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计算机量子技术范文1
那么，PXI究竟处于什么样的技术和历史位置呢?因为自动测量技术的核心是计算机技术，所以测量总线技术的发展是与计算机总线的发展密切相关的。要了解测量总线的历史，把握其目前的技术态势，我们需要通过知晓计算机总线技术的发展历程和走向，来分析测量总线技术。
可用于测量的总线标准很多。衡量一种总线技术的优劣主要看两个参数：带宽和延迟。在实际应用中，由于需求不同以及成本等方面的限制，各种总线都有其适合的应用领域。流行的高性能测量总线主要有GPIB、VXI和PXI。如图1所示，从带宽和延迟的角度，PXI明显优于传统的GPIB和VXI总线。
下面联系计算机技术分别回顾这三种总线的历史。
HP-IB／GPIB
HP(惠普公司)是计算机技术的先行者之一。其第一款计算机HP 2116A于1966年面世，用于控制该公司众多的测量仪器。GPIB(General PurposeInterface Bus即通用接口总线)源于HP-IB，这是HP 1965年设计的接口总线，用于连接HP的计算机和可编程仪器。由于其转换速率高(通常可达1MB／s)，这种接口总线逐渐得到普遍认可，1975年成为IEEE 488-1975标准。
可以说，HP开创了基于计算机的数字化测量测试仪器，进入20世纪80年代后，虚拟仪器技术的创始人NI逐渐成为全球最大的GPIB供应商。通过使用LabVIEW和仪器驱动软件，工程师们可以自动化地控制测试仪器，由此，自动化测试测量的时代正式开始。GPIB的出现使电子测量从独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，并且使得自动测量中仪器的互联有了统一的标准。此后，各种带标准接口的测量仪器不断出现，使检测计量人员能够很方便组成各种功能强大的自动测量仪器系统。
GPIB测量系统的结构和命令简单，有专为仪器控制所设计的接口信号和接插件，具有突出的坚固性和可靠性。经过30余年普及，几乎所有独立仪器都已配有GPIB接口，网络上也有各种GPIB驱动，因而具有最好的兼容性。GPIB适合自动化现有的设备、混合系统和特别要求专用仪器的系统。
VME／VXI
VXI是VME eXtensions for Instrumentation的缩写。它是VME(Versa Module Eurocard)总线在仪器领域的扩展。显然，要了解VXI，首先要了解VME。
VME总线源于VERSAbus，这是摩托罗拉公司1980年设计推出用以支持其MC68000微处理器产品线的技术。摩托罗拉在计算机领域有着辉煌的历史，是早期CPU的研发、生产厂商之一。摩托罗拉于1974年推出MC6800处理器。MC68000于1979年面世，与Intel8086以及Intel 80286竞争并取得一些成功。
最早的VERSAbus设计有一个特点：插拔卡的尺寸很大。因为这一点，欧洲的设计人员非常不喜欢。后来设计出一种较小的、具有相似功能的总线供欧洲人使用，称作Versa Module European，或VME，意欧式变种模块。摩托罗拉、飞利浦、汤姆森等公司是倡导者。该总线从1982年开始很快被接受。1987年，VME被IEEE正式接受为万用背板总线标准(ANSI／IEEE 1014-1987)。同年，Colorado DataSystem、HP、Racal Dana、Tektronix和Wavetek等5家仪器公司的技术代表成立了一个技术委员会(即后来的VXI总线联盟)，了VXI规范的第1个版本。几经修改和完善，VME总线标准于1993年9月20日出版发行。
VXI作为一种内部总线，比GPIB具有更高的带宽，且具有更好的延迟率，所以它一推出就得到了军工／航空航天的大量采用。但由于成本较高，所以很难向其他领域应用进行扩展。
PCIf／cPCI／PXI
追根溯源，PCI技术的开创者实为计算机行业的老大Intel公司。1991年下半年，由于原有的ISA、EISA已远远不能适应要求而成为整个系统的主要瓶颈，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团。PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连)的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。而且作为内部总线，PCI能够达到很高的带宽。
1994年提出的CompactPCI简称cPCI，中文又称紧凑型PCI，是在PCI技术基础之上经过改造而成。它采用经过20年实践检验后的高可靠欧洲卡结构，改善了散热条件，提高了抗振动冲击能力，符合电磁兼容性要求，更适合构建高可用性系统，满足电信、数字通信、军事装备以及其他高可靠领域的要求。
1997年，NI公司为钡0试和测量应用提出PxI(PCI eXtensions forInstrumentation)，这是专为测试任务而优化的CompactPCI，PXI基于cPCI总线的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线，用于模块至模块之间的同步和触发。PXI控制器运行Windows操作系统，采用最快速的处理器、内存等PC技术，并能连接各种外部总线接口(例如USB、串口等)，此外NI等一些厂商还提供与PXI控制器配合的GPIB控制器，因此，PXI是混合系统中理想的核心部分。1998年，NI与其他测试设备厂商合作的PXI系统联盟将PXI作为一个开放的工业标准推向市场，迄今为止PXI联盟已经拥有70余家公司和超过1200种产品供选择，所以这样的模块化平台可以让用户自由选择测试功能、用户界面、分析软件等其他要素。此外，商业技术的运用和在模块间共享电源等优势为用户极大地降低了成本。 以上这些都使其成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。
未来发展
目前，PXI技术得到大力推广，市场发展迅速。根据Frost & Sullivan 2005年度的调查显示(见图2)，PXI市场的增长速度远高于VME／VXI，以及测试测量行业的平均值。NI和PXI联盟成员也在继续为PXI加大投资，随着IntelPCI Express总线的推出，PXISA在2005年第三季度正式推出了PXIExpress的软硬件标准，通过在背板使用PCI Express的技术，PXI Express能够将带宽整整提高45倍，从原来PXI的132MB／s提高到现在6GB／s；同时保持了和原来PXI模块在软硬件上的向后兼容性。
然而，由于VXI大量用于军工和航天等对成本及对新技术不敏感、但对可靠性和性能要求苛刻的领域，所以还会在相当长的时间内存在。另外，供应商们也在尝试为VME加入新技术，比如提升带宽的新技术，试图使这种总线技术的服役期限再延长10年甚至20年。
即便是更老的GPIB技术也不会马上消失，被新的总线(例如以太网、USB或FireWire)所取代。GPIB安装基数非常大，精通的使用者和供应商众多。一些大型测试和测量公司如安捷伦、吉时利、罗德与施瓦茨和Tektronix仍以GPIB为主要的仪器总线并配之以所需的USB或以太网。GPIB还可以用来将VXI和PXI连接到控制器。此外，一些特殊仪器，例如吉时利仪器公司的2800RF模型动力分析仪，就只能采用GPIB连接平台。基于此，一些厂商如吉时利仍然看好GPIB的发展前景。
在遗产(英文legacy，西方人不称旧的或过时的)技术继续存在的同时，更新的总线技术还在不断涌现，例如，安捷伦于2004年提出LXI平台概念。LXI(LAN eXtensions forInstrumentation)据称以独特的方式将GPIB的优势和VXI的优势结合在一起。基于LAN的测试总线适合于远程测量和控制，其广泛性和低成本的特点使之成为现有仪器控制总线(如GPIB等)的一个极具竞争力的替代项。然而对于设备与设备之间的同步，就必须要结合IEEE 1588，那么这样的话用户就要为开关盒增加额外的成本。LXI协会于2004年9月成立，一年后了第一版LXI规范，迄今大部分的产品都是基于LAN控制，而不是结合1588标准。
计算机量子技术范文2
关键词： 职教师资；质量标准
一、职教师资的培养
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中，提出要大力发展职业教育，要面向人人、面向社会，着力培养学生的职业道德、职业技能和就业技能。
目前我国职教师资培养面临着严峻的挑战，主要问题在于职教师资数量严重短缺[1]，职教师资质量不高[2]。为此，技术师范院校必须大力加强教育教学和实训基地建设，进一步深化教育教学改革，不断创新职教师资的培养模式。
二、计算机科学与技术专业职教师资质量标准
广东技术师范学院“3+2”职教师资班，是人才培养模式改革创新试点班，从广东省职业技术院校中通过专升本考试，招收已经经过3年学习的优秀毕业生，到广东技术师范学院进行为期2年的本科继续教育，然后到中职院校从事相应的教学、管理工作。这种职教师资人才培养模式，通过专升本考试招收优秀的高职毕业生并单独开班，既发挥了高职毕业生实践动手能力较强的优势。
“3+2” 专升本职教师资班的培养目标明确，就是为职教培养师资，针对职业教师的素质和能力要求，在人才培养方案的整体设计上，打破以往的学科体系
来自于高职院校的这些优秀毕业生专业技能较强，但理论水平有所欠缺，通过两年的继续教育，着重提升学生的专业理论水平，培养高素质的职业教育师资力量。
（一）素质标准
1. 法律素质 职教师资学生作为未来的教师，必须具备一定的法律素质和法治精神，能自觉知法、守法、用法，依法执教。
2. 道德素质 职教师资学生要具有正确的人生观、世界观、价值观，具有良好的社会道德和责任感，具有良好的诚信品质、职业道德、敬业精神、协作精神、责任意识。
3. 人文素质 计算机科学与技术职教师资生不但要学习计算机方面的知识，还要学习人文知识。要通过对人文知识的学习和感悟，把人文知识内化和升华为人文素质。
4. 科学素质 职教师资学生要能在日后的工作中做到严谨治学。弘扬科学精神，勇于探索，追求真理，修正错误，精益求精。实事求是，发扬民主，团结合作，协同创新。秉持学术良知，恪守学术规范。尊重他人劳动和学术成果，维护学术自由和学术尊严。诚实守信，力戒浮躁。坚决抵制学术失范和学术不端行为。
5. 身心素质 职教师资学生要能够适应科技进步、社会发展和职业岗位变化的需要，具有健全的心理素质、健康的体魄和良好的生活习惯。
（二）知识标准
1. 了解计算机科学与技术学科的发展历史和发展动态
2. 掌握计算机科学与技术的基本知识、基本理论、基本方法和基本技能
3. 掌握计算机系统分析和设计的基本方法
4. 掌握开发计算机软、硬件的基本能力
5. 了解计算机相关的法律法规
6. 职业教育学、心理学、教育教学法等方面的知识
（三）能力标准
1. 语言表达能力 作为未来的教师，职教师资学生必须具有较强的语言表达能力。能否根据教学任务的要求，把知识和技能传授给未来的学生，让他们听得清清楚楚，明明白白，能否把枯燥的理论讲得生动有趣，让学生感到舒心悦耳，从而达到良好的教学效果，是评价一个职教师资学生能力的基本方面。
2. 汉语表达和书写能力 职教师资学生应该有良好的汉字书写能力和书面表达能力。应写出一手漂亮的“三笔字”，能根据教学内容和学科特点设计出精美的板书。既能写有感染力的宣传文章，又能写逻辑严密的教学和科研论文。
3. 外语能力 具备一定的外语能力，应具有相应的外语考试合格证书。要能够基本听懂相应外语的日常谈话，能够掌握其中心大意，抓住要点和相关细节。
4. 信息素养能力[7-8] 能熟练进行信息的检索和查询，有效收集各种资料和信息，对信息进行归纳、分类、抽象、概括等，准确地表述信息，能够创造新信息，到达收集信息的最终目的。
5. 职业技能 职教师资学生可以参加各种认证考试，获取相应的认证证书，以证明自己的职业技能。这些认证包括：全国计算机等级考试（NCRE），国家的计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试，各大公司认证等（微软，IBM，Oracle等）。
三、 结语
本文从素质、知识、能力等三个方面，建立了计算机科学与技术专业职教师资学生的质量标准。该标准的制订是一个系统性的工程，需要在实践中不断改进和完善。
参考文献：
[1] 孙翠香. 职教师资培养：一个亟待关注的问题[J]. 职教论坛，2013（25）： 63-70
[2] 贺文瑾， 石伟平. 我国职教师资队伍专业化建设的问题与对策[J]. 教育发展研究， 2005（10）： 73-78
[3] 王乐夫，姚洪略.加强培养培训改革创新，促进职教师资素质提高[J]. 广东技术师范学院学报（职业教育），2012（1）：1-3
计算机量子技术范文3
关键词：量子力学；数值计算；谐振子
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）32-0278-02
一、引言
量子力学是研究微观粒子运动规律的物理学分支学科，与相对论一起构成了现代物理学的理论基础[1]。对于高等院校物理专业的学生，量子力学在基础课程中占有核心地位。通过学习量子力学，可进一步将学生对客观物质世界的感性认识提升到理性认识。因此，对于高校量子力学教师而言，形象、生动的课堂教学不仅能激发学生的学习兴趣，而且还能完善和拓展学生的物理专业知识，从而提高学生的思维水平和培养他们的科研能力。
对于大部分初学者，除了难以理解量子力学中一些与常理相悖的知识外，烦琐的数学推导使很多同学对量子力学望而生畏。如果高校教师继续沿用传统的解析推演、口述笔写的教学方式，将加大学生学习量子力学的难度。此外，量子力学的授课内容大部分属于理论知识，受条件的限制，许多高校无法为学生开设实验课程，这使得学生对抽象的量子力学现象缺乏客观认识。随着计算机的不断发展，很多教师将一些数值计算引入到了量子力学教学中，不仅有效地规避了烦琐的数学解析推演，而且也能作为量子力学授课的理想实验平台，为学生形象地展示量子力学中的一些抽象且难以理解的量子现象和概念[2，3]。因此，为了降低学生学习量子力学的难度，提高学生对量子力学的学习兴趣，应鼓励高校教师将计算机及数值计算搬进量子力学的教学课堂。本文将通过具体的一些量子力学实例来说明数值计算应用于量子力学教学过程中的优势。
二、数值计算在量子力学教学中的应用实例
我们将以一维势场中单个粒子的定态及含时演化为例来说明数值计算在量子力学教学中的应用。为了简单，我们以Matlab软件作为数值计算的平台。
例1：一维定态薛定谔方程的数值计算
在量子力学中，描述单个粒子在一维势场V（x）中运动的定态薛定谔方程如下：
- +Vxψx=Eψx （1）
这里我们假设m=？攸=1。原则上，通过从定态薛定谔方程中求解出波函数ψ（x），我们可以知道该粒子在势场V（x）中运动的所有信息。然而，方程（1）是否存在解析解，在很大程度上依赖于势场V（x）的具体形式。对于较为简单的势场，例如大家熟知的无限深势阱及谐振子势阱，很容易解析求解方程（1）。相反，如果势场V（x）的形式比较复杂，如周期势或双势阱，则必须借助于数值计算。因此，当学生学会利用数值计算求解无限深势阱或谐振子势阱中的定态薛定谔方程时，则很容易举一反三的将其推广至较为复杂的势场，从而避免了烦琐的数学问题。
以下是基于Maltab软件并利用虚时演化方法所编写的计算定态薛定谔方程的程序：
clearall
N=100；x=linspace（-6，6，N+1）；dx=x（2）-x（1）；dt=0.001；dxdt=dt/dx^2；
V=0.5*x.^2；%谐振子势函数
temp=1+dxdt+dt*V；
psi=rand（1，N+1）；%初始波函数
psi=psi/sqrt（sum（abs（psi）.^2）*dx）；%归一化波函数
psi1=psi；
for k=1：10000000
%---------迭代法求解三对角方程---------
psi2=zeros（1，N+1）；
for m=1：100000000
for j=2：N
psi2（j）=（psi（j）+0.5*dxdt*（psi1（j+1）+psi1（j-1）））/temp（j）；
end
emax=max（abs（psi2-psi1））；psi1=psi2；
ifemax
break
end
end
psi1=psi1/sqrt（sum（abs（psi1）.^2*dx））；emax=max（abs（psi-psi1））；psi=psi1；
ifemax
break
end
end
作为例子，我们利用上述程序分别计算出谐振子和双势阱中的基态解。程图1（a）中展示了谐振子的基态解，从中可以看出，数值计算的结果和精确解一致。对于V （x）= x +ae 的双势阱（这里a为势垒高度，b为势垒宽度），由于波函数满足相同的边界条件ψ（x±∞）=0，则只需要将上述程序中的谐振子换成V （x）即可，其基态波函数展示在图1（b）中。从图1（b）中可以看出，随着势垒高度的增加，粒子穿过势垒的几率越来越低。由此可见，利用数值计算能形象地描述粒子在双势阱中的势垒贯穿效应，这降低了学生对该现象的理解难度，同时提高了教师的授课效率。
例2：一维含时薛定谔方程的数值计算
在量子力学中，描述单个粒子在一维势场V（x）中运动的含时薛定谔方程如下：
i =- +V（x）ψ（x，t） （2）
该方程为二阶偏微分方程，对于一般形式的外势V（x）很难严格求解该方程。因此，我们借助时间劈裂傅立叶谱方法进行数值求解，其Matlab程序代码如下：
clearall
N=200；L=20；dx=L/N；x=（-N/2：N/2-1）*dx；
K=2*pi/L；k=fftshift（-N/2：N/2-1）*K；
V=0.5*3*x.^2；
psi=exp（-（x-2）.^2）；psi=psi/sqrt（sum（abs（psi）.^2）*dx）；%归一化初始波函数
t=linspace（0，10，1001）；dt=t（2）-t（1）；F=exp（-i*0.5*dt*k.^2/2）；
for j=1：length（t）；
%---------时间劈裂谱方法求解---------
psi=ifft（F.*fft（psi））；
psi=exp（-i*V*dt）.*psi；
psi=ifft（F.*fft（psi））；
U（j，：）=psi；
end
作为例子，我们分别选取了谐振子势阱的基态波函数和非基态波函数作为时间演化的初始值。从图2中可以看到，当初始值为基态波函数时，波包的构型并不会随着时间的演化而发生形变，这说明粒子处于动力学稳定的状态。相反，当我们将初始波函数的波包中心稍作挪动，则随着时间的演化，波包将在势阱中做周期性振荡。我们可以让学生利用数值程序证明波包振荡周期等于谐振子的频率。此外，如果我们将初始波函数改为谐振子的激发态，并在初始时刻加上一个较小的扰动项，则可利用时间演化程序证明激发态在外界的一定扰动下而变得动力学不稳定。因此，数值程序为我们提供了验证理论结果的理想实验平台，有利于学生对抽象物理概念的理解。
三、结语
基于Matlab软件，我们以量子力学中的定态和含时薛定谔方程为例来说明数值计算应用于量子力学教学过程中的优势。数值计算不仅有效避免了烦琐的数学公式推导，而且也可当作理想的实验平台来形象地展示量子力学中一些抽象的物理现象。高校教师借助于数值计算能拓展学生的物理专业知识，提高他们对量子力学的学习兴趣，培养他们利用数值计算做一些简单的科学研究。
参考文献：
[1]曾谨言.量子力学卷I[M].第五版.北京：科学出版社，2014.
计算机量子技术范文4
关键词：直觉模糊集；位置权向量；空间数据质量；多属性决策；IFHA算子；IFHG算子 文献标识码：A
中图分类号：PC224 文章编号：1009-2374（2016）16-0020-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.16.009
1 概述
近年来，空间信息产业的蓬勃发展、壮大以及计算机硬软件技术的快速发展，为地理信息系统（GIS）提供了强大的技术支持，使得GIS广泛地应用在国计民生的各个领域，并产生了巨大的经济效益和社会效益。
基于直觉模糊集IFHA和IFHG算子对空间数据质量评价是一种综合多属性评价和模糊评价并采用合适的位置权重的评价方法，其评价方法能够比传统的评价方法更加真实、细腻地刻画客观世界的模糊性本质，使得评价分析过程更加真实合理。
2 直觉模糊集的基本理论
由于社会信息的复杂性和不确定性，使得人们在事物的认知过程中往往存在不同程度的犹豫，从而使得其结果表现为肯定、否定和介于之间的犹豫性三个部分。保加利亚学者Atanassov对Zadeh的模糊集进行了拓展，推广到同时考虑隶属度、非隶属度和犹豫度三个方面信息的直觉模糊集。
2.1 直觉模糊集的定义
定义：设X为一个非空集合，则称为直觉模糊集，其中和分别为中元素属于的隶属度和非隶属度，即：
且满足条件：
此外：
表示X中元素x对于A的犹豫度。
2.2 直觉模糊集成算子
考虑到IFWA和IFWG算子忽视了数据自身存在的位置权重，仅对直觉模糊数进行了加权计算，而下面两种直觉模糊混合算子有效地克服了这一缺点。
2.2.1 直觉模糊混合平均（IFHA）算子。
定义：IFHA算子为一个映射：，即：
式中：为IFHA算子的加权向
量值，且，；，是加权的直觉模糊数组的一个置换；是的权重向量，且。
2.2.2 直觉模糊混合集合（IFHG）算子。
定义：IFHG算子为一个映射：，使得：
式中：是IFHG算子的加权向量值，且，；，是加权的直觉模糊数组的一个置换；是的权重向量，且。
2.3 位置权向量的确定
对于如何确定评级影响因素相应的权重，这是评价过程中的重要一步，这一步直接决定了评价结果的合理性。对较大的数据赋予较小的权重，这个是符合大多数人心理的。在Yager给出了OWA算子理论基础上，人们提出了多种赋权的方法，传统的赋权方法简单明了，但比较粗糙，并不能体现评价结果的科学性。
在OWA算子中，权向量与评价数据没有关系，只是对位置加权，Xu提出离散正态分布的权重向量，正态分布的密度函数图很好地解决了这个问题。在数据库质量评价上利用这种赋权方法得出的权重值，使得其评价过程更加合理。如图1所示，下面介绍这种方法。
设为OWA算子的权重向量，定义为：
有赋以权重得出的数学期望，且由在及权重得出的标准差，和，表示为：
3 基于直觉模糊算子对空间数据质量的评价过程
空间数据质量评价问题属于一种其质量的好与坏，是由多个影响因素共同作用的结果，可
以设为评价对象集和，为属性集，为属性的权重向量，其中，。设评价对象的特征信息由直觉模糊集来表达。
式中：表示方案肯定属性的程度，表示对象否定属性的程度，且：
用直觉模糊数来表示评价对象关于属性的特征，就是说表示评价对象肯定属性的程度，表示评价对象否定属性的程度。所以直觉模糊决策矩阵表示所有的评价对象关于所有属性的特征信息，其中，， 。
基于直觉模糊集信息的空间数据质量的评价过程。
步骤1：利用直觉模糊集IFHA算子或者利用直觉模糊集IFHG算子
4.1 利用直觉模糊集IFHA算子对数据质量进行评价
尝试用直觉模糊集IFHA算子对对象的数据质量进行评价，评价过程为以下步骤：
步骤1：用位置向量对各个评价影响因素的属性值进行赋权然后乘以其系数，得到加权的属性值，用表示，为加权的直觉模糊评价矩阵。
即评价对象“优”和“良”的加权属性为表2所示：
表2 加权的直觉模糊评价矩阵
步骤2：然后对“优”和“良”的加权属性值按从大到小排序，利用IFHA算子求得方案的综合属性值。
其中是由Xu离散正态分布法确定的加权向量。
步骤2：然后对评价对象“优”和“良”的加权属性值按从大到小排序，然后利用位置权重对每个因素的加权属性值的位置加权。
得到：
所以：
于是得到评价对象“优”和“良”的综合属性值为：
步骤3：计算评价对象“优”和“良”的得分值：
即评价对象“优”的空间数据质量较好，“良”次之，这与利用直觉模糊集IFHA算子的结果一致，而与传统的加权平均法并不相同。
5 比较分析
（1）将Xu提出正态分布离散化赋权方法所得出权重值用在数据库质量评价上，对评价的合理性起到重要的作用；（2）IFHA算子和IFHG算子是在IFWA算子和IFWG算子的基础上，既考虑了各个数据影响要素的重要性，又考虑了其所在位置的重要性，使得评价结果更可靠。
6 结语
通过实例可知，此方法对空间数据质量评价是可行的，其优点是：（1）以可靠的理论为基础；（2）全面合理地考虑各个影响因素和相互关系，实现对数据质量的合理分析；（3）考虑了影响因素所在位置的重要性。
不过其评定方法也存在一定不足，主要如下：（1）IHFA算子侧重于强调整体数据质量影响因素的结果，而IHFG算子侧重于单个质量影响因素的结果；（2）影响因素最优权向量的确定；（3）影响因素隶属度的确定。
参考文献
[1] 胡圣武.GIS质量评价与可靠性分析[M].北京：测绘出版社，2006.
[2] 曾衍伟，龚建雅.空间数据质量控制与评价方法及实现技术[J].武汉大学学报（信息科学版），2004，29（8）.
[3] 史文中.空间数据与空间数据不确定性原理[M].北京：科学出版社，2005.
[4] 徐泽水.直觉模糊信息集成理论与应用[M].北京：科学出版社，2008.
[5] Atannassov K.Intuitionistic sets[J].Fuzzy Sets and System，1986，69（20）.
计算机量子技术范文5
Abstract: This paper proposed a digital audio watermarking algorithn of wavelet domain self-synchronization based on mean quantization. The algorithm is a blind detection algorithm to detect without the original audio signal. The algorithm introduced the idea of mean coefficient quantization,after wavelet decomposition of the audio signal,on which the low frequency coefficients were meanly quantified and watermark was embedded;and introduced the idea embedded synchroization signals,using synchronous signal to locate the watermark embedding position to resist translation,cutting and other attacks. Experimental results show that the algorithm has strong robustness and anti-aggressive.
关键词: 音频水印;小波变换;均值量化;同步信号;鲁棒性
Key words: audio watermarking;wavelet transform; mean quantization; synchronizing signal; robustness
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)16-0154-02
0引言
随着网络技术与多媒体技术的飞速发展,互联网已成为传播各种知识和信息的重要途径,但随之而来的盗版问题和版权纷争已成为一个迫切需要解决的社会问题。数字水印技术目前被公认为是解决版权问题的一种有效方式,它可以声明数字产品的所有权、识别购买者或提供和内容相关的信息。数字音频水印嵌入算法是音频信号水印处理技术中重要的组成部分。数字音频水印的最重要的特性是不可听性和鲁棒性。在常见的数字音频水印技术中,变换域音频水印算法由于对一些压缩格式的数字音乐制品进行版权保护的需要取得了很大的进展。在该算法研究中,文献[1]提出了一种利用小波变换的音频水印算法,这种算法隐藏的水印具有较强的隐蔽性和鲁棒性。文献[2]提出一种基于量化的小波域数字音频水印算法,该算法调制信号通过量化处理过程嵌入到离散小波变换后的系数中,提取水印信号无需使用原始数字音频信号。本文提出了一种基于DWT域的音频水印算法。该算法引入了系数均值量化的思想,通过量化的方法将每个水印比特位嵌入到一组小波系数的平均值中,为了达到较好的鲁棒性,对DWT域的低频系数进行量化;并且引入了嵌入同步信号的思想,利用同步信号来定位水印的嵌入位置,以抵抗平移裁剪等攻击。实验表明该算法鲁棒性、抗攻击更强。
1均值量化原理
设由K个小波系数构成的集合为{x0,…,xK-1},其均值为=x。假设在均值中利用量化的方法嵌入一个水印比特w∈{0,1}所引起的误差为,即嵌有一个水印比特w后的K个信号的均值为=+,由此可知,K个小波系数的集合中的所有单个系数也将进行相应的修改,即x=x+,i=0,…,K-1(1)
其中,x是指某个被修改后的系数值。假设嵌有水印的信号在传输过程中受到了一定的攻击,攻击对每个信号产生的误差为δ,即攻击后K个小波系数中某个小波系数为=x+δ,i=0,…,K-1,则攻击后K个小波系数的均值为==+。假设δ~N(0,σ),即δ服从均值为0,方差为σ的高斯分布,K个服从高斯分布的随机变量其平均值仍然服从高斯分布,但是方差缩小了K倍,即~N(0,)。因此,均值量化与单个系数量化的方法相比,可以减少由于攻击所造成的系数改变量的方差,提高算法的鲁棒性。图1给出了小波系数改变量的统计分布。
2同步信号的选取和判定
本文采用m序列作为同步信号,首先把m序列{cn}(cn=1,0)转化成m序列{c}(c=1,-1),即c=2c-1。
假设{a}和{b}(a,b=1,-1)是具有相同周期T的两个m序列,则它们的自相关系数定义为
ρ(τ)=ab-τ(2-1)
m序列{a}的自相关系数定义为
ρ(τ)=aa-τ(2-2)
m序列的自相关系数有如下性质:
ρ(τ)= 1,τ=0-1/T,τ≠0(2-3)
设{a}是作为同步信号的原始m序列,{b}是一待检验的序列,如果ρ(0)n/T,则判定{b}是一个同步信号,其中n是一个通过大量实验所得的阈值,取奇数,如果待检验序列有(T+n)/2个相同,就认为{b}是一个同步信号。
3水印嵌入算法
3.1 水印的预处理为了提高数字水印算法的鲁棒性,使得所加入的水印能够抵抗剪切、重采样等信号处理方法的攻击,同时为了达到安全和保密的目的,文中使用Arnold变换对二值图像进行置乱变换,其中变换次数作为密钥key。将二维水印嵌入到一维的数字音频信号中,要进行降维处理。另外,为了进一步提高抵抗剪切、平移等去同步攻击能力,需在嵌入序列中添加一同步序列。在此处采用m序列作为同步信号。这样,最终嵌入音频信号序列的组成结构图如图2所示,其长度为m序列和水印序列之和。
3.2 音频信号分段设A表示含有L个采样数据的原始数字音频信号,它可以表示为:A={a(l),0l
其中a(l)∈{0,1,2…,(2p-1)}是第l个数据的幅度值,p为每个数据用的比特数。将原始音频信号分成两部分,水印嵌入相关部分Ae和水印嵌入无关部分Ar,即A=Ae+Ar(3-2)
假设每个音频段数据个数为L,音频数据总数为N,在每个数据段中嵌入一个像素值,则为了嵌入所有M1×M2个水印像素点,原始音频Ae数据个数必须满足:
NM1×M2×L(3-3)
将用于嵌入水印的音频Ae分成M1×M2段
Ae={Ae(k),0k
3.3 每段音频做小波分解对嵌入水印相关音频Ae选择合适的小波基进行离散小波变换,本文选取Daubechies-4小波基,对相关音频进行三层小波分解,即
D=DWT(Ae)=CD1CD2CD3CA3(3-5)
3.4 低频系数均值量化后把水印嵌入由于音频信号的能量大多集中在低频分量上,稳定性好、抵抗噪声等信号处理的能力较强。为了保证水印的鲁棒性,选择CA3作为水印嵌入区域,其系数记为X={aa∈CA,i=0,…,M-1},M为子带CA3的系数总和,即完成了水印的嵌入。
3.5 小波逆变换得到含水印的音频信号用嵌入水印得低频系数CA代替原来的CA,细节分量CDi(i=1,2,3)保持不变,得到嵌入后小波变换域表示式,
A=IDWT(CD1CD2CD3CA)(3-6)
最后进行小波重构,用含有水印的音频信号A代替原始的音频信号A,无关部分A不变,得到含有水印的音频信号A,
A=A+A(3-7)
4水印提取算法
4.1 音频信号分段按照嵌入时的方法将待检测的音频信号A分成水印嵌入相关部分A和水印嵌入无关部分A,即
A=A+A(4-1)
其中A={A(k),0k
4.2 分段小波变换对音频相关部分A选择和嵌入水印相同的小波基――Daubechies-4小波基进行三层小波变换,选择变换后的近似分量系数做下一步处理,其中小波变换的结果为:
D=DWT(A)=CDs1CDs2CDs3CA(4-2)
4.3 提取水印选取低频分量CA,采用与嵌入时相同的处理方式对CA组成的系数集划分成阵列,求出列的均值。设所求均值(l),从(l)中提取水印序列{w′(l)}。即:
w′(j)=(l)/Q1+1/2%2l=0,…,L-1(4-3)
4.4 升维并逆置乱对提取的一维水印比特V′(l)进行升维处理得到的是一副杂乱无章的图像w(i,j),然后,通过对这幅杂乱无章的图像根据密钥key进行Arnold逆置乱操作即可得到水印图像。
W′={w′(i,j),1iM1,1jM2}(4-4)
5仿真实验及结果分析
实验中,取量化精度为16位、采样率为44100Hz、911757个采样点,播放时间为21秒的一段乐曲作为原始信号。采用一幅64 ×64的带有“音频水印”字样的二值图像作为水印信号。同步信号周期为63的m序列,量化步长为0.2,音频数据嵌入水印后感觉不到差异。
为了测试水印的鲁棒性,对嵌入水印的音频信号进行一般的信号处理操作:低通滤波、重采样、重量化、叠加噪声、有损压缩。
该算法对mp3压缩有很强的鲁棒性,当压缩至32kbps时,依然能检测到水印。
6结束语
本文提出了基于均值量化的小波域自同步数字音频水印算法,每个水印比特位通过量化的方法嵌入到一组小波系数的平均值中,水印的提取不需要原始音频信号。实验结果表明,基于均值量化的水印系统总体性能相对于基于一般量化的水印系统有了较大的提高,即在没有引入感知噪声的情况下,水印系统的鲁棒性得到了很好的改善。该算法具有以下特点:该算法是一种盲检测算法,检测时不需要原始音频信号;引入了系数均值量化的思想,音频信号进行小波分解后,对其中的低频系数进行均值量化,嵌入水印;引入了嵌入同步信号的思想,利用同步信号来定位水印的嵌入位置,以抵抗平移、裁剪等攻击。
参考文献:
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【关键词】
高容量血液稀释；复合控制性降压；子宫内膜癌根治
血液稀释联合控制性降低血压是血液保护的新措施，可有效的减少术中出血量，保护红细胞，节约用血，减少或避免血源性传播疾病及提供清晰的手术术野等都有重要的临床价值，本院应用急性高容量血液稀释（Acutehypervolemichemodilution，AHH）联合硝酸甘油控制性降压用于子宫内膜癌根治手术患者，取得了满意的效果，现报告如下。
1资料与方法
1.1一般资料择期子宫内膜癌根治手术患者60例，ASA分级均为Ⅰ-Ⅱ级，年龄48～63岁，体重46～85公斤，术前心、肺、肝、肾及凝血功能均正常，血红蛋白Hb≥110g/L，红细胞比容Hct≥0.35%，将患者随机分为A、B、C三组，各20例，A组未行AHH及控制性降压，B组用硝酸甘油行控制性降压，C组行AHH复合硝酸甘油控制性降压。
1.2治疗方法三组患者手术开始前A、B组以10ml/（kg·h）的速度输注乳酸林格氏液及6%的羟乙基淀粉（贺斯），C组患者于手术开始前以30～50ml/min的速度输入乳酸林格氏液10ml/kg及羟乙基淀粉10ml/kg，在手术开始的同时B、C两组以MAP基础值的70%～80%为目标，经微量泵静脉输入硝酸甘油0.5～1.0μg/（kg·min），行控制性降压，根据MAP、HR及CVP变化调节用药速度，手术结束时停止降压，三组患者术中失血量大于血容量的20%时输入浓缩红细胞。
3讨论
围术期血液稀释技术主要是指针对某些预计术中可能出血较多的手术，手术开始前利用晶体液和胶体液将血液稀释到机体可以耐受的程度，在同样的出血情况下，红细胞丢失较少，从而达到减少临床用血，降低输血风险的目的。自1986年以来，急性血液稀释技术又被再次认识并重新应用。急性高容量血液稀释（AHH）被认为是一种有效的血液保护措施，但因设备条件要求高限制其临床应用，AHH是近年来开展的新技术，具有与ANH同样的扩容效应，不需要特殊采血及回输器材，操作简单，费用低廉，污染机会少，较ANH更有优越性，为了提高AHH的安全性本组采用硝酸甘油联全控制性降压，由于硝酸甘油直接作用于容量血管，扩张静脉系统，降低外周阻力，增加冠脉血流，降低左心负担，改善心肌供血等，有利于AHH的心脏保护。
AHH和控制性低血压均可明显减少术中出血量和异体血输入量，控制性低血压可减少约30%的出血，二者联合应用有协同作用，控制性低血压降低了组织的灌流量，单纯AHH因Hb下降而使血氧含量减少，研究证实机体供氧随着Hct的下降而增加，当血液稀释到0.3时状态最佳，Hct不低于0.2时组织器官的氧供维持不变，中等程度的血液稀释不但不会造成凝血障碍，反而使机体处于高凝状态，已有报导大量输入羟乙基淀粉1h后凝血时间显著延长，对于内源性凝血因子的影响超过了血液稀释的限度，但也有报导表示急性高容血液稀释后纤维蛋白原均有不同程度的增高，本研究中AHH合并控制降压组患者，尽管Hb、Hct明显低于术前水平但仍在正常范围内，文献报导Hct25%是血液稀释的耐受点，此组患者远高于这一安全范围，均未出现凝血异常。
综上所述，AHH复合控制性降压用于子宫内膜癌根治患者可明显减少术中出血量，提供清晰术野，缩短手术时间，同时对血流动力学，组织器官血流灌注等均未见明显影响，是一种安全有效的血液保护方法，值得临床推广，特别是在基层医院。
参考文献
[1]徐雪，赵砚丽，等.人工血浆代用品对凝血和纤溶功能的影响.中华麻醉学杂志，2010，20：520-523.
