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关键词： 形式化方法   动态系统   李雅普诺夫屏障证书   混合整数规划  

摘要： 信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)是一类集成了计算、通信、控制和传感技术的复杂系统,广泛应用于智能交通、工业制造、航空航天、智能家居等领域。动态系统理论提供了一种数学建模的方法,可以用来描述CPS或其子系统的运动状态和变化趋势,并实现控制和优化。通过动态系统建模,研究人员能够更清楚地了解系统的行为和特征,探索系统的内在规律和机制,从而为系统的设计和控制提供参考和指导,提高系统的可靠性、安全性和效率。但由于动态系统行为的复杂性和不确定性,传统的建模方法面临准确性、效率和可扩性方面的挑战。深度学习技术为动态系统提供了简单、灵活的建模方案,然而其难以解释的特点限制了它在安全攸关领域的应用。形式化方法能在一定程度上弥补深度学习技术的缺陷,该方法通过数学计算和逻辑推理来分析系统的设计并检测潜在的错误和缺陷,为计算机软件系统的正确性提供严格保证。本文针对具有安全性和可达性的动态系统提出了形式化学习方法,该方法结合了深度学习强大的建模能力和形式化方法的严密逻辑来自动学习和验证动态系统模型,确保它们符合预定义的规约——安全性和可达性。其中,安全性是指对于给定系统的初始状态,系统在随时间演化的过程中不会进入不安全状态集;可达性是指系统状态随着时间的推移总能进入目标状态集。本文的研究内容如下:·研究了面向离散系统的形式化学习方法。设计了离散系统的神经网络李雅普诺夫屏障证书(Lyapunov Barrier Certificate,LBC)及其训练方式,LBC是表明系统具有安全性和可达性的通用证书。训练得到的神经网络证书通过混合整数线性规划技术得到验证,这种优化技术可用于解决涉及连续变量和离散变量的数学优化问题。通过将神经网络的验证问题表述为具有二值变量的优化问题并求解,即可判定模型和神经网络证书是否满足规约。实验结果表明,该方法能够成功合成离散系统的LBC,且与DDPG(Deep Deterministic Policy Gradient)相比有更好的长期预测效果。·研究了面向连续系统的形式化学习方法。由于连续系统和离散系统具有不同形式,这导致了李雅普诺夫屏障证书的形式也不同,因此需针对性地设计损失函数。为了验证连续形式下的LBC中的李导数条件,需要采用混合整数二次规划,这种规划技术用于解决包含线性约束和二次约束的优化问题。在实验中,应用这一形式化学习方法成功合成了神经网络证书,且准确地重建了系统的向量场。·对上述两种方法实现了一个形式化学习框架FLMSR。该框架由三个交互部分组成:Learner、Seeker和Verifier。其中Learner用于联合学习动态系统模型和神经网络证书,Seeker对系统状态空间进行采样,通过仿真寻找反例,反例会在下一次迭代中用于更新模型和证书。Seeker寻找反例的方式是算力节约型的,如果这种方式未能找到反例,Verifier将对模型和证书进行验证,以对模型的安全性和可达性提供形式化保证。

关键词： 视线检测   运动视线   大数据分析   视线算法   形式化方法  

摘要： 近年来,视线分析模块的研究越来越热,在体育计算、人机交互、运动心理学等众多领域都有着广泛的应用。眼睛是心灵的窗户,人类有许多意图可以通过视线来表达,视线经过或停留在某处,都能在一定程度上表示某种信息。并且经过初步实验证实,视线行为与人类行为具有相关性。此外,人们在做同一件事情时,产生的视线信息是可以进行模式化的。本文针对运动视线与运动效果相关性的问题,实现视线判别算法和关联分析统计算法来检测并分析视线大数据,从而得出与其相关的视线行为表达的信息和产生的效应。通过代数式形式化表达视线模式,并总结出在应用案例中的视线模式范式。本文将运动分为有视线运动和无视线运动,通过定义视线算子、代数表达式来表示视线范式。首先,本文设计了帧率检测算法,将视频按照合适帧率截取成图片。其次,针对视线大数据分析中的数据提取需求,本文提出了相应的视线判别算法,分别为:视线左转算法、判断眨眼算法、视线驻留时间算法和视线范式算法。本文使用人脸识别模型识别出人脸68个关键点,并提取眼睛周围的12个关键点的坐标。视线左转算法通过识别瞳孔和眼角坐标,计算出视线方向及视线落点,比较前后两张图片中的视线方向,并确定左转阈值,根据阈值判断是否发生左转。判断眨眼算法根据眼睛周围坐标计算出上下眼睑的坐标,根据上下眼睑之间的距离判断是否发生眨眼。视线驻留时间算法对图片流进行识别,计算连续图片中视线未发生变化的图片数量,将其按照帧率和图片数转化成时间单位,计算出每次视线出现的驻留时间。视线范式算法通过定义的视线算子将视线模式进行形式化表达,通过形式化语言及公式表达视线模式,并分析在应用案例中产生的视线范式。基于统计的数据分析模型也是目前还需要继续研究的领域。通过实现统计类算法来分析影响因子在实验中的显著性进而直观的判断有视线运动和无视线运动的区别,为进一步决策分析奠定基础。为此,本文研究视线模式与行为相关性分析模型的实现算法。首先实现了线性回归算法,用来判断各视线属性产生的效果。然后实现了方差分析,能够将视线对运动的利弊关系可视化。最后,本文实现了视线行为检测与相关性分析系统,将本文实现的视线判别算法和相关性分析算法整合到系统中,实现可视化界面,并将其应用到视线大数据算法分析幼儿运动量和视线大数据算法分析乒乓球技战术案例中。本文在方法、技术以及领域应用这三个方面展开研究,实现了视线模式的形式化表达。经过实验,本文提出的视线检测算法可以准确识别出视频中人物的视线行为,并通过相关性算法分析证实了视线行为与运动效果具有强烈的相关性,并将此结论应用于运动视线分析中。

关键词： 整式   结构化   单元整体教学  

摘要： 《义务教育数学课程标准(2022年版)》要求建立结构化的数学知识体系.单元整体教学是实现教学内容结构化的路径之一.本文以内容结构化为指导，梳理初中阶段“整式”相关内容，构建了“整式+概念”“整式+运算”“整式+关系”的教学内容体系，给出单元教学思路，并以章起始课“代数式”作为示例.

关键词： 列车运行控制系统   形式化方法   基于模型的开发   需求规范   建模验证  

摘要： 列车运行控制系统是保障列车安全与高效运行的核心。目前中国列车运行控制技术整体已步入世界先进水平，正在向智能化、智慧化方向发展，迫切需要以自主化工具平台支撑的正向研发设计方法。形式化方法是保障列车运行控制系统功能正确实现的关键。文章首先回顾了列车运行控制系统的发展过程，分析了计算机时代列车运行控制系统的特点；总结了国内外列车运行控制领域形式化的应用研究、取得的进展和趋势，并对比了国内外列车运行控制领域形式化研究的差异；最后提出了采用基于模型的系统工程方法进行列车运行控制系统正向设计的发展方向，并从系统正向顶层设计、形式化技术自主化和人才队伍培养方面给出了发展建议，力求实现功能强大、覆盖全面、性能先进的列车运行控制系统。

摘要： 学科教师不仅要注重学科本身知识技能的传授，还要培养学生自主发展和进行社会实践等能力。在小学语文教学中，如果教师对课文精讲细分，学生对课程整体的把握就比较有限，为了提高小学生的语文核心素养，教师要在单元整体教学上进行优化设计，注重知识体系的架构和知识之间的联动效应，促进学生综合素质的提升。本文就核心素养下小学语文单元整体教学的有效路径展开阐述。

关键词： 大数据   面向数据的体系架构   数据注册中心   微服务   非结构化数据   注册引擎  

摘要： 为更好解决非结构化数据注册的问题,采用面向数据的体系架构(DOA)的思想和相关技术,结合DOA的数据注册中心(DRC)与微服务设计理念,设计并实现一个基于微服务的非结构化数据注册引擎,实现非结构化数据的自动注册与实时监听。实验结果表明,注册引擎能够实现零重复注册且高效的将数据注册信息采集并写入DRC中,具有高扩展性、高稳定性等特点。

关键词： 数字图书资源   分布式储存   元数据   非结构化查询   Hadoop架构   资源文件  

摘要： 为通过有效组织无序与零散资源的方式,使整个数字图书资源的存储环境逐渐趋于系统化,设计非结构化数字图书资源的分布式储存方法。按照元数据定义原则,完善与资源信息相关的非结构化查询标准,再遵循既定的编码原则,分析非结构化数字图书资源的实际存储能力。在此基础上,建立Hadoop存储架构,联合已读取的资源文件信息,确定具体的分布式浏览系数,实现非结构化数字图书资源分布式储存方法的顺利应用。实验结果表明,与传统云存储方式相比,分布式存储方式在零散数字图书资源组织与整合方面的应用能力更强,可较地好维护系统化的资源信息存储环境。

关键词： 《茅屋为秋风所破歌》   初中古诗词   深度学习   学科素养   初高中衔接   结构化教学设计   课堂教学   教学质量  

摘要： 目前,区域内初中古诗词的教学质量无法达到初高中衔接的要求,教学现状停留在较浅层次,老师无非就着诗句解析,组织学生朗读,只停留在读读背背层面上,诗句读背或赏析而已。落实课程标准核定目标、培养学科素养、完成学业质量等方面有待提高。那么,初中古诗词课堂教学如何优化,以便更好地指向深度学习,完成学业质量,发展核心素养。优化古诗词课堂教学,其核心是结构化教学设计。