强化工程案例教学,促进研究能力培养——以“MATLAB与化工数值计算”课程为例

为了更好地培养学生基于科学思维和工程实践的研究能力,以大量真实化工案例剖析为驱动,将工程案例教学法有机融入“MATLAB与化工数值计算”各个教学环节,通过工程案例教学架构设计、工程案例教学群组开发、工程案例教学方案实施以及工程案例教学考核评价等多种教学方式来不断强化学生利用先进技术方法和工具解决化学化工过程复杂工程问题的专业综合能力,有效助力我国能源化工行业“工业4.0”的升级与改造。

基于时间感知主导资源公平的边缘函数计算负载调度算法

针对边缘函数计算服务FaaS中不同负载之间资源抢占导致的资源分配不公平、利用率不高的问题,提出一种时间感知的主导资源公平调度算法。首先,分析了现有主导资源公平调度算法在应用到边缘函数计算服务时的不足;其次,提出加入函数实例运行时间权重,并通过时间感知队列和主导资源公平队列协同实现对函数运行所需要的资源进行公平分配和集群资源充分利用;最后,基于主流开源函数计算服务平台的调度器对算法进行了实现。采用公开负载运行数据集的测试结果表明,该算法最多提升了18.1%的CPU利用率和21.8%的内存利用率,并且执行时间最多降低了26.1%,能够有效提升边缘函数计算服务的资源分配公平性,且提高了资源利用率。

计算成像技术中的点扩散函数工程

围绕光学成像中点扩散函数(Point spread function,PSF)在计算成像中的新内涵与应用,介绍了传统光学成像中PSF的概念以及PSF在光学系统设计中关键作用,并简要说明了几种利用PSF恢复图像算法以及图像评价指标。在此基础上以计算成像框架下信息传递的视角重新审视了PSF的内涵,从狭义、广义光学系统两个方面对计算成像领域中的相关研究进行了归纳总结,最后展望了PSF工程技术的应用前景及发展趋势。

球形分层大地格林函数的理论推导和数值计算

目前球形分层大地格林函数在理论推导和数值计算方面还存在着较大的困难。首先,通过球形分层电磁理论推导无穷勒让德级数形式的格林函数,并提出勒让德级数权重函数的递推算法。在此基础上,提出求解球形分层格林函数的复镜像方法,将格林函数的无穷级数求和转化为复镜像位函数的叠加,并推导算法的误差上限计算公式,通过算例验证方法的准确性。针对地球尺度级别球形分层格林函数的数值奇异问题和极缓慢收敛特性,提出基于多精度算法的解决方案,进一步证明复镜像法在计算速度和精度上的优势。所提方法能够解决球形分层格林函数的理论和计算难题,为求解地球尺度级别球形分层格林函数提供有效解决方案。

一种高效的Softmax函数计算方法及硬件电路

针对现有Softmax函数硬件实现中存在的面积消耗大、速度慢、计算效率低等问题,设计一种高效的Softmax函数计算方法及硬件电路。提出一种稀疏化最大值计算方式,仅选择有效的输入值进行计算和存储,并采用动态移位更新最大值的方式将最大值求取隐藏在流水线中,提高计算效率;优化分段线性拟合算法,避免乘法器的使用,减少了硬件资源开销。基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的语音识别实验的结果表明,本方法减少了60%的指数存储需求,同时减少了50%的Softmax计算时间。在45 nm互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺下的逻辑综合实验表明,所实现的Softmax函数相较之前的工作,电路综合性能提升14%,面积减小51%。

MATLAB软件辅助高等数学教学——以计算机类专业为例

鉴于在高等数学相关函数和定积分的教学中缺少应用场景介绍和学生空间想象力弱等问题,采用MATLAB软件辅助高等数学教学,通过图形直观展示其应用场景和自行编写代码计算定积分。结果表明:将MATLAB软件融入课堂教学不仅提高学生学习积极性,还加深学生对概念及定义的理解,使学生获得直观的感性认识和理性认识,提高了课堂的教学质量和效果。

多元函数相关问题的Matlab实现

本文借助于Matlab强大的绘图功能以及高效计算功能,针对多元函数偏导数的几何意义以及二重积分、三重积分的计算问题给出了Matlab程序,增强了利用数学软件工具分析问题、解决问题的能力。This paper utilizes Matlab’s powerful drawing and efficient calculation functions to provide Matlab programs for the geometric meaning of partial derivatives of multivariate functions and the calculation problems of double and triple integrals, enhancing the ability to analyze and solve problems using mathematical software tools.

Matlab在解析函数洛朗展开中的应用

本文研究了将解析函数展成洛朗级数的方法.一般将解析函数进行洛朗展开主要有直接法和间接法,但计算的工作量较大。本文通过编写Matlab程序实现了在实极点和纯虚极点的邻域内解析函数的洛朗展开,解决了应用Matlab求纯虚极点处极限时的报错问题,为研究洛朗级数提供了一种新途径,大大提高了求洛朗级数的效率。

基于MATLAB的固体料仓壳体的设计计算

固体料仓壳体设计时,需要多次反复校核,工作量极大且易出错。以标准NB/T 47003.2—2009《固体料仓》为依据,采用MATLAB数值计算软件编写了一套固体料仓壳体的设计计算程序。输入主要参数后程序可以快速地求出结果,并可将结果用图形化形式显示,便于参数调整和结论评定。

面向函数计算的信息论和编码

在云计算、大数据、物联网和人工智能的共同刺激下,数据量在不断膨胀。经典的香农信息论仅着眼于“语法”层次,即传输信息符号的准确程度如何,且各类信息的编码均面向人类,如文本、图像、语音、视频等。数据和智能时代各类信息的编码或面向智能体,目的为某种任务的达成或功能的实现,其注重“语义”和“语用”层次,这些均可看作信息的运算、量化等函数计算。因此,提出并讨论了面向函数计算的信息论和编码。主要论述三个方面的内容,首先是分布式函数压缩,考虑相关信源下的算术和函数压缩系统,基于图染色的方法,完全刻画了模型的压缩容量;其次是网络函数计算,考虑在任意的网络上计算任意目标函数,使用割集强划分的方法,得到了一个新的基于割集的“普适”上界,这是目前最好的“普适”上界;最后是信息论安全网络函数计算,考虑任意网络上计算任意目标函数,并且满足任意给定的安全性限制,采用信息论和图论等知识,刻画了安全计算容量的一个上界,并提出了一个线性的函数计算安全网络编码的构造方案,从而得到了安全计算容量的一个下界。

非均匀预紧力作用下螺栓连接框架结构频响函数计算

机械装备中的框架结构大多通过螺栓连接在一起,各螺栓之间出现非均匀预紧会对框架结构的振动特性参数(如频响函数)产生明显的影响。基于有限元法提出了一种考虑螺栓非均匀预紧的框架结构频响函数计算方法。按照频响函数的定义,根据模态叠加原理推导出适用于螺栓连接框架结构频响函数的计算公式;从服务于频响函数计算的需求出发,基于ANSYS软件阐述了螺栓非均匀预紧的模拟及提取包含非均匀预紧的框架结构刚度及质量矩阵的方法;给出了基于ANSYS和Matlab两种软件平台对螺栓连接框架结构频响函数进行计算的分析流程;以一个包含4个连接螺栓的框架结构为对象进行了实例研究,用试验证明了所提频响函数计算方法的合理性,在此基础上从试验及仿真两个角度分析了螺栓预紧力对框架结构频响函数的影响。结果表明,随着螺栓预紧力的增加,框架结构固有频率及频响函数峰值均变大。

基于MATLAB的赖特函数分区算法研究及实现

物理数学中的多数特殊函数可将复平面划分区域采用不同数值技术来计算。赖特函数在分数微积分及其工程应用中有着重要作用,作为一类新型特殊函数也可使用分区算法进行数值计算。通过研究赖特函数在大参数下的渐近展开式和公式中系数的计算方法,修正积分表达式及积分半径选择定理的错误,进一步改进完善复数域赖特函数的分区算法,并利用MATLAB软件进行编程仿真分析算法精度。实验结果表明,分区算法的适用性广,有良好逼近效果。

基于MATLAB的一元二次函数APP设计及教学应用

在“互联网+”时代,信息技术的运用对中学数学教学产生着深刻影响。本文中设计了一款基于MATLAB的一元二次函数APP,不仅可展示一元二次函数的静态曲线图像,还能动态演示函数曲线随参数变化的效果,这对于激发学生学习数学的兴趣,培养学生数形结合思想解决问题的意识,提升课堂教学效率有一定的积极作用。

MATLAB在“计算机控制系统”课程教学中的应用

“计算机控制系统”是自动化专业的一门重要课程,它理论性强且实践操作要求高,使用传统的教学模式难以达到新工科建设的要求。为解决该问题,可在理论与实验教学中融入MATLAB软件,将其作为辅助设计与仿真的工具。文中以时滞系统的控制器设计为教学案例,实践表明,该方法能有效激发学生的学习热情,促进他们对专业知识的深刻理解和应用,同时提升课堂的教学质量和效率,进一步改善学生的学习效果。

Excel自定义函数在道路工程坐标计算中的应用

在道路工程测量中,坐标计算工作具有精度高、重复性强、计算量多、出错率大的特点。计算完成后仍须再次检核,以避免工程结构放样错误。现有道路计算软件多,但质量参差不齐,使用要求多,运用局限性强。基于Excel表格交互性强、自定义函数开放性高、功能区直观性好的特点,利用Excel内置VBA语言编写自定义函数,完成道路工程坐标的计算和检核。

基于Copula函数模型的计算机网络可靠性预测方法

由于计算机网络组件之间的依赖关系无法有效捕捉,导致计算机网络可靠性预测时间延迟较长。对此,设计一种基于Copula函数模型的计算机网络可靠性预测方法。从起始节点出发,通过优先搜索逐步扩展至相邻节点,直至到达目标节点,确定网络的最小路集。运用Copula函数模型有效捕捉多个网络组件之间的依赖关系,设置可靠性指标。基于这些可靠性指标和最小路集信息,构建一个计算机网络可靠性预测模型。该模型不仅考虑了网络结构的特点,还融合了历史运行数据,从而能够实现对计算机网络可靠性的准确预测。实验结果表明,设计的基于Copula函数模型的计算机网络可靠性预测方法,平均预测时间延迟仅0.27 s,优势显著,表明该方法能够在较短的时间内完成预测任务,且预测结果可靠。

计算机技术在数学函数教学中的应用研究

本文聚焦于计算机技术在中等职业技术学校数学函数教学中的应用,通过深入分析计算机技术的特点与优势,探讨其如何融入函数教学过程。本文详细阐述了利用计算机技术实现教学活动等方面的具体实践,分析了其对学生学习效果的积极影响,包括提升理解能力、激发学习兴趣、培养数学思维等。同时,也指出了可能面临的挑战与问题,为优化数学函数教学中计算机技术的应用提供了有价值的参考,以推动教学质量的提升和学生数学素养的发展。

基于“对分课堂+混合式学习”高职计算机基础课程深度学习研究——以Excel函数教学为例

文章通过应用“对分课堂+混合式学习”这一教学模式,在高职计算机基础课程中进行了教学实践,以Excel函数教学为例,对教学的实施过程和考核评价方式进行分析和讨论,探讨了这一教学模式对帮助高职学生提升深度学习能力的影响。根据教学实践的结果反馈,分析了教学实施过程中存在的问题,并从教学的整体设计、互动环节设计以及考核评价方式等几个方面提出了改进策略。

点扩散函数的一维数值计算及其MATLAB实现

通过应用复指数函数与Bessel函数的展开关系和将径向对称的光瞳函数展开成方位角的Fourier级数的方法,可以将衍射受限光学成像系统的点扩散函数的二维Fourier变换的计算转换为一维Fourier变换和一维Hankel变换的计算。并借助MATLAB软件在计算机上实现了编程计算。与二维Fourier变换计算方法相比,一维计算可以方便而清晰地获得像平面上任一确定方向的点扩散强度分布。与Fortran、Basic和C等编程计算语言相比,应用MATLAB语言编程计算,程序语言简洁,且大大降低了使用者对数学基础和计算机语言知识的要求,是进行科学与工程研究的高效工具。

基于Matlab系统函数法的汽车轮胎力计算研究

针对轮胎力在汽车动力学模拟及控制系统开发中的重要作用,研究了利用Matlab/Simulink软件中的系统函数来建立Gim理论轮胎模型的模块化实现方法,所建立的轮胎模块在车辆动力学模拟中可直接作为Simulink中的子模块被调用来计算地面作用于汽车轮胎的纵向与横向力。通过动力学数值仿真与实验测试结果的对比分析表明:Gim理论轮胎模型具有很高的精度,能准确的预测轮胎的力学特性,所建立的轮胎子模块通用性强,所需参数少,可直接应用于各种车辆动力学分析与控制系统的研究中。