P communication for fusion while the insignificant GCs are notinvolved. The partial consensus does not only enjoy high efficiency in both network communication and local fusion computation but also significantly reduces the effect of potential false data (clutter) to the filter, leading to increased signal-to-noise ratio at local sensors. Two conservative mixture reduction schemes are advocated for fusing the shared GCs in a fully distributed manner. One is given by pairwise averaging GCs between sensorsbased on Hungarian assignment and the other is merging close GCs based a new GMmerging scheme. The proposed approaches have a close connection to theconservative fusion approaches known as covariance union and arithmetic meandensity. In parallel, average consensus is sought on the cardinalitydistribution (namely the GM weight sum) among sensors. Simulations for tracking either a single target or multiple targets that simultaneously appear are presented based on a sensor network where each sensor operates a GM-PHD filter, in order to compare our approaches with the benchmark generalized covariance intersection approach. The results demonstrate that the partial, arithmeticaverage, consensus outperforms the complete, geometric average, consensus. 上文正式发表在 : IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems DOI: 10.1109/TAES.2018.2882960 Distributed SMC-PHD Fusion for Partial, Arithmetic Average Consensus Tiancheng Li Link : arXiv:1712.06128 We propose an average consensus approach for distributed SMC-PHD(sequential Monte Carlo-probability hypothesis density) fusion, in which local filters extract Gaussian mixtures (GMs) from their respective particle posteriors, share them (iteratively) with their neighbors and finally use the disseminated GM to update the particle weight. There are two distinguishable features of our approach compared to existing approaches. First, a computationally efficient particles-to-GM (P2GM) conversion scheme is developed based on the unique structure of the SMC-PHD updater in which the particle weight can be exactly decomposed with regard to the measurements and misdetection. Only significant components of higher weight are utilized for parameterization. The consensus, conditioned on partial information dissemination over the network, is called partial consensus.Second, importance sampling (IS) is employed to re-weight the local particles for integrating the received GM information, while the states of the particles remain unchanged. By this, the local prior PHD and likelihood calculation can be carried out in parallel to the dissemination \\ fusion procedure. To assess the effectiveness of the proposed P2GM parameterization approach and IS approach, two relevant yet new distributed SMC-PHD fusion protocols are introduced for comparison. One uses the same P2GM conversion and GMdissemination schemes as our approach but local particles are regenerated from the disseminated GMs at each filtering iteration - in place of the IS approach. This performs similar to our IS approach (as expected) but prevents any parallelization as addressed above. The other is disseminating the particles between neighbors - in place of the P2GM conversion. This avoids parameterization but is communicatively costly. The state-of-the-art exponential mixture density approach is also realized for comparison.
个人分类: 科研笔记|3339 次阅读|4 个评论
分布式网络信息共享Flooding的收敛性和分布式Bayes滤波应用
JRoy 2017-1-20 20:27
越是基础的东西越是重要,越是简单明了的东西有时候更实用 - 虽然不那么学术,玩起来不够酷不够炫。 Flooding信息分享就是这么一个技术!学术上被忽略了。非常有趣的“定义 - 定理 - 证明”科学官科八股文。 另外,Flooding这个词怎么翻译为中文合适呐? Convergence of Distributed Flooding and Its Application for Distributed Bayesian Filtering Abstract: Distributed flooding is a fundamental information sharing method to obtaining network consensus via peer-to-peer communication. However, a unified consensus-oriented formulation of the algorithm and its convergence performance are not explicitly available in the literature. To fill this void in this paper, set-theoretic flooding rules are defined by encapsulating the information of interest in finite sets (one set per node), namely distributed set-theoretic information flooding (DSIF). This leads to a new type of consensus called collecting consensus which aims to ensure that all nodes get the same information. Convergence and optimality analyses are provided based on a consistent measure of the degree of consensus (DoC) of the network. Compared with the prevailing averaging consensus, the proposed DSIF protocol benefits from avoiding repeated use of any information and offering the highest converging efficiency for network consensus while being exposed to increasing node-storage requirements against communication iterations and higher communication load. The protocol has been advocated for distributed nonlinear Bayesian filtering, where each node operates a separate particle filter, and the collecting consensus is sought on the sensor data alone or jointly with intermediate local estimates. Simulations are provided to demonstrate the theoretical findings.
个人分类: 科研笔记|9107 次阅读|0 个评论
几个大学排行榜一致性分析——以对中国内地高校的排名数据为依据
热度 1 coffer 2016-11-8 21:51
几个大学排行榜的一致性分析 —— 以对中国内地高校的排名数据为依据 ( 2016 年 11 月 1 日) 在国内,相对共识度比较高的大学排名有四个,分别为英国的 QS 、 THE ,美国的 USNEWS, 中国的 ARWU 。四个排名体系因指标差异、权重差异、源数据差异和排名方法差异,导致高校在不同排行榜中的名次有所差异。 而且,由于 THE 排名仅对向其提供数据的高校进行排名,因此国内不少发展状态良好的高校在其排行榜中未能有所体现。 一、四个排行榜的榜单发布规则 从四个排行榜的最新排行发布可以看出: 1. QS 排名发布了全球 900 多所高校的排名信息,其中 400 名前的高校以绝对名次呈现, 401-500 名之间的高校以 10 名作为一个区间呈现(如: 401-410 ), 501-700 名之间的高校以 50 名作为一个区间呈现(如: 501-550 ), 701 名以后的高校以 701+ 的方式呈现。 2. THE 仅对向其提供数据,主动要求排名的高校进行排名。排名结果发布了全球 900 多所高校的排名信息,其中 200 名以前的高校以绝对名次呈现, 201-400 名之间的高校以 50 名作为一个区间呈现(如: 201-250 ), 401-600 名之间的高校以 100 名作为一个区间呈现(如: 401-500 ), 601-800 名之间的高校为一个区间(如: 601-800 ), 800 名以后的高以 801+ 的方式呈现。 3. USNEWS 排名发布了全球 1000 名以前的高校,均以绝对名次的方式呈现。 4. ARWU 排名发布了全球前 500 名的高校,其中 100 名前的高校以绝对名次呈现, 101-200 名之间的高校以 50 名作为一个区间呈现(如: 101-150 ), 201-500 名之间的高校以 100 名作为一个区间呈现(如: 201-300 )。 二、内地高校在四个排行榜中的最新排名 学校名称 QS THE USNEWS ARWU 北京大学 39 29 53 71 清华大学 24 35 57 58 复旦大学 43 155 121 101-150 中国科学技术大学 104 153 136 101-150 浙江大学 110 201-250 138 101-150 上海交通大学 61 201-250 138 101-150 南京大学 115 201-250 187 201-300 中山大学 297 401-500 225 151-200 北京师范大学 257 未提供数据 286 201-300 华中科技大学 441-450 401-500 295 201-300 哈尔滨工业大学 278 501-600 303 151-200 厦门大学 451-460 401-500 306 201-300 南开大学 315 未提供数据 319 301-400 武汉大学 275 401-500 324 301-400 同济大学 315 501-600 337 301-400 西安交通大学 318 501-600 346 151-200 山东大学 501-550 未提供数据 364 301-400 东南大学 501-550 501-600 364 201-300 华南理工大学 551-600 601-800 394 201-300 大连理工大学 481-490 601-800 405 301-400 中国农业大学 - 501-600 423 301-400 吉林大学 491-500 601-800 425 201-300 华东师范大学 551-600 501-600 444 - 北京航空航天大学 431-440 未提供数据 459 301-400 中南大学 - 801+ 477 301-400 华中师范大学 - - 480 - 北京理工大学 389 601-800 485 - 兰州大学 551-600 未提供数据 486 301-400 天津大学 481-490 501-600 494 301-400 四川大学 551-600 601-800 498 201-300 上海大学 451-460 801+ 505 - 苏州大学 - 501-600 505 201-300 华东理工大学 - 501-600 530 301-400 湖南大学 - 601-800 535 401-500 中国人民大学 - 401-500 543 - 电子科技大学 - 801+ 584 301-400 武汉理工大学 - 801+ 606 401-500 北京科技大学 551-600 601-800 652 - 东华大学 - 未提供数据? 652 401-500 北京交通大学 701+ 未提供数据? 660 - 南京农业大学 - 601-800 666 - 福州大学 - 未提供数据? 675 - 重庆大学 - 801+ 676 - 东北大学 - 601-800 687 - 中国海洋大学 - 801+ 700 401-500 江南大学 - 未提供数据? 706 - 西南大学 - 未提供数据? 706 - 首都医科大学 - 601-800 724 401-500 中国地质大学(武汉) - 601-800 735 - 南京航空航天大学 - 未提供数据? 735 - 西北大学 - 未提供数据? 735 - 北京化工大学 - 未提供数据? 740 401-500 华中农业大学 - 未提供数据? 745 - 合肥工业大学 - 未提供数据? 781 - 第四军医大学 - 未提供数据? 783 - 西北工业大学 - 601-800 803 - 北京林业大学 - 未提供数据? 807 - 华北电力大学 - 未提供数据? 816 - 南京理工大学 - 未提供数据? 826 401-500 北京邮电大学 - 未提供数据? 845 - 南京医科大学 - 601-800 847 401-500 国防科学技术大学 - 未提供数据? 847 - 东北师范大学 - 601-800 850 401-500 西安电子科技大学 - 801+ 856 - 南京师范大学 - 601-800 862 - 北京工业大学 651-700 未提供数据? 869 - 哈尔滨工程大学 - 未提供数据? 871 - 上海师范大学 - 未提供数据? 871 - 郑州大学 - 未提供数据? 875 - 西南交通大学 - 801+ 880 - 华南师范大学 - 未提供数据? 880 - 西北农林科技大学 - 未提供数据? 880 - 河海大学 - 未提供数据? 896 - 天津医科大学 - 未提供数据? 925 - 中国医科大学 - 未提供数据? 938 - 湘潭大学 - 801+ 943 - 南京工业大学 - 801+ 944 - 暨南大学 - 801+ 948 - 青岛大学 - 未提供数据? 948 - 华南农业大学 - 未提供数据? 962 - 第三军医大学 - 未提供数据? 967 - 第二军医大学 - 未提供数据? 969 - 山西大学 - 未提供数据? 972 - 江苏大学 - 801+ 977 - 深圳大学 - 未提供数据? 977 - 重庆医科大学 - 未提供数据? 982 - 中国矿业大学 - 801+ 985 - 北京协和医学院 - 未提供数据? - 401-500 中国石油大学 - 601-800 - - 汕头大学 - 601-800 - - 陕西师范大学 - 801+ - - 三、排名数据处理 为便于对四个排行榜排名的一致性情况进行计算分析,对排名数据做如下处理: 1. 如高校排名为区间排名,则取区间的中位数作为该高校的估算排名(如 401-500 ,则取值 450 作为其估算排名)。 2. 如涉及 701+ 等排名,因难以估计其可能的排名状况,所以对此类数据不参与计算。 四、一致性分析 (一)分析方法 1. 计算各高校入榜排名的平均名次 2. 计算各榜单相对于平均名次榜单的一致性 C : ( 1 ) n 表示该大学排名中入榜的高校数量 ( 2 ) R 表示在大学排名榜单中某个高校的名次 ( 3 ) 表示该高校针对四个大学排名的平均名次 (二)分析结果 根据以上算法分别计算 QS 、 THE 、 USNEWS 、 ARWU 四个排名体系中国内地高校排名与平均排名的一致性。 QS THE USNEWS ARWU 相对平均排名的一致性 C * 66.86 114.73 54.85 127.35 ( * 数值越小,一致性程度越高) 从以上结果可以看出, USNEWS 、 QS 的排名结果与四榜平均排名的一致性相对较高。 (三)成因探讨 1. 几个榜单的指标体系和关注重点差异,导致排名差异。 2. ARWU 、 THE 发布的绝对排名较少,区间排名较多,将区间排名转换为估算排名后对排名结果产生了影响。 3. THE 仅对提供数据,主动参与排名的高校进行排名,忽略了因未提供数据但发展状况良好的高校,造成了一定的排名偏差。 4. ARWU 仅发布全球前 500 名榜单,计算一致性时样本数据相对较少,造成一致性偏高。 吴云峰、徐晓锐、杨志鹏
9247 次阅读|1 个评论
内地高校在几个排行榜中的排名一致性分析
热度 11 coffer 2016-11-1 13:55
内地高校在几个排行榜中的排名一致性分析 (2016年10月30日) 大学排名虽然不能完全客观准确的反映高校的实力和表现,但由于其能方便大众直观判断大学的发展水平,因此备受社会关注。在国内,大家关注度相对较高的国际大学排名主要有QS、THE、USNEWS和ARWU四个。QS和THE来自英国,USNEWS来自美国,ARWU来自中国。 由于四个排名体系的指标、指标权重、源数据和排名方法的差异,导致高校在四个排名体系中的位次并不一致。不同的高校在不同的排行榜中有不同的表现,笔者依据上述四个排名最新公布的世界排名信息,通过计算各高校 在四个排名体系中位次的标准差 ,对中国内地高校的排名一致性做一个简单分析。 从四个排行榜发布的高校排名信息看,我国内地共有91个高校进入榜单,排行榜对高校的排名信息通过三种方式呈现,分别是绝对名次(如:20名),区间名次(如:401-500)和排名后名次(如:801+)。 为便于对高校在四个排行榜中的名次进行一致性计算,设定计算规则如下: 1. 取中位数作为区间名次的估算名次(如401-500,则取值450作为其估算名次)。 2. 由于排名后名次难以估算其实际名次,因此不对排名后名次进行计算。 3. 有名次的榜单参与平均排名计算,未上榜的不参与平均排名计算。 4. 计算各高校在四个排行榜中所有上榜名次的标准差作为衡量一致性的标准。 (数值越小,表示一致性越高) 根据以上规则,同时进入4个榜单的高校共有20所,同时进入3个榜单的高校共有15所,同时进入2个榜单的高校共有15所,只进入一个榜单的高校有40所。 由于上榜个数的差异影响一致性结果,本文将对不同上榜个数的高校分别呈现。(表中的区间排名数据已替换为估算名次) 一、同时进入4个排行榜高校的排名一致性分析 学校名称 QS 排名 THE 排名 USNEWS 排名 ARWU 排名 平均 排名 排名 标准差 清华大学 24 35 57 58 44 14.5 北京大学 39 29 53 71 48 15.8 中国科学技术大学 104 153 136 125 130 17.8 复旦大学 43 155 121 125 111 41.4 浙江大学 110 225 138 125 150 44.7 南京大学 115 225 187 250 194 51.0 上海交通大学 61 225 138 125 137 58.4 武汉大学 275 450 324 350 350 63.8 天津大学 485 550 494 350 470 73.5 华中科技大学 445 450 295 250 360 89.0 厦门大学 455 450 306 250 365 89.5 同济大学 315 550 337 350 388 94.4 中山大学 297 450 225 175 287 103.8 东南大学 525 550 364 250 422 122.4 大连理工大学 485 700 405 350 485 133.1 西安交通大学 318 550 346 175 347 133.8 哈尔滨工业大学 278 550 303 175 327 137.7 吉林大学 495 700 425 250 468 161.2 四川大学 575 700 498 250 506 164.3 华南理工大学 575 700 394 250 480 171.6 l 平均排名与排名标准差折线图 二、同时进入3个排行榜高校的排名一致性分析 由于THE只针对提交数据且主动要求参加的高校进行排名,因此有部分发展状况良好高校未在THE排名中有所体现,出现了仅在QS、USNEWS、AQWU三榜出现名次的现象。 学校名称 QS 排名 THE 排名 USNEWS 排名 ARWU 排名 平均 排名 排名 标准差 北京师范大学 257 - 286 250 264 15.6 南开大学 315 - 319 350 328 15.6 北京航空航天大学 435 - 459 350 415 46.8 北京科技大学 575 700 652 - 642 51.5 华东师范大学 575 550 444 - 523 56.8 山东大学 525 - 364 350 413 79.4 中国农业大学 - 550 423 350 441 82.6 华东理工大学 - 550 530 350 477 89.9 兰州大学 575 - 486 350 470 92.5 湖南大学 - 700 535 450 562 103.8 首都医科大学 - 700 724 450 625 123.9 北京理工大学 389 700 485 - 525 130.0 苏州大学 - 550 505 250 435 132.1 南京医科大学 - 700 847 450 666 163.9 东北师范大学 - 700 850 450 667 165.0 l 平均排名与排名标准差折线图 从平均排名与排名标准差之间的关系进行初略判断:排名高低与排名的一致性之间具有一定的相关性。相对来说,排名较高的大学在不同排行榜中的排名表现相对稳定,一致性较高。 吴云峰,张丽,李佳
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多智能体系统的非一致性群稳定条件
dawndream 2015-2-15 11:29
对于动态多智能体系统(multi-agent system)来说,一致性(consensus)属于一种稳定性类型,可类比于李雅普诺夫渐近稳定性。 而多智能体系统的稳定性实质在于群集。群集概括了编队、包含、多群一致性等等各种应用情景。而一致性仅为群集的一种特殊情形。 我们分析了一般高阶线性系统的群稳定性(swarm stability),给出了充要判据条件。 此项工作的主要意义如下: 1. 论证清楚了群稳定性和李雅普诺夫运动稳定性的区别和联系。当个体稳定时,二者是没有区别的! 2. 给出了一般高阶线性系统的群稳定性判据 充分必要条件 。此结果涵盖了通行的一致性条件,且不依赖于任何前提假设。 3. 将研究的视角从一致性问题跳出来,为迈向非一致性(non-consensus)问题走出了第一步。 相关论文于2011年发表在IET CTA, __swarm stability.pdf ,ResearchGate我的个人主页也有全文。 https://www.researchgate.net/publication/224225605_Brief_paper_swarm_stability_of_high-order_linear_time-invariant_swarm_systems?ev=prf_pub 截至2014年底,Google Scholar统计引用56次,其中ISI确认30次。 本文发表后,国内外又有一些团队沿袭我们的思路,在群稳定性问题方面展开深化拓展,做出了一些很好的成果。大致包括: 1. 伊朗Soorki教授团队 (分数阶系统) 2. 二炮工程大学席建祥教授团队 (广义系统) 3. 哈军工付明玉教授团队 (广义系统) 继2012年我主持的面上项目立项以后,我自己的团队也在这方面又做了一些后续工作,发表了一系列论文。 如2014年发表在AJSE的论文, AJSE swarm stability.pdf 该论文定义了二元的相对李雅普诺夫函数,并基于相对李雅普诺夫函数探讨了非线性系统的群稳定性。这篇论文的主要出发点是将李雅普诺夫第二方法拓展到多体系统中。此论文受到较高的关注,2014年3月正式刊登,到2015年5月,已有8次SCI他引。 2015年发表在IET CTA的论文则系统探讨了一类广义系统的群稳定性,给出了充分必要条件: IETCTA2015.pdf
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关于法语复合过去时谓语与直接宾语的一致性
rongrongwang 2014-5-23 19:24
Il y a souvent des pb dans la langue francaise quand onutilise le verbe avoir pour les formes composé (ici avoir envoyer ). Ça ne s'accorde pas avec le sujet (il a envoyé mais aussi elle a envoyé - et pas elle a envoyée), par contre ça s'accorde avec l'objet. Donc ici je te les ai envoyé s Mais c'est vraiment du détail et c'est la faute de francais la plus présente chez tout le monde.
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人类的思维习惯及三进制的思维方式
热度 3 liuchao666 2012-4-24 12:53
人类的思维习惯及三 进 制的思 维 方式 ——从计算机的思维到人类的思考之三 在社会生活及人类的语言习惯中,并没有所谓的公理模型,人类所关注的重点是:前后一致,言行一致,表里如一……即使可能真的是罪犯,只要他能自圆其说,滴水不漏,我们也只能选择相信。 一致性(而不是求真性),这才是人类的思维方式。 一致,就是不自相矛盾—— 楚人有鬻盾与矛者,誉之曰:“吾盾之坚,物莫能陷也。”又誉其矛曰:“吾矛之利,於物无不陷也。” 或曰:“以子之矛,陷子之盾,何如?” 其人弗能应也。 自相矛盾的故事大家都能理解,可是,这种矛盾背后的判断根据是什么——为什么它是矛盾的呢? 从数学上看,那个卖盾与矛的楚人说: 这个盾 所有的矛; 这个矛 所有的盾; 因此,从数学上看,它不满足大于运算的传递性。 然而,问题在于, 是不是所有的逻辑问题,都可以利用这种大于的传递性来判断呢? 答案居然是肯定的。 一切推理问题都可以转换为数学上的大于运算符的传递性——这个观点最早大概由是由古希腊的斯多亚学派提出,斯多亚学派说,所有的亚氏三段论都有如下形式,“ 2 大于 1 , 3 大于 2 ,结论: 3 大于 1 ” ( 据说亚历山大曾试图驳斥它,但是没有提出令人信服的反面论证 ) 。 确切地说,一切逻辑推理都满足一种数学上偏序性,因此,如果一系列命题之间包含矛盾,那么一定能够找到一个违反传递性的实例。 系列二指出,一切命题自身的真假都是不能确定的。与之对应,本文表明: 命题自身的真假本身是无所谓的,我们所关注的仅仅是命题之间的一致性或相容性。 可是,命题又是什么呢? 如系列一所述,在人类的语言系统中,名词具有主导作用,可以说,语言就是围绕 名词在运转的(或者说,“句法就是词法”的同时,句法也就是词法)。 因此,简单地说: 命题就是名词之间关系的判断。 可是,名词之间的关系又是如何体现的呢? ——属性。 名词之所以是名词,就是因为他具有一定语义指代,而这种语义,正是通过属性来表示的。 名词的属性有两种,一种是可以观测的,另一种是不可以观测的,遗憾的是,人类语言系统中大部分属性问题都是不可观测的。不过,属性是否可以观测并不会影响人类的交流。 比如说,尽管我们无法确切给出猫或动物的定义,但是我们可以说“所有的猫都是动物”,因为我们假定存在着猫或动物的判断标准 ( 或者说,有着猫和动物各自的本质属性规定 ) ,根据这种本质属性,猫或者动物的认定是没有疑问的。 把名词和属性放在同一张表中,如下: 猫的本质属性 动物的本质属性 红色 猫 1 1 ? 动物 ? 1 ? 在上表中存在三个问号, 从外延上说,一个猫是什么颜色一定是确定的,一个动物是不是猫也一定确定的。这就是说,对于外延逻辑而言,计算机使用 0 或 1 表示所有的属性问题是没有问题的。 可是,在人类的语言交流中,动物或者猫,大部分情况下都是一个内涵概念,也就是说,我们只关心有一种动物是猫,可以抓耗子,至于它是什么颜色,没有人关心。类似的问题同样在动物这个概念上出现。 这就是说,除了 0 和 1 之外,我们需要一个第三值——可能值。 可能有, 可能没有, 有或者没有,都无所谓。 如果我们使用 * 表示可能性,那么( 0 , 1 , * )就构成了一个三值逻辑系统的基本符号。 有人关心是否还可以扩充为四值,五值……或多值,其实,三值体现的是一种思维方式,而所谓的多值,则只是一种计数方式。或者说,三值逻辑已经完全表示了所有的情况——有,没有,无所谓——既有又没有,生活中是把它当作矛盾处理的。 一致性思维 + 三进制思维,这就是一般人类的正常思维方式。 在后面的系列中,即将展示,利用三进制,如何可以完成人们社会生活中几乎所有的常用推理。
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IPCC说了什么?(十一)海洋变化与全球变暖
songshuhui 2010-12-21 20:31
橡树村 发表于 2010-12-19 10:28 讲气候变化,海平面上升是很吸引眼球的新闻。其实大海并不是一个平面,海洋不同地方的海平面高度并不都是相同的,不同的大洋之间的海洋高度能相差不少。人 类关心的,观测到的,实际上是沿岸的海平面。影响沿岸海平面变化的因素非常多,比如潮汐、天气,比如气候变化,还有陆地本身的上升、下降等等,当然不同的 因素有不同的时间尺度。 人类对沿岸海平面变化的观测很早,当然早期资料的代表性普遍不足。地中海的的资料比较好一些,观测到从公元1世纪到1900年的漫长时间里面,地中海的海 平面变化幅度没有超过正负25厘米,或者说基本上是稳定的;这期间地中海的海平面升降的变化速率,基本上都在每年0到2毫米之间。进入近代以后,19世纪 后半期,世界各大洋面都有了观潮仪,这样就有了对所有大洋洋面高度的监测数据。这些历史数据里面能发现明显的海平面加速上升的趋势,但是数据还不足以作定 量分析。全面系统的观潮仪的数据记录是从1961年开始的,观察到1961年到2003年间,全球海平面上升的平均速度是每年1.8+-0.5毫米,这期 间海平面并不是一个单纯的升高,而是有的年头升高,有的年头降低。更加全面的海平面数据是从1993年卫星进行测量开始的,理论上卫星观测可以得到最直接 的海平面观测数据。卫星观测到1993年到2003年间,全球海平面上升速度是每年3.1+-0.7毫米,速度明显比此前加快。但是这个加快仅仅是短期变 化,还是有长期趋势,目前还不好下结论。从观潮仪的记录来看,1993年到2003年的海平面上升速度在1950年代以后就曾经发生过,并不具有唯一性。 三个不同方法重建/观测的海平面数据:红色为从1870年开始的部分观潮仪数据; 蓝色为1961年开始的全面观潮仪数据;黑色为1993年开始的卫星数据 和很多气候问题一样,尽管全球海平面呈现了整体的升高趋势,但是各个大洋的海平面变化各有不同。观察到从1992年以来,最大的海平面上升发生在太平洋西 部和印度洋东部,整个大西洋的海平面除了北大西洋部分地区外基本上在上升,但是在太平洋东部部分地区和印度洋西部,海平面实际上在下降。有兴趣的可以关注 一下几个嚷嚷得很厉害的小岛国的位置,看看对他们来讲,问题究竟是不是真的存在,是不是真得很迫切。不同的岛国,情况还是很不同的。 a) 1993-2003年卫星观测到的不同海域的海平面线性变化趋势 b) 1993-2003年不同海域因为热膨胀导致的海平面变化线性趋势 有两个主要因素导致海平面变化,一个是陆地上冰川的消融导致海洋的总水量变化,另一个则是海洋自身的热胀冷缩导致海洋的体积发生变化。按照目前的分析水 平,从1961年到2003年,陆地冰川消融导致了海平面上升速度是每年0.7+-0.5毫米,在1993年到2003年间,导致的海平面上升是每年 1.2+-0.4毫米,都不到观察到的海平面实际上升数值的一半。热膨胀呢?目前计算得到的结果,是1961年到2003年间,因为热膨胀导致的海平面上 升是每年0.42+-0.12毫米,从1993年到2003年,是每年1.6+-0.5毫米。陆冰消融与海水热膨胀两个因素加在一起,这两个不同时间尺度 的海平面上升分别是每年1.1+-0.5毫米与每年2.8+-0.7毫米。后者可以说与实际观测的每年3.1+-0.7毫米已经基本上吻合,算是AR4期 间这个领域的一个重大研究成果,但是前者与观测到的每年1.8+-0.5毫米还有差距。1993年以后的分析数据与观测数据基本吻合,说明人们在相关问题 的观测水平和分析水平方面已经比较可靠,认识基本充分;对于1993年以前的数据,由于相关测量数据仍然较少,观测不够全面而导致很多区域的数据缺失,可 能是导致分析误差的重要原因。 a) 1955-2003年观潮仪记录到的不同海域的海平面线性变化趋势 b) 1955-2003年不同海域因为热膨胀导致的海平面变化线性趋势 讲到海水的热膨胀,就需要讲海水的温度分布。已经观测到了从1955年以来,海水整体上在升温。不仅仅是前面讲过的0到5米深度的表层海水在升温,实际上 整个海水都在升温。由于海洋的热容量要比大气大出差不多1000倍,所以海洋对热量的吸收能力远远超过地表上的其他因素。实际上由于海洋内能在地表内能里 面所占的比例太大,对海洋内能的观测,几乎就是对全球气候系统内能的观测。下图就是子系统的内能变化估计,蓝色是1961到2003年期间的变化,紫色是 1993到2003年间的变化,可以对各个不同子系统在全球气候系统内能中所占的比例有个直观认识。 不同地表系统在1961-2003(蓝色)和1993-2003(紫色)期间的内能变化情况 从上到下分别为海洋、陆地冰川和冰盖、格陵兰冰原、南极冰原、大陆、大气、北极海冰、总和 海洋内能的计算是根据大量的测量数据,通过计算方法对不同历史时期的海洋温度分布进行重建以后得到的。海洋的观测数据来源很广泛,但是不同的数据来源之间 数据质量有很大差别,这就给数据处理带来了很大的难度。人类对海洋的观测的覆盖面也有限,实际上有一些区域的覆盖面积明显不足。这两个主要原因都会对结果 产生不小影响。即使使用同样的数据,不同的研究者使用的构建方法不同,结果也有差别。下面图里面是三个不同研究的结果,应该说三者吻合得还说得过去。综合 一下,从1993年到2003年,0到700米海洋层的内能变化,是0.5+-0.18W/m2(该单位平均到整个地球表面,不仅是洋面),而从1961 年到2003年间,0到3000米海洋层已经吸收了14.1 X 10^22焦耳的能量,相当的平均加热速度是0.2W/m2,0到700米海洋层这期间吸收能量8 X 10^22焦耳,相当于平均升温0.1摄氏度,或者折合平均加热速度0.14+-0.04W/m2。这里面可以看出1993年到2003年期间的变暖速率 比1961年到2003年间的长期趋势要高,但是需要指出这并不是再说每年海洋温度都在升高,一些年份海洋也会冷却的,比如2004年和2005年与 2003年相比海洋都有冷却迹象。 0-700米深度海洋层的内能变化 不同颜色为不同研究者的结果 虽然全球海洋观察到了变暖的趋势,但是具体到局部地区,各地的情况都很不同。大西洋的变暖趋势最为明显,在北纬45度以南的海域,整个大西洋基本上在变 暖,由于北大西洋可以发生深翻转环流,所以观察到的大西洋洋盆变暖的深度也要比太平洋、印度洋要深。印度洋除了赤道附近基本上都在变暖。太平洋北部有明显 的冷却,在赤道附近,太平洋西部变暖,东部降温。 1955-2003年不同海洋区域0-700米海洋层内能线性变化 线间距为0.25W/m2,红色为增加,蓝色为减少 1955-2003年三大洋及平均不同纬度、深度温度变化线性趋势 红色为升温,蓝色为降温,细实线间距为每十年0.1摄氏度。粗实线为0 大量陆地冰川的融水进入海洋,不仅会提升海平面,还会改变海水的盐度。实际情况要更加复杂一些,不仅仅冰川融化会影响海水盐度,降水、蒸发、河流流量等等 都会影响海水盐度。全球海水的盐度变化数据还不够充分,不过已经可以给出主要大洋的盐度变化情况。能看出总的趋势是在淡化,但是还不足以进行令人满意的定 量分析。下图显示了1955到1998年间各大洋500米以内海水层的盐度变化情况。可以看出在大西洋南纬15度与北纬42度之间盐度在增加,再向北到北 纬72度,盐度在降低。再向北的数据可靠性不足,还不能下结论。其他两个大洋,太平洋盐度在降低,印度洋海水盐度在增加。由于融化的陆地冰川集中在高纬度 地区,所以高纬度地区的盐度降低应该与这些冰川消融有关系,但是这个现象更多的可能与这些地区降水量增加有关系。而盐度增高的地区,很多都是蒸发性高的地 区,这就与地球的水循环变化达成了一致。目前的大气中水分的模型中,水分从低纬度被输送到高纬度地区,从大西洋输送到太平洋,与这些地区盐度的变化相符 合。 1955-1998年三大洋及平均不同纬度深度盐度变化线性趋势 红色为增加,蓝色为减少,细实线间隔为每十年0.01psu。粗实线为0 温度盐度之外,海水还有很多指标在发生变化,特别是二氧化碳有关的变化。人类活动排放的二氧化碳有很大一部分被海洋吸收,这些多出来的二氧化碳就会对海水 造成一些影响。二氧化碳是弱酸,这样,海洋中增加的二氧化碳就可能导致pH值降低。有研究比较了1750年与1994年之间的数据,发现全球浅层海水pH 值平均下降了0.1,其中在热带和亚热带地区下降了0.06,在高纬度地区下降了0.12,与海洋从高纬度吸入二氧化碳,在低纬度呼出二氧化碳这样的机制 相符合。由于海水的pH值在7.9到8.3之间,pH值降低之后的海水仍然呈弱碱性。对海水pH值直接的观测也进行了20年,已经发现了速度为每十年 0.02个pH值的下降趋势。海洋的pH值是很重要的,酸化的海水会影响依赖海水中的碳酸钙的海洋生物比如贝壳和珊瑚的生长,会影响海底的沉积,海水表面 pH值的下降还可以导致海洋吸收二氧化碳的能力减弱。 三个不同测量系列的二氧化碳浓度(左)与pH值(右)的变化情况 蓝色:欧洲系列;绿色:夏威夷系列;红色:百慕大系列 1750-1994年不同区域海洋对人类排放的二氧化碳的吸收 到这里,已经介绍了目前已经观察到的各种大气、冰雪圈以及海洋等方面的变化,很多变量都得出了变化趋势,一些可以得出来变化速率等等。那么这些通过不同的 测量手段和工具所得到的不同的气候现象的变化,之间是否有关系呢?在这些变化里面,是否有什么更加普遍规律呢?这些变化之间,按照我们目前对气候的理解, 是否存在矛盾? 陆地海洋平均温度比较 上图是不同研究者独立得到的地表气温变化趋势、浅层海水温度变化趋势,以及全球夜间海洋温度变化趋势。图上蓝色的线是浅层海水平均温度,从1850年开 始;绿色的线是海洋上空夜间平均温度,从1856年开始;红色的是陆地平均温度,从1850年开始。具体的数值以三组数字1961年到1990年的平均值 为零点。里面的小图,显示的是相同历史时期陆地表面温度异常与海洋表面温度异常的差值。三条曲线虽然各自不同,但是基本上展现了很好的温度变化趋势,包括 19世纪后半期的温度有波动但是相对稳定,从1915年到1945年的全球温度上升,1940到1970年代的全球温度略有下降,以及1979年以后的明 显加快速度的温度升高。在2000至2005年,三个温度都已经明显高出1961-1990年平均值0.4-0.6度,这个升温信号是非常强烈的。仔细考 察这些数据,还可以发现陆地温度的年际变化要比海洋温度的年际变化要大,而1979年以来陆地温度的上升趋势也要快于海洋的温度上升趋势,表现在陆地温度 异常与海洋浅层温度异常的差值已经在增大。这个现象,与海洋的热容量要远远大于陆地的热容量,所以热惯性要大很多,变化迟缓的一般理解是一致的。 冷夜和暖夜出现概率的变化情况 如果全球的平均气温升高,那么具体到每一天的情况,高温的天数就应该增多,低温的天数就应该减少。虽然气候变化复杂,年际变率和地区差异很大,但是全球综 合下来,这样的规律应该是有的。上图显示了分布在全球的202个历史数据比较齐全(超过80%)的站点从1901年到2003年之间对夜晚温度异常的统计 结果。左边这个图,横坐标是夜晚温度出现在最冷的10%的年数比例,显示的是冷夜的情况,右边的图,横坐标是夜晚温度出现在最暖的10%的年数比例,显示 的是暖夜的情况。纵坐标是概率。黑线是1901年到1950年的统计情况,兰线是1951年到1978年的统计情况,橙线代表1979年到2005年。可 以看到对于冷夜的比例,橙线最少,其次是蓝线,最多的是黑线,对于暖夜的比例,橙线最多,蓝线其次,最少的是黑线。不过蓝线和黑线相差不多,而橙线与两者 有较明显的区别。这就是说的确随着全球平均气温的变暖,冷夜的数量在减少,暖夜的数量在增加。更系统的研究认为从1946年起,全球陆地74%的地区冷夜 数量在下降,73%的地区暖夜数量在上升。与此同时,中纬度地区的霜日数量减少也是这一情况的合理反应。 地表以及不同高度大气层的气温变化趋势 高空的气温变化也应该与地表的气温变化相符合。上图是不同高度大气从1950年代以来的温度异常情况,由于早期数据不充分,这里面1979年以后的数据更 加可靠。从上到下,分别是平流层底部,对流层中高层,对流层底部,以及地表的四个气温变化趋势。这里面可以看出来对流层的变暖趋势与地表气温的变化趋势是 基本一致的,只不过温升幅度可能更大一些。气温升高还导致对流层顶的高度更高,这也与观测到的现象相符合。大气气温增加的趋势,与观测到的温室气体总量的 增加,平流层臭氧耗减的变化规律也都是一致的。 南北半球海冰面积变化情况 气温升高也应该带来冰雪圈的退缩。冰雪圈的数据比较多,这里不一一列举。可以肯定地说雪盖、积雪厚度、山地冰川的深度和范围、北冰洋害病范围、常年冻土层 的厚度和温度、季节性冻土的范围、江河湖泊冰期的变化趋势等等,都有气温的变化相符合。上图是1979年以来南北半球平均海冰范围的变化趋势,南半球海冰 (下图)变化不大,可能略有增加,而北半球海冰(上图)长期下降趋势非常明显。 水汽与温度之间的关系也是合理的。气温升高大气中的水含量就应该升高,这一点,已经观测到了大气中水含量的增高,包括对流层上层水汽的增加,全球平均的数 据也显示了一个大气越来越潮湿的长期趋势。比湿,或者说大气中的水含量在全球变暖后出现上升,随着水汽含量上升,强降水事件的数量会广泛增加,很多陆地上 的洪水可能性就会增加,包括在降水总量减少的地区也有这样的趋势。独立观测的海洋盐度变化也支持地球水分循环的变化情况,通过对盐度变化的观察,已经发现 有越来越多的淡水从海洋转移到更低纬度的大气中去,符合变暖情况下的大气水汽运动模型。 全球干旱分布及变化趋势 大气水含量增加的同时,全球干旱面积在扩大,干旱的持续时间在延长,旱情强度在增加。气温升高导致地表水分的蒸发不断增加,导致大气中的水汽含量增加,这 样就有了增加降水的趋势。但是,在地表水份本身有限的区域,在降水不充足的时候,陆地温度升高导致的挥发量增加会导致干旱。积雪场、积雪、大气环流形势以 及风暴路径的变化会对季节性的降水造成影响,从而导致一些地区的干旱。特别在低纬度地区,浅层海水温度的变化、大气环流和降水的变化已经扩大了干旱的区 域。上图是使用帕玛干旱指数衡量的全球干旱情况以及历史变化情况。上部分是世界各个区域1900年到2002年间的干旱指数,下部分是1900年以来干旱 指数的变化情况,红色和橙色表示更加干旱的区域,蓝色和绿色表示变湿的区域,黑色实线是十年平均。在1970年代以来,热带和亚热带地区的干旱已经扩大。 在澳大利亚和欧洲出现的伴随干旱的高温和热浪,可能与这个趋势也有关系。 还有很多可以互相印证互相证实的独立现象,在人类目前对气候的理解下,都是一致的。这些现象都说明了一个问题:地球的确正在变暖。
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回归的梦魇--数据的不一致性
yanghualei 2010-9-10 08:33
目标: 寻求解释变量 与被解释变量 之间的关系 方法: 采用数据搜集,作散点图进而建立回归方程 数据: 通过观测点分别俘获变量 和 的 个位点的时间序列数据记 与 推理: 现实中观测变量 的数据序列 带有噪音的,即变量不仅受解释变量 的影响还受除 之外的变量作用,在此不防记其他变量集合为 ,故解释变量 的观测序列 在没经过滤处理后是不能获得纯粹变量 作用的真实 序列的,其之间真实误差为 悖论: 现实中往往拿序列 与 做回归,得出 与 的方程 ,实质上数据序列 与 是不一致性即 是 综合作用的结果而 仅仅是 得镜像,故回归分析的数据库中本应该建立的 与 之间的关系,事实上 存在却无法获得,原因在于 因子对 的影响无法从控制的实验中剔除。
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科研思维与论文写作之“5C”法则
热度 1 huanghelai 2010-6-14 06:47
作者:黄合来 【摘要】科学研究是开拓求新和严谨求实的有机结合,在科研设计和论文撰写的过程中需要遵循一些基本原则。本文创新性地提出科研思维和论文写作的5C法则,包括评判性(critical)、一致性(consistent)、简洁性(concise)、清晰性(clear)和完整性(complete),以期为年轻学者的科研训练和研究生教育提供参考。 【关键词】高等教育;科研思维;论文写作;5C法则 【前言】 科学研究实践可以用胡适先生提出的大胆假设,小心求证进行概括,是一个开拓求新与严谨求实的有机结合。求新是基于对客观现象或问题的深入思考和探究,挣破旧有理论束缚,大胆创新,对未解决的问题提出新的假设或解决的可能。而求实是一个尊重证据,对新的方法或理论严谨求证的过程。科学的进步离不开两者的相辅相成,求新和求实两大准则应该贯穿整个科研实践过程。 求新和求实两大准则较为抽象,实际科研工作要求遵循一些实用性更强的原则。良好的科研思维对于重大科研成果的取得极为关键,而科研思维的形成需要较为长期的训练。本文提出一个科研思维与论文写作的5C法则,力求具体,力求实用,以期为年轻学者和研究生的科研思维训练和规范提供参考。 一、评判性(CRITICAL ) 培养评判性思维能力是西方教育体系的一个关键目标 ,也是目前我国高等教育改革争论最为广泛的的议题之一 。美国哲学学会 定义评判性思维为有目地的,自我调节的判断过程,是针对该判断所基于的证据、概念、方法、标准或前后关联等所做的阐释、分析、评价、推断和解释。针对科学技术创新的评判性思维是科研能力的核心价值,评判性思维的培训是高等教育的关键任务之一。 科研方法有三种:新方法解决老问题,老方法解决新问题,新方法解决新问题。毫无疑问,科研需要新,即创新性。创新从何而来?创新不是凭空臆想的主观主义,也不是灵光一现的机会主义,创新来源于对已有知识产生的背景、过程、证据、方法、理论、以及评价知识的标准等正确与否作出理性思考和推断。此外,科研不应为创新而创新,而应为实践而创新,有科学价值的创新研究工作应该拥有充分而合理的证据支撑。而其反映到具体的科研能力上,其核心就是一种评判性思维。 具体来讲,对于新方法解决老问题,需要评判为什么老问题需要新方法?为什么新方法具有解决老问题的潜力?对于 老方法解决新问题,需要评判为什么新问题需要解决?为什么老方法可以解决新问题?最后对于新方法解决新问题,同样要评判为什么新问题值得研究?此外,与老方法相比,为什么新方法更有潜力解决该新问题?对这些问题的回答应该是科研设计和论文写作的必要切入点。 由于科研思维过程和论文写作思路具有内在的一致性,可以更为具体的把评判性思维反映到以基本论文结构为脉络的各个部分当中。 (1)研究背景 研究领域背景的重要性,比如对社会、经济、环境、健康等方面的影响。 (2)研究问题 评判该研究问题对探究大的研究背景领域的积极意义和潜在贡献。 (3)文献综述 文献综述不是综述文献,而是评判文献。必须充分评判已有文献对该研究问题的解决程度、价值和意义,为本研究的实施、方法的选取等进行合理辩护。 (4)研究假定或目标 综合评判和辩护拟定研究目标的合理性、适度性和可行性。 (5)研究方法 评判所提出的研究方法达到研究目的和解决研究问题的特质和潜力。 (6)研究结果和结论 对取得的结果进行深入讨论和观察,以现存文献为基础,对研究结果的一致性和异常性等进行充分的评判,并获得具有充分证据支撑的结论。 二、一致性(CONSISTENT ) 牛顿说如果我看得比别人更远些,那是因为我站在巨人的肩膀上。这句名言可以从一致性的方面进行理解:伟大科研成果的取得离不开广大的科研同行多年的尝试和努力,简言之,创新具有广义一致性。实际上,广义的评判性思维可以看作一致性和批判性的有机结合,也就是继承和批判。但是,一致性由于其对严谨科研思维的培训极为重要而具有特殊地位。一致性是一个科研人员必须具备的基本素质。 从科研设计方面来看,前面提到的三种方法前两种都涉及到一个老:老问题和老方法。而对于第三类新方法解决新问题,其中新方法和新问题的新也都不可避免属于相对意义的新。新的问题和方法往往来源于老问题或老方法的演变和发展,如同大自然的新陈更替,对新问题的解决和新方法的探究离不开对老问题和老方法的理解和评判。原理的一致性是科研设计的重要切入点,包括研究策略、实验设计、分析方法、变量定义等等,创新的获得来源于继承和批判,但都必须具有充分的与前人研究的广义一致性。 而对于科技论文的撰写,一致性则更为具体。西方科研体系对科学论文有极为严格的规范,其中一致性是一个最重要的方面。从大的方面讲,科研存在学派,但是对于同一科研人员来说,对研究问题的基本立场和观点,必须具备一定程度的一致性。从具体论文元素来讲,一致性反映在文体、格式、专业词汇使用、缩略词以及文献列表等。任何文章中出现的不一致的成份都不容忽视。比如是否第一次定义缩略词,之后一致使用?是否具有一致字体、空行、子标题?文献列表格式是否一致?等等。 评判性思维的贫乏和对一致性法则的忽视是当今我国科学研究走向国际化的一个重要的瓶颈所在,青年科学研究者应该积极锻炼自己的评判性思维,同时时刻用最严格的一致性要求规范自己的科研实践和论文写作,这是取得重大科研成果的前提。 三、简洁性(CONCISE ) 科研是创造知识的过程。简洁的思维有利于取得好的科研成果, 而简洁的表达对于知识的传播极为重要。形象言之,简洁性法则的最高境界是多一分则多,少一分则少。具体针对科研实践,简洁性法则反映的是一种内在的科研思维简洁性和外在的论文板书简洁性。 内在地,在确立了研究目标之后,所有的研究策略、方法、步骤都应该无一例外的为检验研究假定或达到研究目的而服务,任何其它的多余步骤都应该排除。只有目标明确,才不会被其它非当前研究内容所干扰。当然,在研究过程中对一些异常现象应该积极思考和观察,从而引导出可能的新的研究目标。 外在地,简洁性法则要求所有论文元素均服务于对研究结论的辩护。科研论文不是用来展示老知识,而是用来发布新知识。在这方面很多学者容易犯错误,往往希望在论文中展示自己的知识量,而忽视了这些内容对论证研究结论的作用。以文献综述部分为例,在前面讲到评判文献的同时,也要注意简洁评判,文献综述应该是创新性地高度概括,只有对本研究相关的前系研究才应该进行引用,其它不相关的文献和不直接相关的内容都应该排除在评判内容之外。此外,科研论文是写给同行看的,不是科普文献,因此应该排除学科常识性的文字和评论。 值得一提,对比西方语言文化,中华文字和文学的简洁性更优。相对的讲,中文期刊论文对简洁性的要求更严。当然,在一方面继承文字简洁性的优良传统的同时,也要强调对所陈述的科研成果论证的充分性。 四、清晰性(CLEAR ) 科研论文不是小说、不是散文、不是迷语,要求具有足够的清晰性。清晰的论文能让读者更容易理解和接受。论文的各个元素都应该在最应该出现的地方,不要让审稿专家有机会猜测或寻找研究的任何元素,包括研究背景、目标、方法、结果、结论等。 具体来讲:运用规范的子标题和清晰的逻辑语言标识论文各个部件;段落之间保持良好清晰的连接层次性,主次分明;每一个段落表达一个观点或一个小主题,中心句居首或居尾;运用清晰简单的文字组成句子表达各种观点,在使用英文丛句的时候要让强调部分居于前,等等。这样写出来的论文最后看上去就会像一小截一小截短小精悍却又联系紧密的小树枝组成,而这些小树干又在更高层面逻辑严密地组成大的树干。 五、完整性(COMPLETE ) 麻雀虽小,五脏俱全,完整性法则是论文写作的一个基本原则,无关文章长短。任何学术论文都应该独立成篇,决不容许且听下回分解。那么到底哪些元素是一篇完整论文所应该具备的呢?跟简洁性法则共轭,完整性法则要求论文包含充分论证研究目标所需要的必要证据。换言之,任何一篇论文都必须完成对提前设定的研究目标的实现。在这个逻辑之下,合理确立论文的研究目标和范围就变得十分重要。假定所有论文都充分完成了所设定的或低或高、或新或旧的研究目标,论文的科学价值就可以直接表现为不同论文的目标及实现该目标所获得的结果的创新性、广度和深度。 具体运用完整性法则的时候,有三个容易引起歧义的情况: (1)假定最初研究目标为A, 但是在实现A的过程中,发现A不可行,却意外的发现了B。在这种情况,论文撰写应该围绕B来进行,对于A目标的辩护和相关文献最多只能作为研究背景来陈述,而对B的实现应该遵循完整性法则。 (2)论文的局限性和未来研究建议。任何研究都是基于某些假定,不可避免的在实验条件、分析工具、现存理论等限制下具有局限性,所以对局限性的认识和对未来研究的建议成为了很有价值的部分。但要注意的是,这两个部分和完整性法则不冲突。局限性是设定的研究目标和范围对于探索研究问题的局限性,而绝不是完成研究目标的偷工减料。换言之,虽然论文完成了研究目标,局限性表明该目标的完成对认识研究问题的不充分性,以此需要在未来研究中设立其它补充性的研究目标以充分认识研究问题。 (3)联合论文形式。这种形式表现在针对一个研究的几个创新部分分别撰写2篇或以上的论文发表在同一个期刊上,并使用相同的大标题和不同的子标题。这类情况通常出现在新方法解决新问题的情况下,对于研究方法和研究成果都有显著的创新,所以在2篇文章里分别强调方法和结果。这类形式虽然比较少见,但同样也必须遵循完整性法则,其中任何一篇论文都应该独立成篇,应该充分完成对该文研究目标的实现。所以在此情况下,研究目标就必须合理的设定,比如对于方法创新论文应该以创新方法为目标,而对问题创新论文应该以探索新问题结果为目标。 【结语】 以上的5C法则基本概括了科研思维和论文写作的重要原则,对于年轻学者和研究生来讲,可以用这些法则来不断衡量自己从课题选定、实验设计、结果分析、论文撰写等所有科研活动,假以时日,便可渐渐形成好的科研习惯,从而获得比较成熟的科研思维,创造出突出的科研成果。 最后在科研精神方面,再打包附送两个C。第一个是CANDID, 那就是科研诚信,紧紧联系着一个学者的学术声誉,不抄袭、不造假、尊重事实、尊重证据,是一个合格科研人员的基本素养。第二个就是CRAZY,,伟大的科研不是喝白开水,征服科学,需要激情,需要热爱。需要全身心投入。 【参考文献】 Facione P.A. and the American Philosophical Association. 1990. Critical Thinking: A Statement of Expert Consensus for Purposes of Educational Assessment and Instruction . In: Research Findings and Recommendations, Millbrae, CA: Insight Assessment. Herrnstein RJ, Nickerson RS, Sanchez M and Swets JA. 1986. Teaching thinking skills . American Psychologist 41: 1279-1289. Abrami PC, Bernard RM, Borokhovski E, Wadem A, Surkes M A, Tamim R, Zhang D. 2008. Instructional interventions affecting critical thinking skills and dispositions: a stage 1 meta- analysis . Rev. Educ. Res. 78:11021134. Quitadamo I.J. and Kurtz M.J. 2007. Learning to Improve: Using Writing to Increase Critical Thinking Performance in General Education Biology . CBE Life Sci Educ 6(2): 140-154. Zohar A, Weinberger Y and Tamir P. 1994. The effect of the biology critical thinking project on the development of critical thinking . Journal of Res. Sci. Teaching 31(2): 183-196. 黄朝阳. 创新离不开批判性思维 . 人民日报, 2010年6月11日。 【附件】科研思维和论文写作课堂讲义 科研思维和论文写作讲义
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论有效的制度
胡业生 2009-3-21 22:08
发表日期:2009年3月13日 出处:《福建论坛》(人文社科版)2008年第4期 作者:罗小芳 卢现祥 编辑:fjskyfass 阅读:30 【字体: 大 中 小 】 摘 要:有效制度有四大构成要素,一是效率,由于受政治制度、利益集团、路径依赖、人类认知能力及国家等因素的影响,人类历史上大多数时期人们选择的制度并不总是最有效率的。二是自由和竞争,在自由或不自由的条件下,人类社会选择的制度是不一样的,同时,有效率的制度来自于竞争。三是民主与全体一致性,民主参与对制度性质和制度选择都具有重要的影响。四是交易成本最小化,一个经济制度必须寻找一个与节省交易费用的生产和交换组织相一致的制度框架。 有效率制度是如何形成的?为什么有的国家能形成有效率的制度而有的国家难以形成有效率的制度?对此,一些学者进行了探讨。如诺思认为,发展中国家落后的根源在于缺乏有效率的制度,而不能建立有效率制度的原因又在于这些发展中国家缺乏进入法治化社会的机会。阿兰斯密德认为,所谓好的制度或有效率的制度需要四个构成要素,1、效率。2、自由。3、民主与全体一致性。4、交易成本最小化。[1][2]本文以阿兰斯密德所说的有效率的制度的四大构成要素为基础,探讨一个社会建立有效率制度的条件或环境。本文认为在阿兰斯密德所说的四个要素中,自由和民主与全体一致性这两个条件是极其重要的。 一、效率 制度选择是一个客观性的过程。我们能否根据哪一个更有效率来检验制度选择?绝对不行。效率是制度选择的产物,而不是反过来。那么,这就涉及到哪些因素决定选择一个好的制度。按照预期的收益和成本来确定制度的选择是制度分析的一种思路,但是制度的预期收益和成本的计算太复杂了,更重要的是,还有些事项是根本无法量化的。这就提出了制度经济学中的一个深层次问题,制度是不是有效率的高低的问题?按照新古典经济学的逻辑,人类社会总是可以选择到有效率的制度。但诺思通过大量的经济史研究发现,在人类历史上,人们选择的制度并不总是最有效率的。那么这两种观点谁正确呢?这其中的原因是什么呢?为什么我们选择的制度并不是最有效率的?我们认为主要有以下五个方面的原因: 第一,制度的建立并不完全取决于成本-收益的计算,还要受政治制度的制约,而政治市场按照经济学的效率标准往往是低效的。许多制度基于公平的考虑,不得不牺牲效率。制度不是一般的经济活动,也不能够简单地按照成本收益进行计算。政治对制度选择的制约是我们探讨有效率制度建立的一个重要方面。从经济市场与政治市场的关系来看,诺思认为,有效的市场经济模型是不仅可以在短期内提高经济运行的效率,而且从长期来看,可以随着市场经济模式的演化,不断促进技术的创新和新的生产方式的应用,从而提高社会生产力的动态模型。这个模型的建立,首先需要一个交易成本较低的有效的经济市场;其次需要一个有效的政治市场来界定和执行市场经济的产权安排;第三需要经济市场与政治市场之间的协调(诺思,1998)。 第二,利益集团对制度的选择及制度的变迁起着极为重要的作用。如果引入利益集团因素,那么制度的效率就会受到影响。诺思(North,1994)说:制度并不一定是,甚至经常不是按社会效率来设计的,相反,它们(至少正规规则)是为了服务于那些具有创造新规则谈判能力的利益集团而创造的。[3]经济政策(包括制度设计)的制定是一个动态博弈,它的条件是不确定的和不断变化的,其规则在形成过程中至少有一部分由参与者制定。每个参与者都想竭力控制随后的博弈,以尽量获得对自己有利的结果。[4]在这个博弈过程中,小利益集团在制度选择方面往往处于主导或有利地位,现假设小利益集团决定着制度的选择,如果小利益集团与大利益集团的利益的选择是相容的,那么制度是有效率的,如果这两者的利益是不相容的,那么有利于小利益集团有利的制度,从整个社会来看,那么就不是最有效的。 制度的产生反映的是利益集团之间建立在实力原则基础上冲突与妥协的结果。但这并不等于就是说制度的确立,都会满足效率原则。因为制度设计本身,最初可能就不是以增进普遍或社会福利、而是以集团利益为目标的。此外,制度与效率结果之间并非是一一对应的关系。而是必须要经过人的活动或选择。制度设计并非必然地导致稀缺资源的有效配置。即使我们有完善的制度形成程序,但由于集体决策中形成一致规则(或制度)的成本太高,以至于我们不可能在制度上达到帕累托最优状态。 第三,路径依赖所引起的制度低效。西蒙指出,任何演进都是路径依赖的,从而通常只有能力达到局部最优,而完备理性条件下的选择,则有能力达到整体最优。诺思与主流经济学家发生了极大的争论。那就是关于一个社会经济是否可能在长期内停滞于低收入陷阱的问题。生存竞争总是迫使人们改进生存条件,所以主流经济学否认长期停滞于低收入陷阱的可能性。然而诺思引征了大量经济史的例子来说明确实存在的停滞经济。诺思之与主流经济学家不同,关键在于他相信,政治、文化和意识形态这类非经济因素在决定一个社会的经济是否会锁入陷阱时起了决定作用。 制度演进过程充满了路径依赖和创新。一旦一个特殊的(制度的或生物的)系统被建立起来.它就趋于自我维持。系统中的变迁很可能是从一个大的外在冲击开始,这种外在冲击引发了内在变化,这种变化是累积性的或新的,而不是连续地、逐步地发生的。在关键的转折时刻,被选取的选择规则的基本特征很可能对未来产生约束作用(路径依赖)。然而在另一方面,从最初的非均衡状态向所出现的制度的转型是否是惟一可行的轨迹,这一点尚不能确定。脱离均衡,沿着多种路径的发展也有可能。因此,制度演进过程充满了路径依赖和创新。[5]近来制度分析的进展表明,每一个经济均可视作相互依存的制度共同组合在一起的系统,不存在单一的、最为有效的经济体制,也不应要求所有经济都向理想化的瓦尔拉均衡靠拢。实际上存在着从不同历史条件发展而来的多样化的经济体制。[6]我们对路径依赖并没有充分的认识,更不知道它怎样约束我们改造社会的能力[7]。 第四,受人类认知能力的限制,我们的制度选择集及构造制度的能力是有限的,制度的完善也是一个试错过程。在人类的制度体系中,在大多数情况下,这些强外在约束是人类集体思考和行动的结果。这样,在制度和组织强外在约束的形成和演进过程中,人类心理起根本作用。对认知科学的最新研究可能有助于更好地理解这些外部结构的作用和渐进发展。并且我们看到了相关线索,即个人认知与不同类型的社会结构(例如,不同类型的人际交流)如何相互作用产生了不同结果[8]。个人认知的差异如何影响制度及制度结构,是新制度经济学需要研究的一个新课题。人类如何学习,如何把信念和偏好结合起来,以做出选择,这个选择是经济理论的基础;再者,在面对纯粹的不确定性时,他们如何和为何发展理论(并据此行事)[9]。 正如诺斯认为的,在经济变革的长期趋势中,制度或认知模式的变化往往起源于不同个人群体面临的初始条件的改变。正如不同群落因其所处物质环境的不同而具有不同经验,在此基础上逐渐形成不同语言,并用不同思维模式来解释周围世界。语言和心智模式形成非正式约束力,它们限制了该群体的制度框架,并被当做习俗、禁忌或是神话,世代传承下去,产生了我们所谓的文明,从而形成了路径依赖的关键部分。随着劳动分工和专业化的不断发展,群落演化出不同政治与经济形式。随着在解决稀缺性这一根本经济问题上取得各种不同程度的成功,经验和学习的多样化逐渐产生出差异日益扩大的社会和文明。随着人类变得越来越相互依赖,环境的复杂性增加,为了从交易中获得潜在收益,就需要更加复杂的制度结构。[10] 第五,如诺思所说,国家将会制定使统治者及其集团收入最大化的规则,并以此为前提,设定降低交易费用的规则。如果对统治者有利,自愿的组织形式就会存在,如非自愿奴隶制。如果更有效率的组织形式从内部或外部威胁到了统治者的生存,则相对低效率的组织形式将会生存下来(例如,古代雅典的粮食贸易组织)。并且对统治者的征税来说,度量费用较低的组织形式将会继续存在下去,尽管它们相当地缺乏效率(例如在法国考尔伯特时期的垄断权的授予)。[11] 二、自由与竞争 制度可以在有个人选择自由的条件下形成,也可以在没有个人选择自由的条件下形成。如阿马蒂亚森所说,人们在机构和制度组成的世界中生活和行动。我们的机会和前途依赖于存在哪些机构和制度以及它们如何运作。机构和制度不仅对我们的自由做出贡献,它们发挥的作用还可以按照它们对我们的自由所做的贡献来进行合理的评价。以自由来看待发展提供了一个对机构和制度进行系统评判的视角[12]。 只要个人有选择自由,制度就会为满足人们的需要而演化和变革。在经济自由遭到剥夺的地方,既有的集团会运用其权势来巩固为其特殊利益服务的制度。那些权势集团为了巩固其特殊地位,都竭力否定法律面前的平等和自由。在相当多的时期里,他们往往获得成功。当一个受权势集团支配的系统向自发的或强力的外部挑战开放时,制度系统会感受到改革的压力。那时,改革的成功就取决于是行动自由能得到保障,从而所有个人都能表达其偏好,还是权势集团能获得特权,从而削减个人的经济自由。[13]康芒斯强调,重要的是确保个人或集体的权力不被不合理地用于对他人行为的控制。而实际上要做到这一点,只有通过创立新形式的集体行动及运行规则,以平分权力,规定利益代表,并使正处于强制、束缚或不公平竞争之下的人获得自由。[14] 在制度的选择中,为什么自由很重要?第一,建立在自由及私有财产保护较好的开放社会里,效率更高。格莱尔德斯库利在研究中发现:制度结构的选择对经济效率和增长有深远的影响。与法律条例、个人财产、资源市场配置相结合的开放社会,与那些自由被限制和剥夺的社会相比,其增长率是后者的3倍,其效率是后者的2.5倍。[15]第二,建立在自由基础上的制度决定和制度选择是最符合人性的。或者说,自由本应该是制度的有机组成部分。如森所说,扩展自由是发展的(1)首要目的和(2)主要手段。它们可以分别称做自由在发展中所起的建构性作用和工具性作用[16]。自由既是目的,也是手段。一个只讲效率而没有人的自由的制度其实也不是一个好制度。福格尔的研究发现,美国历史上的奴隶制度是有效率的,但这种制度是建立在以牺牲一部分人的自由为前提的。第三,自由是建立在权力的基础之上的。弗兰克指出,作为社会政策目标的自由最大化的效用学说的致命性缺陷在于混淆了自由与权力,它的鼓吹者没有注意到这样的现实:除非主体行动所必须的手段为其所有,否则采取行动的自由是没有什么意义的,实际问题是权力,而不是正式的自由。 有效率的制度来自于竞争。没有竞争,一个社会很难形成有效的制度,同时,竞争也是有效制度不断扩散的一个条件。经济停滞和负增长是与封闭经济、国内和国际冲突、巨大的经济体制变革、对私人创造性和私有制的严重限制(缺乏自由)联系在一起的;而迅速的、可持续的增长则是与可靠的产权、竞争和开放联系在一起的[17]。 为什么欧洲大多数国家能选择有效率的制度?客观地讲,竞争是一个很重要的因素。影响欧洲社会史的基本因素是欧洲在地理上的多样性,而这种多样性又有利于形成许多具有独立统治者的小国家。这些统治者不仅通过战争相互争夺,而且还越来越通过吸引生产资本和有技能、有知识的人才的跨政区竞争而相互争夺。欧洲经济的小规模和开放性使跨政区的要素流动成为可能,它为一个以两种方式起作用的演化过程创造了条件。竞争迫使地方不断地改进制度,完善投资环境。 首先,面对规则系统上的地区间差异,那些资本、知识和企业的所有者总是决定迁往那能使他们获得较好的回报、并能在工作上和生活上为他们提供安全和自由的地方。 其次,欧洲经济的小规模和开放性还对响应和进入政治竞争的政治系统发出了挑战。政治植根于制度发展的运动过程中。面对可移动资本和技术人员的退出选择,统治者受到限制,无法采取机会主义的任意行动(退出的控制功能)。他们懂得,培育某些制度,如安全的产权、个人自主和无需特许的投资,以及普通自由,是完全值得的。那些统治者的目标是保持和扩大权力,但这种努力的副产品却是使他们懂得了要按公民们的利益行事。同时,那些国家里的居民们则学会了适应有益于贸易和创新活动的规则。这样,源于物质性成败的反馈启动了重塑内在制度和外在制度的学习过程。[18]同时,制度也会在不断的竞争中优化。竞争可以保证制度形成的开放性并为制度的不断完善提供动力。 三、民主与全体一致性 为了个人偏好可以累加而又不违反诸如非独裁等广泛同意的原则,是否可以设计制定规则的规则呢?阿罗在他的不可能定理中已经正式表述了其他制度经济学家已经直觉认识到的事情,也就是不可能有这样的宪法与政治制度。但是在一国的制度选择中,无论是正式制度还是非正式制度,是否存在民主及全体一致性,对制度选择是至关重要的一个条件。我们这里主要从两个方面进行分析,一是民主参与对制度性质的影响,二是民主参入对制度选择过程的影响。 我们先看民主参与对制度性质的影响。我们认为,民主的参与更有利于社会选择私有财产制度或有利于发展的制度。而非民主体制下,社会则容易选择掠夺型制度。我们把制度分为两种,一种是把良好的社会组织理解为一组(政治、经济和社会的)制度,它可以确保社会各阶层获得有效的财产权利,这组制度称为私有财产制度(institutions of private property)。另一种则是掠夺制度(ex-tractive institutions),该制度将使大多数人民面临被政府、统治阶层及其代理人剥削和控制的危险。制度很重要,这已经得到了越来越多人的认同。但是在人类的历史和现实中,并不是所有的制度都有利于经济发展和技术进步,并不是所有制度都有利于全体人民或大多数人民。其实,所谓掠夺型制度就是少数人的利益通过制度的形式最大化。掠夺型制度具有较大的隐蔽性。如体制内腐败就是一些基层执政者打着改革的旗号,披着合法的外衣,以文件等形式公开从事的腐败行为。体制内腐败比体制外的腐败有更大的隐蔽性和欺骗性,也有更大的破坏性。但是,由于这种行为本身有政府部门的强制力保证实施,具有普遍性和公开性,往往不被视为腐败行为,其危险性还没有引起人们足够的重视,甚至有时还把它当作所谓的改革经验加以推广。政治家或利益集团的所追求的个人利益可以通过社会产出的最大化来实现,这往往会形成一种发展型制度;也可以通过租金最大化来实现,这往往会形成一种掠夺型制度。 西方发达国家的工业化是一个包括思想、社会、政治等条件在内的各种条件成熟后的自然过程,而包括日本在内的东方后发展国家的工业化则始于对西方殖民势力东渐的回应,在制度、资源稀缺的条件下仅仅依赖市场机制是难以最终完成的。市场机制及增长的结果并不必然会惠及到所有人。有利于穷人的增长实际上是一种共享型增长,经济增长的影响,在很大程度上取决于经济增长的成果是如何使用的。广大的发展中国家经过一定阶段发展后,由于政治体制改革的滞后及民主制度的缺失,经济增长后并没有建立一种使大多数人受益的制度、体制和机制保障。宪政秩序的建立在一国经济从不平等向平等转化中起着极为重要的作用。收入分配趋势具有相对稳定性,一旦形成就难以改变。尽管如此,后发展国家在经历工业化初期收入分配不平等程度上升后,在已经具备一定经济基础的条件下,有效的制度设计和积极的制度创新将有可能重建收入分配格局并实现收入的相对平等。宪政是一种决定其他次级制度的元制度,由传统政治向现代政治的过渡即宪政转轨,决定了后发展国家的制度变迁方向,从而对后发展国家在工业化过程中重建收入分配格局、实现收入分配由不平等向平等的转变具有决定性的作用(王春萍,2005)。宪政秩序建立的滞后成为发展中国家较普遍的现象。在经济增长与政治体制的不平衡中产生了制度悖论:一方面,制度决定经济增长,发展中国家需要安排高效的制度;另一方面,统治者或政府出于自身利益,往往安排低效的制度。经济增长成了统治者偏好与社会偏好偶然巧合的产物,制度悖论的存在使发展中国家走出均衡陷阱的希望一片渺茫。 我们再看民主参入对制度选择过程的影响。民主与制度选择的关系是很密切的。政治家竞选行为可以用完全或不完全政治民主的框架来分析。在完全的政治民主中,他的当选只取决于他要符合其选区中大多数投票者的意愿,但在不完全的政治民主中,这种依赖程度不甚清楚。当选的可能性当然仍取决于大多数人的利益,不过,人们对他们自己的利益并不熟知,也不会主动地去寻求。尽管如此,竞选胜利还是依赖于某候选人或其政党投入多少人力和财力。这些资源用于使其选区的广大选民相信他及其正当的利益就是他们的利益[19]。我们可以从三个前提出发来寻找判别标准:(1)政治人(不仅包括政治家、官僚,而且包括政治领域中的普通公民)是自利的;(2)如果没有足够的限制性因素存在,政治家和官僚采用掠夺方式谋利的效益比采用交易方式的效益高;(3)自利的普通公民难以组成集体行动来反对政治家和官僚对其所作的掠夺[20]。从政治体制来看,发展中国家的共同的问题是缺乏有效的民主制度,政府官员的权力缺乏制约,这就使得官员追求自身利益最大化的过程中失出了制约,掠夺之手可以表现到各个方面。从市场体制来看,掠夺之手与坏的市场经济往往是一个问题的两个方面。在掠夺之手存在的情况下,实际的市场运作充满权钱交易、垄断、寻租以及导致收入分配不公的扩大等等。掠夺之手与坏的市场经济的互动会导致政策决定中的利益集团和制度改革中的路径依赖。这种掠夺之手在缺乏民主制度制约的情况下更会表现得无法无天。 民主体制尽管不能保证选择到好最有效率的制度,但是民主及民众的广泛参与却可以决定社会可以选择更有利于大多数人的制度(即私有财产制度或发展型制度),这是民主的最大价值,也是我们为什么强调在制度选择中民主的重要性的原因。 四、交易费用最小化 有人认为交易费用是制度存在的惟一原因,如果交易费用为零,制度就没有必要存在。[21]一个经济制度必须寻找一个与节省交易费用的生产和交换组织相一致的制度框架。 交易费用分析方法关注是交易费用对制度的影响。Dahlman认为应该使用比较制度分析方法来探寻资源分配的不同组织方式的经济后果:因此,这种分析就将注意力转向了这样一个问题,即制度的功能是用来减少交易费用的,因此交易费用应该被看作是在经济制度内被决定的变量。于是,问题最终变为:经济组织如何通过内生的组织重组得以改善?[22]最优的制度就是交易费用最小化的制度。市场经济制度之所以优于计划经济制度,关键在于市场经济制度的运行费用低于计划经济的行动费用。 在制度与交易费用关系的研究上,科斯关心的是决定企业存在与否的交易费用,而诺思关心的是决定整个经济绩效的交易费用。乔治施蒂格勒说,在历史发展过程中,经济组织的效率可能和技术变迁同等重要。交易费用为我们考察经济组织的成本提供了一种工具。科斯的另一重要成果,即《社会成本问题》把新古典理论和制度分析联系起来。该文传达了这样一个信息,即当交易费用为正时,制度发挥作用并且最终决定市场结构。[23] 交易费用理论提出了一个不同于新古典研究模式的新范式。市场和价格竞争能有效解决资源配置问题是新古典经济学的基本看法。但是现实并不是这样理想的。干扰价格竞争的效率的最为常见的因素是正的交易费用、私有产权的残缺和非货币收入。在新古典经济学的完全竞争世界里,交易费用为零,私有产权是健全的,非货币收入可以忽略不计,因此,亚当斯密的看不见的手能够使资源配置达到帕累托最优。在交易费用为零的世界里,制度、产权、法律、规范等可有可无。一旦交易费用为正,那么这些变量在经济运行中就至关重要了。交易成本从根本上影响着一个经济体系的运行。它们影响着市场上生产什么和什么样的交换会发生;它们影响着何种组织得以生存以及何种游戏规则能够持续。在经济学中,关于交易成本的各种特定假设构成了大多数模型无论是古典、凯恩斯、新凯恩斯或者新古典的基础。那些涉及垄断、垂直一体化、外部效应、战略行为、工资和价格粘性,以及不完美市场的各种模型都要求关于这些费用的特定假设。[24]交易费用为零是新古典经济学分析框架,而交易费用为正是新制度经济学分析框架。科斯是从为什么存在企业提出交易费用问题的,在他看来,交易费用是运用价格机制的成本,阿罗分析了制度运行的费用,巴泽尔研究了产权,这些经济学家从不同层面用交易费用解释了为什么存在企业,存在制度,存在产权,存在意识形态,总之,在新古典经济学所忽略的领域大多可以用交易费用去分析与解释。不同制度的比较实际上是交易费用的比较。制度的演进及变迁最终也与成本-收益有关。 无论能否准确测度,交易费用都有很大的启发意义。事实上,交易费用概念是任何可被接受的关于资本主义市场经济实际运行方式的解释的关键。威廉姆森认为,资本主义的各种经济制度的主要目标和作用都在于节省交易费用。[25]为理解这一论断的合理性,我们只需考虑一个交易费用(包括获得和处理信息的成本)为零的世界。在这样一个无磨擦世界中,甚至基本的制度如货币、企业和公共管制等都已无关紧要。抽象的新古典模型可能有它的用途,但是,只要它忽略了交易费用,它也就忽略了一个根本的现实特征。所以说,如果不重视交易费用,无论是经济行为还是制度安排都无法得到正确理解。[26]在新制度经济学家看来,交易费用是解释经济绩效的关键。为什么发展中国家的绩效差?这是因为这些国家的产品市场和要素市场都存在高昂的交易费用。诺思指出,事实上,这些国家的社会交往及其经济活动中所面临的高昂成本是产生低水平绩效和贫困等等问题的根源。交易费用的存在表明,制度框架为生产效率提供了激励机制。[27] 五、结论 以上我们从四个方面讨论了有效的制度构成要素问题。重视制度的效率是新制度经济学的基本价值观。但是忽视制度的其他构成要素也成为新制度经济学的一个缺陷。我们认为,制度的基本构成要素是不可能都量化的,这就决定了仅仅从经济学的角度去研究制度的选择是不够的。个人自由和民主既是有效制度的基本构成要素,也是现代制度的基本特点。个人自由可以不断地淘汰低效的制度,淘汰不利于人的全面发展的制度。而民主尽管不能保证我们选择到最有效的制度,但是它至少可以保证我们选择到有利于大多数人的制度。 在我国转型过程中,由于政治体制改革的相对滞后,加上民主制度的不完善,我国不少制度的设计都或多或少地打上了利益集团的烙印。尤其在我国分配领域和公共资源的配置过程中,出现了严重的分配不公的问题。中国改革开放30年,尽管在经济上取得了巨大的成就和经济的繁荣,但是随着中国经济发展与财富增长,随着国内民众利益越来越分化,不仅一个又一个的既得利益集团涌现,而且这些既得利益集团正在利用中国转轨经济制度缺陷和政治体制改革的滞后,利用国内民众知识与信息的不足,利用大多数人话语权弱势与利益受损时的情绪化反映,利用其既有的各种资源上的优势,正在逐渐地将其侵占或掠夺绝大多数人利益的行为制度化、合法化(易宪容,2006)。最近,诺贝尔经济学奖得主斯蒂格利茨(2006)在北京也提醒国人,中国要把利益集团对经济的影响限制在最小程度。从有效制度构成要素探讨这个问题具有重要的现实意义。 最后值得指出的是,一个国家的制度生成机制至关重要,它不仅关系到制度的效率,而且还关系到制度的公正性的问题。我们前面分析的效率及交易费用问题有利于我们思考制度的效率,而我们对自由与竞争以及民主与全体一致性的分析则有利于我们探讨制度的公正性问题。在我国转型时期,制度的公正性更应该引起我们高度的重视。 注释: [1][21]阿兰斯密德:《制度与行为经济学》,中国人民大学出版社,2004年版,第113-116页。 [2][22][美]埃里克弗鲁博顿、德鲁道夫芮且特著:《新制度经济学:一个交易费用分析范式》,上海三联书店,2006年版,第82,88页。 [3][4]转引自阿维纳什K迪克西特著:《经济政策的制定:交易成本政治学的视角》,中国人民大学出版社,2004年版,第17,21页。 [5][24]科斯、诺思、威廉姆森等:《制度、契约与组织从新制度经济学角度的透视》,经济科学出版社2003年版,第40,426-434页。 [6][日]青木昌彦、奥野正宽:《政府在东亚经济发展中的作用比较制度分析》,中国发展出版社,1999年,第39页。 [7]诺思:《对制度的理解》见科斯、诺思、威廉姆森等:《制度、契约与组织:从新制度经济学角度的透视》,经济科学出版社2003年版,第18页。 [8][23]约翰N德勒巴克等编:《新制度经济学前沿》,经济科学出版社2003年版,第342,15页。 [9]诺思《经济学和认知科学》北京大学学报,2004年第6期18-23页。 [10]诺思:《新制度经济学及其发展》,载孙宽平主编《转轨、规制与制度选择》,社会科学文献出版2004年版,第7~8页。 [11]道格拉斯诺思:《历史上经济组织的分析框架》,载盛洪主编《现代制度经济学》(上),北京大学出版社,2003年出版,第300页。 [12][16]阿马蒂亚森:《以自由看待发展》,中国人民大学出版社,第135,30页 [13][17][18][德]柯武刚、史慢飞:《制度经济学:社会秩序与公共政策》,商务印书馆2000年版,第495,15,465页。 [14][英]马尔科姆卢瑟福:《经济学中的制度-老制度主义和新制度主义》,中国社会科学出版社,1999年版,第98页。 [15][美]詹姆斯.A.道等:《发展经济学的革命》,上海三联书店,2000年版,第9~10页。 [19]哈罗德德姆塞茨《竞争的经济、法律和政治维度》,陈郁译,上海三联书店,1992年,第6263页。 [20]参见曼瑟尔奥尔森《集体行动的逻辑》上海三联书店、上海人民出版社,1995年。 [25][美]奥利弗E威廉姆森著:《资本主义经济制度论企业签约与市场签约》,商务印书馆,2002年版,第29页。 [26][27]埃瑞克G菲吕博顿、鲁道夫瑞切特编:《新制度经济学》,上海财经大学出版社1998年版,第11-12,49页。 (作者单位:中南财经政法大学经济学院,湖北 武汉 430073)
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Experiment on the Thermal Issues of High Power and High Energy Parallel-serial L
tongmeng 2009-1-13 20:09
Experiment on the Thermal Issues of High Power and High Energy Parallel-serial LiFePO4 Lithium-Ion Battery Pack Tong Meng *,a,b Ouyang Minggao a , Lu Languang a , Wang Ying a , Shao Jingyue a , Deng longyang a , Li Zhe a , Yan Jun a , Tang Tao a ,Qingfeng Lin a ,Yongping Wu b , Jian Ma b , Shengjie Jiao b a. Department of Automobile Engineering, Tsinghua University, Beijing, China b. Department of Construction Mechanical, Chang An University, Xi an, China Corresponding author. Tel.: +86 13581890123, Email: drtongmeng【at】gmail.com Abstract A LiFePO 4 based Lithium-Ion ( LFP ) battery pack in parallel-series configuration with 208 11Ah cells has been tested to find the potential thermal issues, which are important to its performance, safety, and durability in battery electric vehicle (BEV) application. While temperature rise is only moderate for most cells in charge/discharge at C/3 or C/2 rate, overheating and uneven temperature distribution phenomenon in some cells are observed in discharging process. Quite a few of cells are seriously overheated in the initial discharging process, even with only a 30Ah discharge at C/3 rate. Temperature distribution and overheating is relevant to current distribution, internal resistance, electrical contacts resistance, and SOCs or discharging progress imbalances between cells in parallel or in series. Overdischarge and voltage reverse induced by SOCs imbalances, contact resistance difference, and SEI film effects are the major factors contributed to the overheating issues. Current waveform distortion phenomenon in single cells Experiment shows an agreement to existence of random breakdown of SEI film in LFP battery, which may greatly influence the current distribution among cells in parallel. The merits of the Lower internal resistance of the powerful LFP Battery pack inversely deteriorate the thermal issues due to increasing the negative influence of the contact resistance imbalance and SEIs random breaking. Balancing the modules (sub-stack) and group, adjusting the contact force apparently lessen the generated heat and overheating phenomenon. Measures, like equalization of all the series in the pack and monitoring temperatures of cells, are required to avoid the partially abuse of cells. Reasonable mechanical structure and electrical contacts design and assembly are equally important for the LFP Battery pack too. Keywords: lithium iron phosphate (LFP) battery; parallel-series connected battery pack; imbalance; overheat; SEI summitted paper, welcome to give review to me. Email: drtongmeng【at】gmail.com 欢迎索取正文,不过希望从各个方面提出批评意见,以便于在下改进工作,谢谢!提出意见详细者,我以后会将本人论文优先提供阁下审阅。
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