遺傳算法-最優(yōu)化方法教學(xué)課件

遺傳算法-最優(yōu)化方法46、法律有權(quán)打破平靜。——馬·格林47、在一千磅法律里，沒(méi)有一盎司仁愛(ài)。——英國(guó)48、法律一多，公正就少?！小じ焕?9、犯罪總是以懲罰相補(bǔ)償；只有處罰才能使犯罪得到償還?！_(dá)雷爾50、弱者比強(qiáng)者更能得到法律的保護(hù)?！ざ驙栠z傳算法-最優(yōu)化方法遺傳算法-最優(yōu)化方法46、法律有權(quán)打破平靜。——馬·格林47、在一千磅法律里，沒(méi)有一盎司仁愛(ài)?！?guó)48、法律一多，公正就少?！小じ焕?9、犯罪總是以懲罰相補(bǔ)償；只有處罰才能使犯罪得到償還?！_(dá)雷爾50、弱者比強(qiáng)者更能得到法律的保護(hù)?！ざ驙栠z傳算法、遺傳算法起源遺傳算法是由美國(guó)的J.Holland教授于1975年在他的專著《自然界和人工系統(tǒng)的適應(yīng)性》中首先提出的,它是一類借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)化搜索算法。在當(dāng)前信息技術(shù)教學(xué)中，教師困囿于傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)，學(xué)生的參與意識(shí)淡薄，個(gè)性得不到發(fā)展。信息技術(shù)課堂評(píng)價(jià)應(yīng)遵循過(guò)程性、發(fā)展性、多元性的原則，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要，運(yùn)用考卷評(píng)價(jià)法、作品評(píng)價(jià)法、QQ交流評(píng)價(jià)等方法提高學(xué)生的信息素養(yǎng)?！痘A(chǔ)教育課程改革綱要》指出，評(píng)價(jià)不僅要關(guān)注學(xué)生學(xué)業(yè)成就，更要發(fā)掘?qū)W生的潛能，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我，建立自信。然而，由于受應(yīng)試教育的鉗制，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)存在重知識(shí)輕能力、重智育輕德育、重技能輕思維、重結(jié)果輕過(guò)程等的弊病，學(xué)生的主體參與意識(shí)淡薄，個(gè)性化得不到發(fā)展。隨著后“新課改”時(shí)代的到來(lái)，教學(xué)評(píng)價(jià)愈來(lái)愈受到信息技術(shù)教師的重視，教師關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，注重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，關(guān)注學(xué)生在群體中與其他個(gè)體的交往。評(píng)價(jià)方式也趨向于多元，讓學(xué)生在評(píng)價(jià)中取長(zhǎng)補(bǔ)短，促進(jìn)自我提高。一、信息技術(shù)評(píng)價(jià)應(yīng)遵循的原則1.過(guò)程性原則。建構(gòu)主義認(rèn)為，評(píng)價(jià)應(yīng)基于學(xué)生的“前經(jīng)驗(yàn)”，要在分析學(xué)生認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)興趣、操作技能的基礎(chǔ)上，實(shí)施過(guò)程性評(píng)價(jià)，包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力、解決問(wèn)題的能力。教師要堅(jiān)持因材施教的原則，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，針對(duì)不同層次的學(xué)生提出不同的要求，通過(guò)對(duì)話交流、引導(dǎo)啟發(fā)，讓每一位學(xué)生都能獲得進(jìn)步。過(guò)程評(píng)價(jià)能開(kāi)啟學(xué)生智慧、挖掘?qū)W生的潛能，促進(jìn)信息素養(yǎng)的提高。如在“制作多媒體作品――導(dǎo)航頁(yè)與拙政園頁(yè)”教學(xué)中，教者須對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成文本框的插入與設(shè)置、自選圖形的使用、視頻的插入過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生根據(jù)教師提供的美化方案自主美化作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.發(fā)展性原則。教師要以發(fā)展的眼光關(guān)注學(xué)生，讓學(xué)生既要看到自己的進(jìn)步，也要看到自己的不足。評(píng)價(jià)的目的不在于簡(jiǎn)單好壞優(yōu)劣的評(píng)判，而在于監(jiān)控，能以評(píng)改變教師的教學(xué)行為，在于促進(jìn)，以評(píng)促學(xué)，及時(shí)調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。由于學(xué)生的發(fā)展水平不盡相同，部分學(xué)生每分鐘勉強(qiáng)能打十來(lái)個(gè)字，但文檔的修飾挺漂亮，教師可據(jù)此打個(gè)“優(yōu)秀”。3.多元性原則。教師要改變過(guò)去評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)角度單一的問(wèn)題，開(kāi)展多的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)主體既有過(guò)去的師評(píng)，還有學(xué)生的自評(píng)，同伴的互評(píng)，能尊重學(xué)生，以他們的視角進(jìn)行評(píng)價(jià)，如“我們是否已取得進(jìn)步？”評(píng)價(jià)的內(nèi)容既有知識(shí)的理解、技能的掌握，還有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能力、解決問(wèn)題能力，以及信息意識(shí)、作品欣賞、價(jià)值內(nèi)化等方面的要求。二、信息技術(shù)評(píng)價(jià)的有效策略1.考卷評(píng)價(jià)法。教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生發(fā)展設(shè)計(jì)一套測(cè)評(píng)卷，包括選擇、填空、判斷、連線、操作題等內(nèi)容?？季碓u(píng)價(jià)的特點(diǎn)是客觀、公正、實(shí)時(shí)，能了?t學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，最大化地利用信息資源，提高教學(xué)效率。（1）考卷既要體現(xiàn)工具性，也要體驗(yàn)人文性，要考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)技能、思想方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。例如張兵今天要從家（濱河灣）乘公交車(chē)到新華書(shū)店買(mǎi)書(shū)，但不知道有沒(méi)有直達(dá)車(chē)，也不知道怎么換乘。你能幫助張兵解決問(wèn)題嗎？簡(jiǎn)述解決步驟。你還有其他的解決方法嗎？請(qǐng)描述。（2）授人以魚(yú)，不如授人以漁?？季聿粌H要重視基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的考核，還要關(guān)注學(xué)生能力、思想方法的考核。例如，王明同學(xué)聽(tīng)到了一首《南山南》，但又不記得在哪個(gè)網(wǎng)站聽(tīng)到了，王明想把這首歌下載到自己的學(xué)習(xí)機(jī)里面（格式是mp3），請(qǐng)你說(shuō)說(shuō)王明同學(xué)該怎么做？（3）設(shè)置一些新穎的情景題，摒棄死記硬背、復(fù)雜計(jì)算的題目。如呈現(xiàn)IE、RealPlayer、回收站、網(wǎng)上鄰居的圖標(biāo)，說(shuō)說(shuō)通過(guò)哪個(gè)圖標(biāo)可以共享局域網(wǎng)中其他計(jì)算機(jī)的資源？2.作品評(píng)價(jià)法。學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容完成電子作品的制作，如電子報(bào)刊、多媒體作品、網(wǎng)頁(yè)制作、動(dòng)畫(huà)制作等，教師須根據(jù)學(xué)生的信息素養(yǎng)制定合適的量規(guī)，開(kāi)展教學(xué)評(píng)價(jià)活動(dòng)。如電子報(bào)刊作品評(píng)價(jià)的量規(guī)如下：（1）思想性、科學(xué)性。要求主題明確，內(nèi)容健康向上，能完整地表達(dá)作品的主題思想，內(nèi)容貼近學(xué)生的生活實(shí)際。（2）技術(shù)性。要求運(yùn)用word、powerpoint、zinemaker等準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔地表現(xiàn)作品，并包含報(bào)刊的各個(gè)要素。（3）藝術(shù)性。頁(yè)面設(shè)計(jì)要求生動(dòng)活潑，圖文并茂，文字清晰易讀，色彩運(yùn)用得當(dāng)，頁(yè)面之間風(fēng)格協(xié)調(diào)。（4）創(chuàng)新性。素材獲取、內(nèi)容創(chuàng)作保持原創(chuàng)，主題表現(xiàn)形式新穎，構(gòu)思巧妙，具有一定的想象力。3.QQ交流評(píng)價(jià)。信息技術(shù)教師要充分利用自己的學(xué)科與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，借助于QQ的功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，能消除學(xué)生自卑，讓他們將自己的作品發(fā)布在QQ空間里，與同伴一起分享自己的成功經(jīng)驗(yàn)，共同合作探討遇到的困難，交流作品中的成功地方與不足之處，并提出自己的修改意見(jiàn)。QQ交流評(píng)價(jià)既有助于學(xué)生消除自卑，克服羞于表達(dá)的心理，也有助于學(xué)生掌握知識(shí)、提高技能，創(chuàng)作出優(yōu)秀的電子作品?？傊诔踔行畔⒓夹g(shù)教學(xué)中，要開(kāi)展有效的教學(xué)評(píng)價(jià)，制定科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方案與量規(guī)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自我評(píng)價(jià)意識(shí)，以達(dá)到以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)的效果。一、激發(fā)學(xué)生積極思維的內(nèi)涵《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在課程實(shí)施建議中明確指出：數(shù)學(xué)教學(xué)要求從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)出發(fā)，創(chuàng)設(shè)各種情境，引導(dǎo)學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境中，開(kāi)動(dòng)腦筋、積極思維、親自探索和主動(dòng)研究獲得知識(shí)；激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力、掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。因此，“創(chuàng)設(shè)情境”是數(shù)學(xué)教學(xué)中的一種策略。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境就是指教師精心設(shè)計(jì)一定的客觀條件，如提供學(xué)習(xí)材料、動(dòng)手實(shí)踐、解決問(wèn)題的方法等，有意識(shí)地設(shè)疑問(wèn)、立障礙、布迷局、揭矛盾，激發(fā)他們積極尋找解決問(wèn)題的方法和途徑，排除這種障礙和困難，從而使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)處于欲求不得、欲言不能的狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究，激發(fā)了思維的發(fā)生。其實(shí)質(zhì)在于揭示事物矛盾以引起主體內(nèi)心的沖突，打破主體已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)，從而激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，喚起思維，促使學(xué)生探究，主動(dòng)學(xué)習(xí)，優(yōu)化建構(gòu)，掌握思維的策略和方法，從而提高解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的能力。數(shù)學(xué)教學(xué)具有高度的抽象性、嚴(yán)密的邏輯性和廣泛的應(yīng)用性，而初中生的思維正處于以具體形象思維為主要形式向以抽象邏輯思維為主要形式逐步過(guò)渡的階段，數(shù)學(xué)知識(shí)的抽象性與學(xué)生認(rèn)識(shí)的具體形象之間存在著矛盾。因此，在初中數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)以問(wèn)題為主線，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的參與，激發(fā)其內(nèi)驅(qū)力，使學(xué)生真正進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)之中，達(dá)到掌握知識(shí)、訓(xùn)練思維和提高能力的目的。學(xué)生的思維活動(dòng)是因遇到問(wèn)題且需要解決而引起的。沒(méi)有問(wèn)題的學(xué)習(xí)是不存在的，過(guò)于簡(jiǎn)單容易的問(wèn)題，不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，難于培養(yǎng)優(yōu)秀的科學(xué)人才；過(guò)難過(guò)深的問(wèn)題，又會(huì)使學(xué)生心灰意冷，不利于激發(fā)動(dòng)機(jī)，違背面向全體學(xué)生的教學(xué)原則。因此，在初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，應(yīng)充分利用外在的物質(zhì)材料，展示內(nèi)在的思維過(guò)程，提示知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程；應(yīng)具有促進(jìn)學(xué)生智力和非智力因素的發(fā)展；還應(yīng)使問(wèn)題情境結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)生認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)三者和諧統(tǒng)一，促進(jìn)數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)向?qū)W生認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化；既要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與當(dāng)前教學(xué)要解決的問(wèn)題，又要?jiǎng)?chuàng)設(shè)與當(dāng)前問(wèn)題有關(guān)，并能讓學(xué)生回味思考的問(wèn)題；充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的手、腦、眼、耳、口等多種感官直接參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，因?yàn)樯倌陜和强?形式、聲音、色彩和感官"來(lái)思維的。二、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的有效方法在教學(xué)活動(dòng)中，教師要認(rèn)真仔細(xì)地鉆研教學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，教材和教學(xué)參考書(shū)，把握知識(shí)分布點(diǎn)、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，了解學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，在教學(xué)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都可以創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，使學(xué)生整節(jié)課都處于問(wèn)題情境之中，如一節(jié)課開(kāi)始進(jìn)，可通過(guò)情境設(shè)計(jì)，提示矛盾，導(dǎo)入新課；講授新課中，進(jìn)行情境設(shè)計(jì)，使矛盾逐步得到解決，鞏固練習(xí)時(shí)，可通過(guò)情境設(shè)計(jì)，使問(wèn)題不斷深化，知識(shí)得到擴(kuò)展和引伸，以創(chuàng)設(shè)良好的問(wèn)題情境為教學(xué)的中心，用置疑，問(wèn)難等靈活的探究方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性，促進(jìn)師生合作與教學(xué)合作，既發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，使其學(xué)得更多、更快、更好。1.創(chuàng)設(shè)自由、寬松、民主、和諧的課堂氛圍。陶行知先生說(shuō)過(guò)：“惟獨(dú)從心里發(fā)出來(lái)的，才能達(dá)到心的深處?！币虼耍降?、和諧、信任的師生關(guān)系，自由、寬松、民主、融洽的課堂氣氛是喚起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并促其主動(dòng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)主體性參與教學(xué)的前提。在課堂教學(xué)中，努力創(chuàng)造自由、寬松、民主、平等、和諧、樂(lè)學(xué)、互相信任、心情愉悅的課堂氛圍，使學(xué)生的個(gè)性潛能得到釋放，學(xué)生才能把精力放在學(xué)習(xí)上，愉快的學(xué)習(xí)，積極主動(dòng)地探索。對(duì)學(xué)困生和潛能生更要關(guān)注，多與他們溝通，不挖苦、不歧視，用真情關(guān)心、愛(ài)護(hù)他們，使他們真正感受到老師的愛(ài)，減少他們因?qū)W業(yè)成績(jī)不理想而造成精神上的沉重壓力，善于發(fā)現(xiàn)他們的閃光點(diǎn)，以促其建立自信，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，積極主動(dòng)的參與學(xué)習(xí)。2.創(chuàng)設(shè)直觀或?qū)嶒?yàn)情境。對(duì)某些比較抽象的概念，如果直接讓學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生可能不知從何開(kāi)始，這時(shí)教師可提供直觀的材料，或通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)設(shè)置問(wèn)題情境，讓學(xué)生通過(guò)觀察、畫(huà)圖、動(dòng)手操作等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)，再讓學(xué)生來(lái)研究具體的問(wèn)題，這樣學(xué)生探究問(wèn)題也就有了明確的方向。3.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。在創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)中，教師創(chuàng)設(shè)探究情境，能引起學(xué)生認(rèn)知沖突，產(chǎn)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的關(guān)切與渴望。通過(guò)探究使學(xué)生在積極而自信的狀態(tài)中，不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷地解決問(wèn)題，還能把自己發(fā)現(xiàn)的結(jié)論作為學(xué)習(xí)的動(dòng)力，如講“等腰三角形”一節(jié)時(shí)，筆者創(chuàng)設(shè)了這樣一個(gè)情境：“一個(gè)等腰三角形的玻璃板被弄破了，只留下底邊和一角，怎樣才能把這塊玻璃配好？”一時(shí)間，學(xué)生的熱情高漲，給出了許多答案，經(jīng)過(guò)師生共同努力，這節(jié)課收到了意想不到的效果?？傊踔袛?shù)學(xué)課堂有效創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，不僅能激發(fā)學(xué)生求知欲和好奇心，增強(qiáng)學(xué)生樂(lè)于參與、關(guān)注活動(dòng)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生沉浸在探索、思維和發(fā)現(xiàn)的身臨其境的境界，挖掘?qū)W生的內(nèi)在潛力，開(kāi)發(fā)學(xué)生的智力、能力和想象力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造意識(shí)和自主探究、合作探究的能力，而且還自然的在思維能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面得到進(jìn)步和發(fā)展遺傳算法、遺傳算法起源遺傳算法是由美國(guó)的J.Holland教授于1975年在他的專著《自然界和人工系統(tǒng)的適應(yīng)性》中首先提出的,它是一類借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)化搜索算法。1.遺傳算法簡(jiǎn)介遺傳算法是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過(guò)程的計(jì)算模型。它的思想源于生物遺傳學(xué)和適者生存的自然規(guī)律,是具有“生存+檢測(cè)”的迭代過(guò)程的搜索算法。遺傳算法以一種群體中的所有個(gè)體為對(duì)象,并利用隨機(jī)化技術(shù)指導(dǎo)對(duì)一個(gè)被編碼的參數(shù)空間進(jìn)行高效搜索。其中,選擇交叉和變異構(gòu)成了遺傳算法的遺傳操作;參數(shù)編碼、初始群體的設(shè)定、適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)、遺傳操作設(shè)計(jì)、控制參數(shù)設(shè)定等5個(gè)要素組成了遺傳算法的核心內(nèi)容。2適用的領(lǐng)域汽車(chē)設(shè)計(jì),包括材料選擇、多目標(biāo)汽車(chē)組件設(shè)計(jì)、減輕重量等。機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)分布計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電路設(shè)計(jì),此類用途的遺傳算法叫做進(jìn)化電路。電子游戲設(shè)計(jì),例如計(jì)算平衡解決方案。機(jī)器智能設(shè)計(jì)和機(jī)器人學(xué)習(xí)。模糊控制系統(tǒng)的訓(xùn)練、移動(dòng)通訊優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)間表安排,例如為一個(gè)大學(xué)安排不沖突的課程時(shí)間表。旅行推銷員問(wèn)題神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練,也叫做神經(jīng)進(jìn)化。函數(shù)優(yōu)化示例求下列一元涵數(shù)的最大值f(x)=x·Sin(10·x)+2.0∈[-1,2],求解結(jié)果精確到6位小數(shù)。1.編碼GA是通過(guò)某種編碼機(jī)制把對(duì)象抽象為由特定符號(hào)按一定順序排成的串。正如研究生物遺傳是從染色體著手,而染色體則是由基因排成的串。GA使用二進(jìn)制串進(jìn)行編碼。GA對(duì)于本例的編碼由于區(qū)間長(zhǎng)度為3,求解結(jié)果精確到6位小數(shù),因此可將自變量定義區(qū)間劃分為3×106等份。又因?yàn)?21<3×106<222,所以本例的二進(jìn)制編碼長(zhǎng)度至少需要22位,本例的編碼過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將區(qū)間[1,2]內(nèi)對(duì)應(yīng)的實(shí)數(shù)值轉(zhuǎn)化為一個(gè)進(jìn)制串(b21b20.b0)。2.幾個(gè)術(shù)語(yǔ)個(gè)體(染色