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醫學檢驗技術研究范文1
1.當前藝術設計專業實踐教學中存在的問題
就創意產業的需求狀況來看,藝術設計專業實踐教學還存在一些不足之處,藝術設計專業教師設計經驗不豐富,理論教學能力與實踐教學能力不對稱,課堂實踐教學模式不科學,項目實踐教學實效性不強等。
(1)教師實踐教學能力欠強。
在藝術設計專業實踐教學中教師的實踐教學能力最為關鍵。教師在創意人才的培養中應當身兼兩種角色,即教師角色和設計師角色。只有這樣才能給學生更有針對性的指導。但是就目前情況來看,藝術設計專業教師雖然在理論教學方面就有一定優勢,但是他么大多長期從事教學實踐理論研究,缺乏必要的設計實踐經歷。因此對于教學中經常出現的實踐問題通常都放到學生的實習階段,交由企業設計師完成。而企業設計師在培養學生方面雖然具有一定的實踐優勢,但是他們時間精力不充沛,缺乏必要的教育理論指導。因此實踐教學的效率也大受影響。這是擺在當前藝術設計實踐教學中的一個重要難題。
(2)課堂教學模式的綜合性欠強。
創意產業從業人員的基礎素質是影響創意水平的關鍵?;A素質在藝術設計教學中反映為綜合性教學的實施情況。藝術設計專業教學設計學科眾多,既包含經濟學科、美術學科,同時學生又要具備一定的文化修養,了解文化知識。更為重要的是要將這些知識整合為有機統一體。因此,藝術設計教學是一門學科交叉明顯的課程。但是當前的情況在這些課程當中成為影響這些學科造成不良影響的一項重要因素。但是在當前的課堂教學中雖然設計學科眾多,但是交叉性和綜合性不強。學生獲得知識和能力都是片面的、零碎的,不能有效的整合到自己的藝術設計實踐當中。
(3)項目實踐教學的實效性欠強。
項目實踐教學是藝術設計專業實踐教學中的一項重要內容,它是通過一個具體的項目鍛煉學生綜合學科知識和實踐經驗創新能力的一個過程。在完成這項工作的過程中學生需要調動各方面的能力和素質,這樣才能不斷的優化和提升自身實踐創作能力。這一教學模式在藝術設計實踐教學中普遍應用,但是由于項目選擇和教學模式中存在的問題導致這些實踐教學項目的實效性不佳。學生在完成這些項目的過程中動力不足,作品質量不高。造成這種現象的一個重要原因還在于教學模式中存在一些傳統教學的桎梏,教學理念不夠科學。
2.創意產業視野下提升藝術設計專業實踐教學的對策
(1)打造“雙師型”教師隊伍。
創意產業視野下的藝術設計專業實踐教學的“雙師型”教師隊伍即是教師+設計師。藝術設計專業教師不僅是一名合格的教學人員,同時還應當具有設計師角色。他們應當有成功設計案例,并且經受得住市場的考驗。他們應當對創意產業有獨到的見解,雖然不能與專業設計師相比,但也要具備基本的設計師素質。再將這些設計經驗與教育教學技術和藝術設計理論相結合開展實踐教學,這樣才能確保他們實施的教育是符合社會需求的教育,同時也是最有利于學生成長的一項重要素質。為此,學校層面應當為教師專業發展提供有效的指導和幫助,鼓勵教師積極參與各種設計賽事,幫助教師轉化設計成果,在不影響教學工作的前提下引導教師參與真實的創意產業市場競爭。使實踐教學人員具備教師和設計師兩種角色。
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關鍵詞:藝術設計;實踐;教學
當前,我國高校藝術設計專業偏藝術輕技術的課程設置,使學生很難將自己的設計想法通過作品體現出來。許多學生在畢業后都會有“我什么也不會,怎么找工作”的想法,意識到自身能力不足而產生一種畏懼的心理。這是學生在學校學習期間設計實踐不足等因素導致的。構建藝術設計專業實踐平臺,讓藝術設計專業學生由“理論型”逐漸轉向“理論實踐相結合”的專業型設計人才,保證藝術設計專業學生在畢業后能順利找到工作,如何解決這一現象是院校面臨的研究課題。
1 當代藝術設計專業人才培養現狀
通過多項實踐調查,當前我國藝術高校的教學實踐內容滯后,和企業無法良好對接。設計藝術學本身是一個應用性學科,學科研究的根本目的是要為當代和未來的社會服務,尤其是要為現行的經濟建設和文化建設服務。[1]高校藝術設計專業開設的實踐課程較少,且學生需要完成的作業量也少,使學生不能充分地進行實踐鍛煉。學生往往是臨近交作業前一兩天,才東拼西湊出一件設計作品。這種教學形式既提不起學生對設計專業的學習熱情,也無法提升學生的設計實踐能力。學生在真正進入企業后,不能將學校學習的理論知識和工作實際情況很好地結合,即使在課上做過相關實踐練習,但那是在時間較充裕的情況下完成的課程實踐作業。在實際工作中,領導分配設計任務的完成時間并不會像在校時那樣充裕,導致學生不能準確、高效地完成分配的設計任務。同時,由于客戶給的設計需求通常是比較模糊的,學生不能明確客戶的需求,因為與客戶溝通不足可能會誤解對方意圖而浪費寶貴的時間。由此可見,鍛煉藝術設計專業學生的設計實踐技能至關重要。
2 藝術設計專業實踐教學平臺構想
構建藝術設計專業實踐教學平臺,通過理論教學、工作室教學和校企合作教學于一體的教學方式,改變傳統教學方式,使學生有效地進行理論和實踐的學習。藝術設計專業實踐教學平臺的構想是對設計專業綜合考慮的前提下形成的,實踐平臺相較于普通的課程教學更能引起學生的興趣,促進學生積極主動地進行設計實踐,使學生積累實踐經驗,從而保障了教學質量。其次,實踐平臺有助于學生接觸更多的實際項目,擴大學校對社會的影響。最后,實踐教學平臺的建設可以迅速提高學生的設計能力和工作能力,在學習上既能獲得成就感,也會有意識地去彌補自己專業知識上的不足。
2.1 藝術設計理論課程教學
實踐是理論的基礎,理論是實踐的升華。藝術設計專業的理論課程雖然枯燥乏味,但是離開了理論對實踐的指導,藝術設計將缺乏科學的指導而毫無章法。王受之先生在談到美國的設計教育時說,在美國洛杉磯藝術中心設計學院,藝術與設計并重,實行學分制,學生要修完136學分才可畢業,其中設計院理論課占45學分,約為總學分的1/3。當今社會,設計師需要具備的能力包括:策劃能力、造型能力、合作能力、分析能力、創造能力等。[2]高校培養的藝術設計專業人才既要熟練掌握設計流程和軟件,還須加強學生思維上的創新意識。面對激烈的市場競爭環境,僅僅只會用幾個設計軟件是滿足不了企業對員工的需求的。
2.2 藝術設計專業工作室教學
工作室是藝術設計教育的一種形式,是以某個學科專業的研究方向為基礎,由授課教師組成學科方向的研究的師資團隊,具備一定的研究設計開發實力,充分利用教學資源,進行教學科研并行工作,學生通過1~2年的基礎平臺訓練后,根據自身的發展條件和社會的需求,選擇進入各專業工作室。教學形式上采取開放式教學,研究方向由責任教師按專業設立,并由責任教師負責組建研究師資群負責本研究方向的課程設置、教學大綱、教學計劃的撰寫和實施工作室教學模式,是近現代設計教育中的一種師徒式教學訓練模式。[3]我國許多高校藝術設計專業教學缺少實習條件,缺少實踐場地,僅僅有幾個公共的專業教室且沒有配備基礎的設施。這樣的學習環境,致使學生只能在宿舍進行課后的作業練習和實踐學習。
2.3 藝術設計專業校企合作教學
我國設計類高校專業教學缺乏對學生實踐能力的培養,教師對企業的工作流程和工藝技術不熟悉,導致學生不能很好地了解目前社會企業的一些需求。為了解決這一問題,可與企業溝通聯系建立校企合作教學模式?!靶F蠛献鳌奔赐ㄟ^學校與相關企業的合作實現學校在教學方面與企業在生產中的相互支持、相互協作,最終獲得校企雙贏的人才培養模式。[4]“校企合作”教學方式對藝術設計專業學生的培養使學生在實踐中學習知識。
按照企業的模式流程運行,讓學生在實際的設計項目中充分鍛煉設計能力,使得學生在未來走出校門時可以很好地和企業進行對接。通過這種高壓的工作環境,迫使學生獲得大量設計師必備的素質和經驗。實戰的教學方式比老師講授實戰經驗更實際,對學生的鍛煉效果也更好。繁重的設計任務會逼迫學生提高工作效率。同時,學生為了提高工作效率,會多次和客戶進行溝通,使學生不至于錯誤地理解客戶需求而浪費過多的時間。學生會盡快想出解決方案,更高效地利用各種工具,想出最好的解決辦法。在完成設計任務后,項目負責人可根據每個學生的工作情況進行工作考核,可選擇工作能力較強的學生到公司實習。學校設計理論知識的教學方式和以實踐經驗為主的企業教學實踐有機結合在一起,有利于學生認識、了解企業的工作流程和技術條件。有利于學生對自己有清晰明確的認識,不會在找工作的時候擔心自己能力不足而產生畏懼的心理。有利于學生通過設計實踐意識到自己能力的欠缺,彌補自身的知識短板。
3 結語
構建藝術設計專業實踐平臺使理論教學、工作室教學、校企合作教學于一體的人才培養模式能有效提高學生的學習能力和設計實踐能力。教師通過藝術設計專業實踐平臺既提高了自身的教學水平,還能學以致用,將所學所得傳授給學生。這種教學模式對院校提高人才質量、擴大學校知名度產生了積極影響。企業可以通過實踐平臺教學挖掘到適合企業的人才并提前進行培養,使得學生、教師、學校和企業達成良性的發展。
參考文獻:
[1] 屠曙光.當前我國設計藝術學研究生教育中的問題及對策[J]. 南京藝術學院學報,2006.
[2] 楊蘭英.關于藝術設計理論教學的思考[J]. 西南農業大學學報,2009.
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關鍵詞:高職;理論實踐一體化;教學改革;考核改革
理論實踐一體化教學,是為了使理論與實踐更好地銜接,根據職業教育培養目標的要求重新整合教學資源,通過創造一種真實和仿真的職業崗位教學情景,將實踐技能和職業素養的培養貫穿于各個教學環節,將理論教學和實踐教學有機融合在一起,實現理論知識傳授和實踐技能操作的統一。它以某種工作任務或項目為載體,在教學過程中通過師生的積極互動,在學中做,在做中學,邊練邊講,練講結合,以實際操作為主,提高學生的職業能力和綜合素質。
一、高職課程教學的現狀
目前高職院校教學在一定程度上仍存在重認知輕能力、重學歷輕技能的現象,理論教學與實踐教學分時段、分場所獨立進行,造成理論教學與實踐教學脫節,其弊端已突顯出來。首先,學生之前所學習的理論知識由于長時間得不到應用而遺忘。其次,在理論學習階段,課程設置、教材編排多以學科特點和知識系統性為基礎,以教師的“教”為中心,造成理論知識偏深、偏難,脫離了學生的實際需要。再次,教學方式基本上以講授為主,缺少雙向互動的教學氛圍,缺少真實或仿真的職場情景,不利于學生職業能力的培養。
高等職業教育培養的對象是生產、建設、管理和服務一線的技術應用型人才,學生需要掌握從事具體工作的知識和技能。理論與實踐分開教學顯然不能有效培養這些職業能力,現代企業和社會對技術應用型人才的職業綜合素質要求越來越突出,以培養綜合素質與能力為目標的高職教育,必須圍繞解決職業技術領域綜合性實際問題進行,因此,高職教育的課程必須打破傳統做法的束縛,將學習過程、工作過程與學生的能力和發展聯系起來,課程內容設置強調理論與實踐相結合、知識與技能相統一,保證學生從學校平穩過渡到就業崗位,從而實現高素質技能型人才的培養目標。
二、《化學分析檢驗技術》課程教學存在的問題
《化學分析檢驗技術》是我院精細化學品生產技術專業核心課程,它是培養精細化工專業工程技術人才的整體知識結構及能力、技能結構的重要組成部分,也是后繼專業課程的基礎。同時該課程的內容占據了化學檢驗工考證內容的50%以上,并且其教學效果直接影響到專業技能和后續專業課的學習?!痘瘜W分析檢驗技術》課程傳統的教學方式是“知識傳授型”,重視理論教學,學生容易產生厭學情緒,且實驗課和理論課間隔時間長,理論課和實踐課教學內容與形式上都相對獨立,造成理論與實驗的脫節,學習效率低,基本技能訓練欠缺,這與高職院校注重實踐、注重技能的培養目標相悖,因此,改革傳統的教學模式顯得尤為迫切。
三、《化學分析檢驗技術》理論實踐一體化教學模式改革研究
(1)理論實踐一體化的課程體系重構研究。我院邀請了行業企業專家對該課程所涵蓋的崗位知識和職業能力進行分析,并結合化學檢驗工資格證書的考試內容確定本課程的教學內容。通過將理論教學內容和實驗教學內容進行整合,模擬真實的工作情景,以工作過程為指導、以七種化學分析檢驗技術種類為主線設計七個項目,每個項目將某種化學分析檢驗技術的相關理論和實踐技能融合在一起。完成前七個項目后,該課程重構出的第八個項目為綜合能力項目,培養學生遇到分析檢驗問題能獨立設計實驗方案并予以實施、能正確處理數據和撰寫正式論文報告等綜合職業崗位能力。項目設計體現了由簡單到復雜、由單項能力培養到綜合能力培養。
(2)具體的理論實踐一體化教學過程實施。將每次課定為4個學時,在有多媒體的實驗室進行教學,每次課以體現職業崗位能力的情景活動設計為載體,將理論和實踐融合在一起,為學生創設了做中學、學中做的新型學習環境,將理論實踐一體化應用在整個教學過程中。
(3)在教學方法上,采用了以任務驅動、工作情景設計為主體,輔以角色扮演、項目組管理分組教學等多種形式的教學方法。教學過程中采用啟發式、小組討論等多種形式的教學方式,整個教學過程貫穿了以學生為主體、講練結合、理論實踐一體化的教學模式。
四、學生成績考核改革研究
改變了理論考核與實踐環節獨立考核的格局,研究出合理可行、理論實踐一體化的項目考核評價方式,使評價可根據考核結果對教學效果做出正確評估,并能起到促學的作用。在考核過程中,教師要注意以下方面:(1)注重過程考核,結合學生的平時表現、課堂提問等情況進行考核。(2)學生參與考核,項目考核應由教師和學生共同對學生進行項目考核,考核學生項目完成的全過程、項目實施的成果以及其所表現的職業核心能力和關鍵能力。(項目考核評價的具體實施細則見上表)
通過理論實踐一體化構建《化學分析檢驗技術》課程內容及教學過程,著重培養學生的實踐動手能力,在教學過程中突出教學內容和教學方法的應用性、綜合性和實踐性,使課堂教學豐富起來,提高了教學質量,從而逐步實現了3個轉變,即從以教師為中心如何“教給”學生,向以學生為中心如何“教會”學生轉變;從以教材為中心向以技能項目為中心轉變;從以課堂為中心向以實驗實訓室為中心轉變,真正提高了學生的職業崗位綜合能力。
[本文系中山市教學科研課題(課題編號:D10060)及中山火炬職業技術學院教學研究課題的研究成果之一]
(作者單位:中山火炬職業技術學院)
參考文獻:
[1]張小軍.高職院校實施理論實踐一體化教學的思考[J].教育探索,2009,(10).
[2]吉智.高職課程的“理論實踐一體化”改革與實踐[J].教育與職業,2010,(9).
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1.1建立完整、完全的教學實踐過程
項目驅動模式下的服裝藝術設計教學實踐過程應該是完整的、完全的。在教學實踐的開始階段,教師要指導學生明確項目實踐教學任務,主動地收集相關信息,合作分析制定實踐計劃,分工以完成計劃實施。在項目的實施過程中,有問題出現的時候,教師要引導學生獨立思考,合作排除困難。對于有難度的項目,教師要鼓勵學生運用新的知識、技能,解決問題。
1.2培養學生的自主學習能力
項目驅動模式下的服裝藝術設計實踐教學雖然重視學生實踐的結果,但是更重視項目實施和完成的過程。在這一系列的過程中,學生作為項目的主導,會主動地理解項目實施所必須的理論知識和實踐技巧。如以“夏秋季童裝設計項目”為例,為了保證項目的順利完成,學生會在項目實施前積極地進行調查研究,準備相關資料,復習有關操作的技法和技巧??傊?,項目驅動教學模式下的服裝藝術設計實踐教學原則之一是對學生自主學習能力的積極培養。
1.3以項目完成為線索,以教學的全面順利完成為目標
項目驅動模式下的服裝藝術設計實踐教學能夠調動學生學習的積極性,在大多數學生都能順利的完成項目的前提下,教師要保證教學任務的全面、順利完成。
1.4培養學生的團隊意識和合作精神
項目驅動模式下,學生的學習是以小組為單位的,合作式的學習方式,這有利于學生團隊意識的形成和合作精神的培養。在一個大的或者高級別的項目實施過程中,可以用不同的小組組合成
項目組,確保學生在實踐學習中,既有分工又有協作。
1.5鼓勵學生的個性思維
在項目驅動模式下的服裝藝術設計實踐教學過程中,教師要鼓勵學生的個性思維、創造性思維。對于學生的奇思妙想,教師不能絕對地否定,要正確地引導,在不打擊學生學習積極性的基礎上,完成項目的實施。
1.6項目實施評價的多維度
項目驅動模式下的服裝藝術設計實踐教學不單單重視學生理論知識的掌握,而是側重于學生實踐能力和動手能力的提升。因此,在進行項目結果評價的時候,教師要運用多維度、多層次的評價方式??梢韵扔蓪W生自評,再由學生互評,最后是教師評價,最終的結果是幾種評價結果的綜合。在評價中,教師要對于不同的創作方式進行公證公平的評價,這樣有利于學生學習全面的技巧知識和創作方式。另外在最后的成績評定時,教師要綜合學生的平時成績和項目成績兩項來完成,要重視學生在項目實施過程中的具體表現和實際解決問題的能力。
2項目驅動教學模式下的服裝藝術設計實踐教學過程研究
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關鍵詞:創新創業教育;高職院校;藝術設計;實踐教學體系
在高職院校開展創新創業教育的首要目標,就是要培養出能夠適應創新創業的體系的應用型人才,這也是為了深化高職教育改革、培養學生的創業精神以及對應的實踐能力的主要途徑。而藝術設計專業在高職教育中的地位較為特殊,因其實踐性較強,且對學生的教育目標大多放在培養學生的獨立設計能力以及創新思維能力方面,所以高等院校更應該將創新創業教育融入藝術設計專業之中,從而培養出具有扎實的專業基礎、高標準的專業素養、豐富的創新思維的專業人才。
一、高職院校的創新創業教育的現狀與意義
(一)高職院校的創新創業教育現狀
現如今的高職院校的創新創業教育模式是以職業特性教育為基礎的演變而來的,是以培養具有創新精神、創新思維、創新能力為一體的高級應用型人才的教育。近幾年,創新創業教育已經逐漸成為了高職院校在教學改革以及培養學生創新精神以及生存能力的重要方式之一。但是,目前高職院校的創新創業教育中還存在著一些問題,主要包含以下三點:第一,教育形式單一,一部分高職院校對于學生的創新創業教育還停留在商業買賣的基礎階段,無法根據學生的實際專業進行對口輔導;第二,師資隊伍不足,現如今高職院校中的創新創業教育課程主要由專業教師或者就業指導教師擔任,缺少對應企業的導師。而在學校中的專職教師往往對瞬息萬變的企業狀況了解不多,從而無法形成有效的教育;第三,教材不完善,現如今,高職院校中對于創新創業教育的教材種類較為稀少,而已經編制完成的教材內容往往也只處于理論層面。由于教材中缺少實際的創業成功案例,從而無法激起學生們的創業欲望。
(二)高職院校的創新創業教育意義
所謂創新創業教育,就是首先培養學生們的創業意識,之后在對學生的創新創業素質進行培養,最后著重提高學生們創新創業的實際操作能力。通過創新創業教育,學校以及教師希望能夠激發學生對于創新創業的積極性,并同時激發學生們的創新創造能力,這樣一來,不僅能制造更多的就業崗位,緩解現如今的就業壓力,還能為國家增加財富,從而使社會向著更為和諧的方向發展。
二、高職院校創新創業教育在藝術設計專業中的實踐現狀
(一)師資薄弱
現如今,許多高職院校藝術設計專業的創新創業教育課的教師都是由年輕的專業教師擔任,這些年輕的專業教師往往都是從各大高校的藝術設計專業畢業不久的,他們理論扎實,但缺少實際的工作經歷,從而使得藝術設計專業的創新創業教育課程的效果往往不夠理想。
(二)教學體系不完善
現如今,高職院校的藝術設計專業的畢業生面臨的專業實訓課程、畢業設計以及后面的頂崗實習等相關環節往往都較為獨立,沒有形成一個良好的、完善的體系。從而導致學生們在接觸這些時大多數時候只能觸碰到膚淺的一部分,最終導致其專業水平無法得到有效的提升。
(三)教學內容不完善如同前面所說,大多數高職院校的藝術設計專業的創新創業課程中,任課教師都是本校的教職工,缺乏企業內部人員的加入,從而導致學習過程往往是重理論而輕實踐。學生不知道企業需要什么樣的人才,而企業卻又無法直接與學生進行溝通,最終學生與企業脫節,使得找工作更為困難。
三、以創新創業園促進藝術設計專業實踐教學的探索
(一)創新創業園
所謂創新創業園,是國家在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》中提出的,其目的是為了提高學生們的自主創新能力。
(二)創新創業園與藝術設計專業實踐教學相結合的策略研究
1、全過程雙導師制。所謂雙導師制,就是在學生在創新創業園中接受創新創業教育的過程中,為學生配備兩個導師,一個是學校內的專業課導師,而另一個是企業中的相關人員。這兩名導師主要負責學生們的專業實訓、工學交替以及頂崗實習。其中校內教師負責實踐期間的思想政治教育以及提供專業的理論知識;而企業相關人員則負責學生職業能力的培訓指導,以及向學生傳遞企業的理念,幫助學生更好的建立創業思想。2、工作室教學模式。這里的工作室的建設一般應交由校內的專業教師負責,招募具有相同的興趣愛好的學生進行報名和組隊,形成最簡單的公司模式。這種模式中,主要是將專業知識與企業的實際工作相結合,讓學生能夠更容易的進入到工作的狀態之中。工作室教學模式不僅僅能夠使各個工作室之間進行充分的交流,從而增加學生的相關工作積極性,還能使工作時之間存在競爭,從而激發學生的潛力,發揮每個工作室的特色,最終使工作室成為培養高職院校學生創業精神的搖籃。
綜上所述,在現如今高職院校藝術設計專業的創新創業教育中,仍然存在著許多不可忽視的問題,例如師資力量差、教學體系不全面、教學內容不完善等等方面。而隨著創新創業園的出現,則給相關專業的學生們提供了更好的教育環境,讓學生們能夠更好地接觸企業,從而增加學生的創業動力,為和諧社會貢獻屬于自己的一份力量。
作者:劉佳 譚慶 單位:廣東科學技術職業學院
參考文獻:
[1]陶禮軍.高職生創新創業教育實踐教學研究與探索[J].江西青年職業學院學報,2012(9):49-50.
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論文關鍵詞:遺傳算法
1 引言
“物競天擇,適者生存”是達爾文生物進化論的基本原理,揭示了物種總是向著更適應自然界的方向進化的規律??梢?,生物進化過程本質上是一種優化過程,在計算科學上具有直接的借鑒意義。在計算機技術迅猛發展的時代,生物進化過程不僅可以在計算機上模擬實現,而且還可以模擬進化過程,創立新的優化計算方法,并應用到復雜工程領域之中,這就是遺傳算法等一類進化計算方法的思想源泉。
2 遺傳算法概述
遺傳算法是將生物學中的遺傳進化原理和隨[1]優化理論相結合的產物,是一種隨機性的全局優算法。遺傳算法不但具有較強的全局搜索功能和求解問題的能力,還具有簡單通用、魯棒性強、適于并行處理等特點數學建模論文,是一種較好的全局優化搜索算法。在遺傳算法的應用中,由于編碼方式和遺傳算子的不同,構成了各種不同的遺傳算法。但這些遺傳算法都有共同的特點,即通過對生物遺傳和進化過程中選擇、交叉、變異機理的模仿,來完成對問題最優解的自適應搜索過程?;谶@個共同點,Holland的遺傳算法常被稱為簡單遺傳算法(簡記SGA),簡單遺傳算法只使用選擇算子、交叉算子和變異算子這三種基本遺傳算子,其遺傳進化操作過程簡單,容易理解,是其他一些遺傳算法的雛形和基礎,這種改進的或變形的遺傳算法,都是以其為基礎[1]。
2.1遺傳算法幾個基本概念
個體(IndividualString):個體是遺傳算法中用來模擬生物染色體的一定數目的二進制串,該二進制串用來表示優化問題的滿意解。
種群(population):包含一組個體的群體,是問題解的集合。
基因模式(Sehemata):基因模式是指二進制位串表示的個體中,某一個或某些位置上具有相似性的個體組成的集合,也稱模式。
適應度(Fitness):適應度是以數值方式來描述個體優劣程度的指標,由評價函數F計算得到。F作為求解問題的目標函數,求解的目標就是該函數的最大值或最小值。
遺傳算子(genetic operator):產生新個體的操作,常用的遺傳算子有選擇、交叉和變異。
選擇(Reproduetion):選擇算子是指在上一代群體中按照某些指標挑選出的,參與繁殖下一代群體的一定數量的個體的一種機制龍源期刊。個體在下一代種群中出現的可能性由個體的適應度決定,適應度越高的個體,產生后代的概率就越高。
交叉(erossover):交叉是指對選擇后的父代個體進行基因模式的重組而產生后代個體的繁殖機制。在個體繁殖過程中,交叉能引起基因模式的重組,從而有可能產生含優良性能的基因模式的個體。交叉可以發生在染色體的一段基因串或者多段基因串。交叉概率(Pc)決定兩個個體進行交叉操作的可能性數學建模論文,交叉概率太小時難以向前搜索,太大則容易破壞高適應度的個體結構,一般Pc取0.25~0.75
變異(Mutation):變異是指模擬生物在自然的遺傳環境中由于某種偶然因素引起的基因模式突變的個體繁殖方式。在變異算子中,常以一定的變異概率(Pm)在群體中選取個體,隨機選擇個體的二進制串中的某些位進行由概率控制的變換(0與1互換)從而產生新的個體[2]。如果變異概率太小,就難以產生新的基因結構,太大又會使遺傳算法成了單純的隨機搜索,一般取Pm=0.1~0.2。在遺傳算法中,變異算子增加了群體中基因模式的多樣性,從而增加了群體進化過程中自然選擇的作用,避免早熟現象的出現。
2.2基本遺傳算法的算法描述
用P(t)代表第t代種群,下面給出基本遺傳算法的程序偽代碼描述:
基本操作:
InitPop()
操作結果:產生初始種群,初始化種群中的個體,包括生成個體的染色體值、計算適應度、計算對象值。
Selection()
初始條件:種群已存在。
操作結果:對當前種群進行交叉操作。
Crossover()
初始條件:種群已存在。
操作結果:對當前種群進行交叉操作。
Mutation()
初始條件:種群已存在。
對當前種群進行變異操作。
PerformEvolution()
初始條件:種群已存在且當前種群不是第一代種群。
操作結果:如果當前種群的最優個體優于上一代的最優本,則將其賦值給bestindi,否則不進行任何操作。
Output()
初始條件:當前種群是最后一代種群。
操作結果:輸出bestindi的表現型以及對象值。
3 遺傳算法的缺點及改進
遺傳算法有兩個明顯的缺點:一個原因是出現早熟往往是由于種群中出現了某些超級個體,隨著模擬生物演化過程的進行,這些個體的基因物質很快占據種群的統治地位,導致種群中由于缺乏新鮮的基因物質而不能找到全局最優值;另一個主要原因是由于遺傳算法中選擇及雜交變異等算子的作用,使得一些優秀的基因片段過早丟失,從而限制了搜索范圍,使得搜索只能在局部范圍內找到最優值,而不能得到滿意的全局最優值[3]。為提高遺傳算法的搜索效率并保證得到問題的最優解,從以下幾個方面對簡單遺傳算法進行改進。
3.1編碼方案
因實數編碼方案比二進制編碼策略具有精度高、搜索范圍大、表達自然直觀等優點數學建模論文,并能夠克服二進制編碼自身特點所帶來的不易求解高精度問題、不便于反應所求問題的特定知識等缺陷,所以確定實數編碼方案替代SGA中采用二進制編碼方案[4]。
3.2 適應度函數
采用基于順序的適應度函數,基于順序的適應度函數最大的優點是個體被選擇的概率與目標函數的具體值無關,僅與順序有關[5]。構造方法是先將種群中所有個體按目標函數值的好壞進行排序,設參數β∈(0,1),基于順序的適應度函數為:
(1)
3.3 選擇交叉和變異
在遺傳算法中,交叉概率和變異概率的選取是影響算法行為和性能的關鍵所在,直接影響算法的收斂性。在SGA中,交叉概率和變異概率能夠隨適應度自動調整,在保持群體多樣性的同時保證了遺傳算法的收斂性。在自適應基本遺傳算法中,pc和pm按如下公式進行自動調整:
(2)
(3)
式中:fmax為群體中最大的適應度值;fave為每代群體的平均適應度值;f′為待交叉的兩個個體中較大的適應度值;f為待變異個體的適應度值;此處,只要設定k1、k2、k3、k4為(0,1)之間的調整系數,Pc及Pm即可進行自適應調整。本文對標準的遺傳算法進行了改進,改進后的遺傳算法對交叉概率采用與個體無關,變異概率與個體有關。交叉算子主要作用是產生新個體,實現了算法的全局搜索能力。從種群整體進化過程來看,交叉概率應該是一個穩定而逐漸變小,到最后趨于某一穩定值的過程;而從產生新個體的角度來看,所有個體在交叉操作上應該具有同等地位,即相同的概率,從而使GA在搜索空間具有各個方向的均勻性。對公式(2)和(3)進行分析表明,適應度與交叉率和變異率呈簡單的線性映射關系。當適應度低于平均適應度時,說明該個體是性能不好的個體數學建模論文,對它就采用較大的交叉率和變異率;如果適應度高于平均適應度,說明該個體性能優良,對它就根據其適應度值取相應的交叉率和變異率龍源期刊。
當個體適應度值越接近最大適應度值時,交叉概率和變異概率就越??;當等于最大適應度值時,交叉概率和變異概率為零。這種調整方法對于群體處于進化的后期比較合適,這是因為在進化后期,群體中每個個體基本上表現出較優的性能,這時不宜對個體進行較大的變化以免破壞了個體的優良性能結構;但是這種基本遺傳算法對于演化的初期卻不利,使得進化過程略顯緩慢[6]。因為在演化初期,群體中較優的個體幾乎是處于一種不發生變化的狀態,而此時的優良個體卻不一定是全局最優的,這很容易導致演化趨向局部最優解。這容易使進化走向局部最優解的可能性增加。同時,由于對每個個體都要分別計算Pc和Pm,會影響程序的執行效率,不利于實現。
對自適應遺傳算法進行改進,使群體中具有最大適應度值的個體的交叉概率和變異概率不為零,改進后的交叉概率和變異概率的計算公式如式(4)和(5)所示。這樣,經過改進后就相應地提高了群體中性能優良個體的交叉概率和變異概率,使它們不會處于一種停滯不前的狀態,從而使得算法能夠從局部最優解中跳出來獲得全局最優解[7]。
(4)
(5)
其中:fmax為群體中最大的適應度值;fave為每代群體的平均適應度值;f′為待交叉的兩個個體中較大的適應度值;f為待變異個體的適應度值;pc1為最大交叉概率;pm1為最大變異概率。
3.4 種群的進化與進化終止條件
將初始種群和產生的子代種群放在一起,形成新的種群,然后計算新的種群各個體的適應度,將適應度排在前面的m個個體保留,將適應度排在后面m個個體淘汰數學建模論文,這樣種群便得到了進化[8]。每進化一次計算一下各個個體的目標函數值,當相鄰兩次進化平均目標函數之差小于等于某一給定精度ε時,即滿足如下條件:
(6)
式中,為第t+1次進化后種群的平均目標函數值,為第t次進化后種群的平均目標函數值,此時,可終止進化。
3.5 重要參數的選擇
GA的參數主要有群里規模n,交叉、變異概率等。由于這些參數對GA性能影響很大,因此參數設置的研究受到重視。對于交叉、變異概率的選擇,傳統選擇方法是靜態人工設置?,F在有人提出動態參數設置方法,以減少人工選擇參數的困難和盲目性。
4 結束語
遺傳算法作為當前研究的熱點,已經取得了很大的進展。由于遺傳算法的并行性和全局搜索等特點,已在實際中廣泛應用。本文針對傳統遺傳算法的早熟收斂、得到的結果可能為非全局最優收斂解以及在進化后期搜索效率較低等缺點進行了改進,改進后的遺傳算法在全局收斂性和收斂速度方面都有了很大的改善,得到了較好的優化結果。
參考文獻
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