进化计算与遗传算法教学课件

进化计算与遗传算法进化计算与遗传算法进化计算与遗传算法第四章进化计算与遗传算法4.1概述4.2进化计算的基本原理43进化计算的理论与分析44遗传算法的改进4.5进化计算的应用4.6小结4.1概述从生物进化到进化计算进化计算的主要分支进化计算的主要特点进化计算的理论研究进化计算的应用一、农村中小学体育教学改革中存在的问题（一）教学观念亟待转变体育教学改革虽然在全方位进行，但不少教学改革者在实践中却只热衷于操作层面上外在课程形式的改革，过分追求一种表面上的热闹、活跃，学生内在情感和学习动机并没有真正被激活。其根本原因，就是许多中小学体育教师教学观念没有根本转变。为什么没有转变？并不是体育教师不想转变，不能转变。原因可能有，一是现实社会中，在长期教育实践中忽视或轻视体育的行为、观念、思想没有得到根本转变；二是目前中小学体育教师的工作量太大，除常规的体育课堂教学外还有大量的课外工作；三是缺少改革的理论导向和具体指导，同时上级教研部门给教师的教改指示大多是口号式指示。（二）教学目标单一学校体育的一个致命伤是学生学了十几年的体育，在他们走出校门后，竟与体育再见了。这与体育教学忽视培养学生的体育兴趣、能力和锻炼习惯相关；与我们把体育理解为机械被动的教育有关；还与我们没有在体育课堂教给学生锻炼身体的原理和应用运动技术锻炼身体的方法有关。以往的体育教学，所偏重的是一个技术怎么教，一个动作怎么做，忽略了对学生健身知识技能的传授，更忽视了对学生健身意识、健身能力、健身习惯的培养，使学生无所适从，无所收获。（三）教学内容竞技化长期以来，竞技运动一整套的项目、规则和办法规范了学校体育教学和课外体育活动。这些规则严密、技术要求高的项目，使天性好动的学生望而生畏，主动去锻炼的学生有减无增。体育教学是以促进学生生长发育，增强学生体质，增进学生健康，促进学生掌握科学健身方法等为主要内容，而竞技性运动项目，则是从体育竞技的角度出发，以实效性为原则，选用优秀运动员的运动技术为模式，通过程序化训练过程，达到完善技术，提高运动成绩为目的，这些运动技术，虽然有助于学生已具有的运动能力得以充分发挥，但对体育教育来说，显然脱离了其内涵，只能是一种外部的行为要求，未必是学生身心和谐发展的最佳活动内容，而且竞技化的强身指向在于片面强调体育对人体的改造作用，过分追求人的身体活动能力的不断超越和自我精神的磨练。（四）教学方法僵化素质教育是一种弘扬学生主体性的教育，素质教育要尊重学生的人格，承认学生的个性，强调学生主动地、活泼地进行学习。与此相适应，在体育教学设计上，也要从“教师中心”转向重视尊重学生的“主体”地位，而不能像过去那样把学生当作被动的容器或练习机器去安排教学。在体育教学手段上，要从教师单纯“灌输”为主的方法体系转向在教师指导下的学生学为主的学法设计；由简单的一刀切方法手段转向因材施教和区别对待，在一定的统一要求的基础上，使学生的一般发展、共同发展与特殊发展、差别发展相结合，从而尽可能地为学生学习和锻炼创造条件，满足和促进每个学生的个性需求。（五）教学评价无差异化目前中小学体育教学的评价标准单一，忽视了学生的个体基础差异，埋没了学生的主观努力和进步幅度。以笼统的划一标准进行教学评价，既缺乏激励性又失公允性。考试，是对人的某种能力的公平检验。既然是公平检验，那就要有时间上、方式上、内容上、评判标准上的同一规定。平时考核很难做到这一系列的同一规定，因而也就很难成为一种公平检验的手段。教学评价的目的不仅是为了检验教学效果，更重要的是让学生了解自我，从中获得激励，不断鼓舞自己向新的目标冲击。然而教学评价的单一化，忽视了学生的进步，显然也就谈不上有何激励性。二、农村中小学体育教学改革的对策（一）以实施素质教育为导向，改革农村中小学体育教学。转变观念，是实施体育素质教育的开关，是启动体育改革之门的钥匙。（二）大力加强师资队伍建设，是实施体育素质教育、提高体育教学质量的关键。只有建设一支素质高、业务精、勤奋实干、懂得实施素质教育的教师队伍，才能实现体育教学改革，把实施素质教育的目标落到实处。（三）加强体育课程、教材建设和改革，进一步建立、完善适应素质教育要求的体育课程和教材是实施体育素质教育的核心。（四）继续深化体育教学模式、方法、手段和考评方法的改革。我们要按照素质教育的要求，围绕生动、活泼、主动、创新、实践能力进行改革。（五）优化农村中小学的体育场地、设施、器材及开辟获取图书资料和各种信息的渠道。根据各校实际条件充分利用校园、修旧利废，开发能面向全体学生、趣味性强的与锻炼身体实效大的、不拘一格的多样化的体育场地、设施和器材。（六）大力加强农村中小学体育科研，尤其是体育教学研究，充分发挥科研对农村中小学体育改革与发展的先行作用。（七）建立多维度的体育成绩考核评价体系。考试作为一种检查手段，是进行教学评价的一种方式。学生由于受遗传、教育、社会环境等不同因素的影响，其运动能力、身体素质等方面必然存在着个体差异，体育教学中要承认这种差异，对不同体质的学生，应有不同的要求。总之，在农村中小学体育教学中注重和加强素质教育是新时代学校体育教学工作赋予我们的光荣使命，任重而道远，需要我们在今后实践中不断探索、创新，为培养更多的高素质人才而不懈努力。1.自主阅读，体味文本人文内涵新课标提出“阅读教学是学生、教师、文本之间对话的过程”，即一种师生之间及其与文本之间的情感交流、心灵沟通、生命对话的过程。从这个意义上说，阅读教学与语文素养培养关系十分密切，它对于培养和发展学生语文素养的价值和功能日益突显。阅读教学实质揭示了学生在阅读过程中只有结合自己的经历和生活经验，以主动积极的思维和情感活动参与到文本对话中，才能感悟到作者的感受、情感，感悟到整个作品的风格和情调，感悟到文本的丰富性和多义性，从而达到移情启智的目的。语文教材每篇文章中，不仅包含了丰富多彩的文化科学知识，还渗透了生动的人文精神和高尚的情操，它对学生的情感、态度、价值观的影响必然是广泛而深刻的。学生在阅读文本中获得一个个让人情感激荡的形象的意境，品味一幅幅让人赏心悦目的风景和画面，把握作品的底蕴，其人文素养也就在“随风潜入夜，润物细无声”的阅读中得到培养和发展。学生在阅读活动中可借助自己的生活经验和知识，运用阅读策略以及个体所具有的独特情感体验、价值观和独创性思维，获得阅读能力和语文素养的发展。2.走进作品，体验作者情感世界阅读的本质是要从文章外部表现世界的“物质符号”上理解其精神内核，即以作品为媒介，借此体验、感悟和理解作家在作品中流露出的情感和思想。意味隽永的作品都充满了生命的玄妙和机智，是灵与肉、形与神的有机融合。只有让学生的灵魂钻进作品的怀抱，才能品尝它的滋味、呼吸它的气息，才能得以把握它的内在价值。因此，教学中教师要充分调动起学生全部的情感，使他们积极主动地参与到阅读活动中，以身体之，以心验之，使客体的生活变成主体的生活，客体的存在变成主体自身的存在。阅读是披文得意的心智技能，是缘文会友的交往行为，是书面文化的精神消费，是人类素质的生产过程。任何作品都负载着作者的思想感情，都是创造性灵魂的表现形式。但由于人类情意的丰富性，并不是一切都能实现意到笔随。对于这种语言的缺失，在口头交往中还可以借助神态、体态的变化，或当面询问而得到适当缓解，在书面交往中作者或只能留出些许诱导空间，或只留下一串延伸的概念符号，这就?槎琳咛峁┝私舛恋钠趸?。每当此处，教师要在吃透作品的基础上，模拟作者、充当作者，接受学生的咨询。这里有一个重要前提，就是教师要教学生反复阅读作品，从作品中获得启示，产生悟性。3.培养学生养成良好的阅读习惯，加强课外阅读指导作为初中语文教师，既要引导学生做到多读书，更要让他们做到会读书。有些学生在阅读时往往浮光掠影，浅尝辄止，甚至猎奇，这是十分有害的。应当引导他们养成良好的阅读习惯，并教会他们朗读和默读、精读和略读、速读和听读等方法。在教给学生阅读方法之后，就要帮他们进行阅读内容的选择，怎样进行阅读选择呢？①结合志趣。志趣是学习的动力，而它有高尚与庸俗之分。古今中外许多著名专家学者之所以成大器，几乎都和他们在青年时期就注意结合志趣进行正确的选择阅读以吸取知识有密切的关系。要注意的是志趣要高尚，还要处理好志趣与基础知识的关系，防止“偏食”造成发育不良。②重视科普读物和新兴学科。人类知识称得上一日千里，突飞猛进，因此一个人只读课本是不够的，必须在课外阅读中，注意选取反映最新科学成果的读物，包括科普书刊和优秀科幻小说，以不断开阔视野，培养学生热爱科学的兴趣，提高科学的思维能力和丰富的想象力，跟上时代日新月异的大发展。③在选择阅读、积累知识的同时，更要重视思想修养、意志品格的培养。因此，要选取有关培养高尚品格、顽强意志的读物，认真阅读，力争让学生成为一个既有较高文化素质，又有高尚品德修养的人。4.倡导多角度培养阅读语感语感主要是指长期的实践和积累过程中形成的对语言的敏感性，这种对语言的敏感性行为，能够直觉地把握语言本身的隐含意义，它是语感者内在理性积淀的感性表现形式。在具体语文阅读教学实践中，可以重点从以下几个方面来培养学生语感：一是积极激活学生想象，触发语感。作品中的形象只有借丰富的想象、联想才能在读者头脑中再现，读者头脑中呈现了作品中的形象，才算真正感知了课文的内容。二是通过对阅读材料的品词赏句来培养语感。美文的语言是准确、鲜明、生动、形象的，我们在语感训练体验式学习时，要注意抓那些典型例子，引导学生分析品味，使学生具备把握语言精当感的能力。学生阅读习惯和能力的形成并非易事，需要教师教学耐心，教育创造，并持之以恒地培养，学生在教师的指导下自主学习与协调学习相结合，在不断的阅读实践中养成习惯，形成能力。第四章进化计算与遗传算法4.1概述4.2进化计算的基本原理43进化计算的理论与分析44遗传算法的改进4.5进化计算的应用4.6小结4.1概述从生物进化到进化计算进化计算的主要分支进化计算的主要特点进化计算的理论研究进化计算的应用从生物进化到进化计算生物进化过程的发生需要四个基本条件:1)存在有多个生物个体组成的种群;2)生物个体之间存在着差异,或群体具有多样性3)生物能够自我繁殖;4)不同个体具有不同的环境生存能力,具有优良基因结构的个体繁殖能力强,反之则弱。从生物进化到进化计算生物群体的进化机制可以分为三种基本形式:自然选择:控制生物体群体行为的发展方向,能够适应环境变化的生物个体具有更高的生存能力,使得它们在种群中的数量不断增加,同时该生物个体所具有的染色体性状特征在自然选择过程中得以保留从生物进化到进化计算杂交:通过杂交随机组合来自父代染色体上的遗传物质,产生不同于它们父代的染色体。生物进化过程不需要记忆,能很好地适应自然环境的信息都包含在当前生物体所携带的染色体的基因库中,并由子代个体继承下来。从生物进化到进化计算突变:随机改变父代个体的染色体上的基因结构,产生具有新染色体的子代个体变异是一种不可逆过程,具有突发性、间断性和不可预测性,对于保证群体的多样性具有不可替代的作用。另外,生物进化是一个开放的过程,自然界对进化中的生物群体提供及时的反馈信息,或称为外界对生物的评价。由此形成了生物进化的外部动力机制从生物进化到进化计算进化计算的特点:进化计算采用简单的编码技术来表示各种复杂的结构,并通过对一组编码表示进行简单的遗传操作和优胜劣汰的自然选择来指导学习和确定搜索的方向。它采用种群(即一组表示)的方式组织搜索,这使得它可以同时搜索解空间内的多个区域。而且用种群组织搜索的方式使得进化算法特别适合大规模并行计算。从生物进化到进化计算在赋予进化计算自组织、自适应和自学习等特征的同时,优胜劣汰的自然选择和简单的遗传操作使进化计算具有不受其搜索空间限制性条件(如可微、连续、单峰等)的约束及不需要其它辅助信息(如导数)的特点这些崭新的特点使得进化计算不仅能获得较高的效率而且具有简单、易于操作和通用的特性,而这些特性正是进化计算越来越受到人们青睐的主要原因之进化计算的主要分支四大主要分支遗传算法(geneticalgorithm,简称GA)进化规划(evolutionaryprogramming,简称EP)进化策略(evolutionstrategy,简称ES)遗传程序设计(geneticprogramming,简称GP)进化计算的主要分支遗传算法到20世纪60年代中期,美国Michigan大学的JohnHolland在A.S.Fraser和H.J.Bremermann等人的工作的基础上提出了位串编码技术,这种编码既适合于变异又适合于交配(即杂交)操作,并且他强调将交配作为主要的遗传操作J.Holland将该算法用于自然和人工系统的自适应行为的研究之中,并于1975年出版其开创性的著作“Adapt