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关键词： 液晶   电控   光控取向   结构化取向   智能玻璃   矢量光场   近眼显示  

摘要： 液晶是一种特殊的三维可自组装的特殊材料,同时具有晶体的各向异性和液体的流动性,能够在电场、磁场、温度、光等外部激励下表现出奇特的性质。基于液晶的器件能够实现对光的幅度、相位和偏振态等基本属性进行操控,因此其在液晶显示、智能玻璃、现实增强、虚拟现实、雷达探测、微纳操控等领域广为应用。外部激励中,电场一直是调控液晶的最为广泛的手段。传统的电控液晶器件基于摩擦取向,液晶分子均匀单一排列,应用于液晶显示或者智能玻璃;或者通过动力学相位的设计制备结构化电极制备衍射器件,比如相位光栅和相位透镜。随着光控取向技术的不断发展以及制备工艺的不断创新,液晶能够实现平面的结构化取向,为液晶器件的设计增加了新的自由度。基于液晶的结构化器件不仅能够实现传统电控器件散射特性,而且能够通过几何相位设计衍射器件。本文设计了基于结构化取向的4种液晶电控器件,以解决传统调光玻璃和光场调控器件中存在的一些问题。取得的主要创新成果分为四个部分: 1.提出平面随机取向的方式设计并且制备调光玻璃。平面随机取向的制备是基于光取向材料的可擦性,通过设计半透明且图案不规则的模板进行多次曝光压印。调光玻璃是通过将两块随机取向的基板组装成液晶盒,并且掺杂二向色染料制备而成。对器件的结构和性能的测试证实成功制备出基于随机取向的电控雾度和透过率可调智能玻璃。设计了此器件作为电控雾度可调智能窗户和单色透明显示的模型并且验证其实际效果。结果显示此器件有着驱动电压低,高透过率的优秀特性,表明其在隐私保护、智能显示等领域的应用有着巨大的潜力。 2.提出制备大面积缺陷的方式制备调光玻璃。缺陷的制备基于相邻液晶指向矢快速变化导致的不稳定性。制备过程为两步,第一步通过利用设计类似退偏器的模板,它可以将偏振光变为矢量光,仅单次压印便可以制备更小区域的随机取向基底;第二步是将两块基底制备成液晶盒并且灌入液晶后加热液晶至清亮点,并且通入交流电至其回到液晶态。对器件结构的表征结果证实了此方式的可行性,并且提升了雾度值。以此设计的调光玻璃和透明显示器证实了其应用的潜在价值。此外,利用液晶聚合物薄膜的自主装特性,制备成无需曝光的调光玻璃,并且分析了取向层薄膜厚度对其的影响。此器件的优势是不仅仅提升了雾度值更是极大的简化了制备过程和优化了制备成本,为今后节能玻璃以及智能显示提供了重要的参考价值。 3.提出一种电控的产生混合阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束,并且实现两个不同阶数的混合阶庞加莱球矢量涡旋光束的切换的系统,并且对系统所产生的矢量涡旋光束进行了验证,结果证实与预期结果符合良好的一致性。这种电控的方式避免了机械操控带来的误差,为此系统在高精度成像、微粒操控和信息处理的领域的应用提供了参考价值。 4.提出了一种将达曼光栅相位与透镜相位结合的方式制备成多焦点透镜来扩大系统的眼动范围。设计了基于此器件的麦克斯韦近眼显示系统并且做了测试。结果显示成功制备出相邻焦点距离2.8mm的3*3二维焦点阵列。这种相位集成器件使得系统更加紧凑,并且设计和制备方式简单,在近眼显示等领域有非常广阔的应用前景。

关键词： NoSQL数据库模式设计   嵌套键值存储模型   结构化嵌套数据编码格式  

摘要： 随着互联网及大数据的发展,由于传统关系型数据库系统的可扩展性问题,各种No SQL存储系统得到了广泛应用。在实际应用过程中,No SQL数据库的模式设计可以直接影响数据库的性能,因为不同的数据模型和数据结构可能会导致不同的读写性能和查询效率,拥有一个良好的数据库模式设计对于任何数据存储系统都是必不可少的。不同于关系型数据库有着成熟的工具帮助应用程序开发人员进行逻辑模式设计,No SQL数据库的数据模型多种多样,并且其没有清晰的逻辑模式与物理模式分界,因此,对No SQL数据库的模式设计工作需要结合具体数据库的数据模型以及其实现技术来开展,这给其模式设计带来了复杂性。嵌套键值模型作为一种被广泛使用的面向聚合的No SQL存储模型,如何更好的设计其模式是数据库研究的重要方向之一。 本文针对本人实习所在通信公司自主研发的一款基于结构化嵌套键值存储模型的No SQL数据库GMDB(General Memory Database),基于该数据库,研究了如何通过数据库的模式设计来提高该数据库的性能。在具体研究之前,本文详细介绍了GMDB的数据模型,并给出了一个其逻辑模式的形式化定义。之后本文从数据库的逻辑模式设计以及物理模式设计两个方面展开研究。具体研究分为以下两点: (1)本文从数据库使用者的角度出发,提出了一种由工作负载驱动、通过组合优化的方法来解决嵌套键值存储模型的逻辑模式设计问题,旨在解决应用程序开发人员在设计数据库的逻辑模式时不能有效捕捉工作负载中蕴含的对模式设计的指导信息。本文基于工作负载以及应用概念模型中实体及其关系的完整性,设计了候选模式枚举算法以产生组合优化问题的解空间。接着,定义了一个GMDB内存数据库的成本模型,并基于该成本模型构建了出优化目标函数。最后,通过求解该组合优化问题来生成最终的模式,并且基于生成的模式给出回答每一个工作负载的执行计划。本文基于以上描述实现了一个模式推荐系统原型,通过对比该模式推荐系统生成的模式与其它方法设计的模式在相同工作负载下的性能表现,验证了该方法的正确性和有效性。 (2)本文从数据库实现的角度出发,针对结构化的嵌套键值对在数据库中的存储格式,设计并实现了一个基于模式的、具有可遍历性的二进制序列化格式,以解决在内存数据库使用场景下,序列化存储的嵌套结构数据存在序列化和反序列化时间成本高的问题。该编码格式在序列化后的数据中加入微型索引信息使其具备可遍历性,并且保持了数据在内存中的字节序,使其无需反序列化即可读取原始字节流中某个字段的数据。同时,采用变长字段和定长字段分离存储的方法,大大提高了修改序列化后变长字段数据值的速度。最后,本文模拟在内存数据库中的使用场景,进行了一组实验,将该编码格式与一些主流的序列化规范进行了数据字段访问、数据修改操作的性能对比。实验对比显示,该编码格式与其它不具备可遍历性的序列化规范相比,在数据字段访问操作上具有更快的速度;与具有遍历性的序列化规范相比,在更新数据库字段的场景下有更快的速度,尤其是对变长字段的更新。

关键词： 食源性致病菌   芽孢   SERS技术   固相基底   快检  

摘要： 食源性致病菌芽孢由于抗逆性强不易杀灭,是危害食品安全和人类健康的主要潜在隐患。相关防治研究近年来受到学界和工业生产的广泛关注。而检测是防治的前提,传统检测技术受时效性限制,开发灵敏高效的芽孢快检技术是食品安全领域亟待解决的关键问题。表面增强拉曼光谱技术（Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS）是一种新型生物“指纹”图谱识别技术,可以提供丰富的理化结构组成信息和生物信号,具有无标记、操作简便、耗时短和信号强等优势,满足食品安全领域细菌芽孢快速检测的需求。基于高质量的基底材料是SERS技术良好检测性能的关键,本研究围绕优化完善与制备高性能基底材料而开展,将传统微生物检测方法与SERS技术互相印证,突出其检测优势和定性能力,并制备了两种多热点均匀排列结构和新型复合材料的SERS基底,结合多元统计分析方法和化学计量学构建识别模型和定量关系,从而达到灵敏高效的芽孢定性定量快检目的。本研究分为三个部分,具体内容如下:（1）基于溶胶基底的SERS技术对食源性芽孢菌快速识别研究。本章以市场上随机选购的火腿肠为研究对象,通过（非）热激处理方式、不同培养基的选择培养分离纯化出8株典型菌落。经过革兰氏染色镜检和PCR鉴定,结果为地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、产气荚膜梭菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、克雷伯氏菌、植生拉乌尔菌、解鸟氨酸拉乌尔菌。通过表面增强拉曼光谱技术分别对8株菌采集其SERS光谱,在400-1800cm-1主要特征峰集中区域进行光谱解析,借助显著或细微的光谱特征峰差异成功区分不同类型食源性病微生物。此外结合多元统计分析结果表明:PCA前三个最佳主成分累计贡献率大于95%,识别率良好,每种微生物的SERS光谱独立成簇可以彼此区分开,实现不同微生物的分类识别以及革兰氏阴性菌和阳性菌的区分。为食品安全和微生物快检领域提供了一种快速有效可靠的手段,为基于SERS技术的细菌芽孢后续定性定量分析提供理论依据和奠定基础。（2）种子介导自组装固相SERS基底制备及芽孢传感研究。本章通过种子介导生长法优化纳米结构的尺寸和形状,并结合液相界面自组装技术制备了一种密集热点有序排列的固相基底材料（Ag NPs Self-assembled solid-phase,Ag NPs-SASP）。这种均匀的二维阵列呈膜状附着在硅片上,具有良好的SERS重现性和增强效应,增强系数高达1.79×10～4。对3种不同食源性致病菌芽孢进行SERS检测其峰位归属分析结果表明:Ca2+-DPA（芽孢内核标志2-6吡啶羧酸与钙的络合物）的拉曼特征峰在不同芽孢SERS光谱中占主要地位,且峰数量和峰强度存在显著差异。不同的芽孢在不同波段具有的独特特征峰分别归属于芽孢的不同生物结构和化学键振动形式。结合聚类分析既实现了3种芽孢之间的有效区分,也实现了梭菌和杆菌属芽孢的种属区分。线性判别分析完全区分了3种芽孢的SERS光谱,具有良好的灵敏性和特异性。可以实现不同芽孢的快速准确鉴别。基于本章开发的Ag NPs-SASP基底材料的SERS技术为食源性致病菌芽孢检测和食品安全风险控制提供了有效手段。（3）基于液面组装的石墨烯@银复合基底优化及芽孢快检研究。本章我们基于SERS技术将Ag NPs搭载在石墨烯薄膜上,制备了石墨烯@Ag-MLF（石墨烯@纳米银单层液膜）复合结构的新型SERS生物传感器,通过场发射扫描电镜及其EDS元素分布mapping表征了均匀的基底形貌和不同元素的分布,对三种不同芽孢进行SERS检测结果表面增强因子达到10～7以上,丰富的特征峰归属解析也可以为芽孢的初步识别鉴定提供支持。此外,SERS增强性能稳定,重现性良好（RSD<3%）;结合多元统计和化学计量学方法分析结果表明PCA前三个主成分的累积方差贡献率高达96.35%,聚类分析实现不同芽孢光谱之间的的无干扰独立分簇。在最优主成分的基础上应用KNN和LS-SVM构建快速定性识别模型进一步分析,其中LS-SVM的预测集和训练集均达到100%实现完全区分。最后,基于石墨烯@Ag-MLF基底材料对三种不同芽孢进行定量检测其检测限在10～1-10～2CFU/m L之间,SERS强度与芽孢浓度之间呈现良好线性关系。这种新型材料石墨烯@Ag-MLF复合结构SERS传感平台具有快速灵敏、稳定的良好传感性能,为SERS技术在食品安全和微生物检测领域的应用提供了有力的技术支持。

关键词： “文学阅读与创意表达”任务群   结构化设计   学习活动  

摘要： 要实施好“文学阅读与创意表达”任务群，必须结构化设计学习活动，注重活动情境的创设，整合相关学习资源、学习策略与学习工具等要素，有效组织各类语文学习活动，以促进学生语文核心素养的发展。

关键词： NX源代码开发   三维模型   图结构化   网格通用可视化格式  

摘要： 随着科技的发展和进步,计算机技术在工业制造业领域逐渐占据重要地位。设计人员可以在计算机提供的虚拟环境下对产品进行设计与展示,同时可以评估产品设计中可能出现的问题与产品缺陷,从而提高了产品的设计效果和产出效率,大幅度的降低了产品生产制造的成本。与此同时,人们的生活质量逐渐提升,在关注产品功能效果的同时,也开始注重产品外观的美感。为了应对工业产品设计过程中日益增加的外观设计任务,NX等工业软件的研发人员正在致力于开发一款产品外观推荐系统,但目前在NX平台中的外观推荐系统设计过程中存在三维模型无法应用到机器学习方法中进行特征提取等问题,这些问题也阻碍了NX中很多其他项目的设计与发展进程。针对上述现状与背景,本文致力于通过NX平台的源代码开发,提出一种网格通用可视化格式文件,该文件可以由三维模型通过图结构化来生成,可以被机器学习方法接收和使用,同时设计并实现三维模型的图结构化方法,以解决上述外观推荐系统设计过程中遇到的问题,主要的研究工作如下:(1)研究目前三维模型的表示方法,提出一种网格通用可视化格式文件,对三维模型的必要信息与属性进行存储与管理,该文件可以被机器学习方法接收和使用,使得三维模型可以通过这个文件应用到机器学习方法中进行特征提取。(2)研究NX平台下三维模型从输入到显示过程中的数据传输与流动,以此设计并实现三维模型的图结构化方法,将三维模型转换为网格通用可视化格式文件。(3)在NX平台下对三维模型的图结构化方法以及网格通用可视化格式文件进行测试与验证,对该类型文件在机器学习方法中的可应用性进行测试。通过以上研究工作,解决了外观推荐系统设计过程中存在的三维模型特征提取难问题;缩小了机器学习方法与工业软件之间的隔阂,越来越多的机器学习方法可以通过本文的研究成果更好的应用在工业软件上;网格通用可视化格式文件是三维模型图结构化的产物,后续也可以对文件进行扩展,来满足NX平台下各个功能模块对三维模型的不同需求。本文的研究工作符合未来三维模型设计的发展趋势,具有重要的现实意义和使用价值。

摘要： 在“第九届中小学优秀体育与健康教育课教学观摩展示交流活动”（以下简称“本届展示活动”）中，笔者执教的高二《篮球：持球三威胁——运球进攻》一课作为自定教材进行现场展示，结合前期备课、磨课的设计思路，就如何基于模块视角，以学科大概念为核心，以主题为引领，使课程内容结构化，实现学习内容的有趣、有用，取得了较好的课堂教学效果。一、知识与技能结构化设计思路1.逆向拆解形成篮球项目模块“大结构”

关键词： 结构化理财产品   碳金融   碳排放权   清洁出行   蒙特卡洛模拟  

摘要： 2021年,中国正式提出碳达峰、碳中和的“双碳”政策目标,该目标的提出意味着碳金融将会成为未来中国金融市场的重要组成之一。各大金融机构也意识到碳金融的重要性并不断开发与完善碳金融产品。然而,目前碳金融市场仍存在资金缺口巨大、产品种类不足等一系列问题。基于以上背景,本文结合低碳政策导向,聚焦清洁出行领域,设计出一款将资金投资于广东省的碳金融结构化理财产品。本产品的设计过程主要可以分为三部分,第一,产品设计前的准备阶段,首先,该部分主要是对相关的研究进行介绍,为产品的后续设计提供理论依据。其次,细分产品的定位,对目前产品面临的市场环境和客户进行调研,了解市场与客户的需求,得出该产品设计的可行性。第二,产品设计的构建阶段,设计一款以21深圳地铁MTN004(碳中和债)和碳排放权为挂钩标的的结构化理财产品。完成设计方案后对产品进行定价,固定收益部分使用现金流贴现进行定价。衍生品部分以广东省碳排放权前1年收盘价作为定价数据,使用GARCH模型估计波动率,估计得出广东碳排放配额(Guang Dong Carbon Emission Quota,GDEA)年波动率为0.2214。在此基础上分析资产价格概率分布,运用蒙特卡洛模拟出资产价格的所有可能变化路径,并贴现出期权部分的价值。最后综合两个部分确定本款理财产品的理论价格。第三,产品设计后的分析阶段,产品设计完成后,需要对该款产品的优势进行对比分析、对内外风险进行揭示,以此来进一步反推产品的可行性。最后基于上述分析,从产品、渠道和品牌三方面为产品设计出一套比较合理的营销策略。经过分析,本文最终得出了一款收益为1.2%+的保本浮动收益6个月期碳金融理财产品,预期收益率为2%左右。产品带来的碳减排量约为105吨。

关键词： 形式化方法   安全攸关系统   形式规约   形式分析与验证  

摘要： 形式化方法包括计算系统（软硬件和网络）的规约、构造、分析与验证的数学基础、技术和工具。随着安全攸关系统在国民经济和国防等关键领域的应用越来越多，复杂系统可信性问题日益凸显。形式化方法已经成为开发安全可靠的安全攸关系统的关键技术之一，也是解决中国“缺芯少魂”的核心技术之一，同时也是国际学术前沿。文章回顾国内外形式化方法研究现状，分析国内外研究差距，并提出加强中国这方面基础研发的若干建议。

关键词： 分散计算   去中心化存储   多副本技术   副本数量调整   动态副本放置  

摘要： 随着数字时代的发展,越来越多的图像、音频、视频等非结构化数据由智能终端设备产生并进行存储与访问。传统的集中式存储系统通过各节点与数据中心回传进行交互,从而会造成高昂的回传成本以及响应时延,因此当面对资源受限以及时延敏感的救灾场景时,集中式存储系统并不适用于其中。为解决上述问题,分散计算的概念逐渐兴起,它通过无线通信将各个节点连接后,形成一个去中心的移动自组织网络,从而充分利用分散的计算资源,降低数据的传输时间以及传输成本。然而由于分散计算场景中的各节点的动态性、易失效以及资源受限等特征,导致非结构化数据存储的可靠性难以保障。 本文针对分散计算场景中的上述问题,设计并实现了一个基于IPFS的去中心非结构化数据存储系统,通过多副本技术保证非结构化数据的存储可靠性,为分散计算场景中上层任务调度与执行模块供非结构化数据存储支撑,避免因节点资源受限或节点失效等情况造成数据丢失。 针对分散计算网络会出现用户并发访问量增大导致响应困难,以及集群中存储的文件副本过多而用户很少访问导致存储资源浪费这两个问题,出一种基于文件访问热度的副本数量动态调整策略。该策略通过统计文件访问次数,基于LSTM神经网络预测算法预测出未来文件访问次数,进而计算文件的实时访问热度值,结合指定的文件初始热度值,计算出文件的总访问热度值,最终根据文件的总访问热度值的大小,动态地调整集群中存储的文件副本数量。 针对分散计算网络中节点的动态性、异构性以及节点资源受限等情况,出了一套副本放置、删除以及用户访问节点选择的策略。面对副本放置的情况,该策略基于马尔可夫预测模型预测出节点的失效率,并选择失效率低的节点作为放置候选节点集,然后采集候选节点的性能参数,通过层次分析法量化节点的性能指标,选择合适的节点作为最终的副本放置节点。当面对副本删除时,选择删除磁盘利用率高的节点上的文件副本,从而最大限度地释放集群中的存储资源。当用户访问文件时,根据节点的网络带宽选择响应能力最强的节点,从而减少响应时间。 基于以上技术研究,本文详细设计并实现了去中心化移动网络下的非结构化数据存储系统,搭建了分散计算架构的验证环境进行了详细的测试。最终实验结果证明,本文实现的非结构化数据存储系统适用于分散计算集群中出现的节点动态、易故障和资源受限等问题,并且满足分散计算上层模块的非结构化数据存储需求。