進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法第四章進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法4.1概述4.2進(jìn)化計(jì)算的基本原理43進(jìn)化計(jì)算的理論與分析44遺傳算法的改進(jìn)4.5進(jìn)化計(jì)算的應(yīng)用4.6小結(jié)4.1概述從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算進(jìn)化計(jì)算的主要分支進(jìn)化計(jì)算的主要特點(diǎn)進(jìn)化計(jì)算的理論研究進(jìn)化計(jì)算的應(yīng)用一、農(nóng)村中小學(xué)體育教學(xué)改革中存在的問(wèn)題（一）教學(xué)觀念亟待轉(zhuǎn)變體育教學(xué)改革雖然在全方位進(jìn)行，但不少教學(xué)改革者在實(shí)踐中卻只熱衷于操作層面上外在課程形式的改革，過(guò)分追求一種表面上的熱鬧、活躍，學(xué)生內(nèi)在情感和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有真正被激活。其根本原因，就是許多中小學(xué)體育教師教學(xué)觀念沒(méi)有根本轉(zhuǎn)變。為什么沒(méi)有轉(zhuǎn)變？并不是體育教師不想轉(zhuǎn)變，不能轉(zhuǎn)變。原因可能有，一是現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，在長(zhǎng)期教育實(shí)踐中忽視或輕視體育的行為、觀念、思想沒(méi)有得到根本轉(zhuǎn)變；二是目前中小學(xué)體育教師的工作量太大，除常規(guī)的體育課堂教學(xué)外還有大量的課外工作；三是缺少改革的理論導(dǎo)向和具體指導(dǎo)，同時(shí)上級(jí)教研部門(mén)給教師的教改指示大多是口號(hào)式指示。（二）教學(xué)目標(biāo)單一學(xué)校體育的一個(gè)致命傷是學(xué)生學(xué)了十幾年的體育，在他們走出校門(mén)后，竟與體育再見(jiàn)了。這與體育教學(xué)忽視培養(yǎng)學(xué)生的體育興趣、能力和鍛煉習(xí)慣相關(guān)；與我們把體育理解為機(jī)械被動(dòng)的教育有關(guān)；還與我們沒(méi)有在體育課堂教給學(xué)生鍛煉身體的原理和應(yīng)用運(yùn)動(dòng)技術(shù)鍛煉身體的方法有關(guān)。以往的體育教學(xué)，所偏重的是一個(gè)技術(shù)怎么教，一個(gè)動(dòng)作怎么做，忽略了對(duì)學(xué)生健身知識(shí)技能的傳授，更忽視了對(duì)學(xué)生健身意識(shí)、健身能力、健身習(xí)慣的培養(yǎng)，使學(xué)生無(wú)所適從，無(wú)所收獲。（三）教學(xué)內(nèi)容競(jìng)技化長(zhǎng)期以來(lái)，競(jìng)技運(yùn)動(dòng)一整套的項(xiàng)目、規(guī)則和辦法規(guī)范了學(xué)校體育教學(xué)和課外體育活動(dòng)。這些規(guī)則嚴(yán)密、技術(shù)要求高的項(xiàng)目，使天性好動(dòng)的學(xué)生望而生畏，主動(dòng)去鍛煉的學(xué)生有減無(wú)增。體育教學(xué)是以促進(jìn)學(xué)生生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)，增進(jìn)學(xué)生健康，促進(jìn)學(xué)生掌握科學(xué)健身方法等為主要內(nèi)容，而競(jìng)技性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，則是從體育競(jìng)技的角度出發(fā)，以實(shí)效性為原則，選用優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)技術(shù)為模式，通過(guò)程序化訓(xùn)練過(guò)程，達(dá)到完善技術(shù)，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)?yōu)槟康模@些運(yùn)動(dòng)技術(shù)，雖然有助于學(xué)生已具有的運(yùn)動(dòng)能力得以充分發(fā)揮，但對(duì)體育教育來(lái)說(shuō)，顯然脫離了其內(nèi)涵，只能是一種外部的行為要求，未必是學(xué)生身心和諧發(fā)展的最佳活動(dòng)內(nèi)容，而且競(jìng)技化的強(qiáng)身指向在于片面強(qiáng)調(diào)體育對(duì)人體的改造作用，過(guò)分追求人的身體活動(dòng)能力的不斷超越和自我精神的磨練。（四）教學(xué)方法僵化素質(zhì)教育是一種弘揚(yáng)學(xué)生主體性的教育，素質(zhì)教育要尊重學(xué)生的人格，承認(rèn)學(xué)生的個(gè)性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)地、活潑地進(jìn)行學(xué)習(xí)。與此相適應(yīng)，在體育教學(xué)設(shè)計(jì)上，也要從“教師中心”轉(zhuǎn)向重視尊重學(xué)生的“主體”地位，而不能像過(guò)去那樣把學(xué)生當(dāng)作被動(dòng)的容器或練習(xí)機(jī)器去安排教學(xué)。在體育教學(xué)手段上，要從教師單純“灌輸”為主的方法體系轉(zhuǎn)向在教師指導(dǎo)下的學(xué)生學(xué)為主的學(xué)法設(shè)計(jì)；由簡(jiǎn)單的一刀切方法手段轉(zhuǎn)向因材施教和區(qū)別對(duì)待，在一定的統(tǒng)一要求的基礎(chǔ)上，使學(xué)生的一般發(fā)展、共同發(fā)展與特殊發(fā)展、差別發(fā)展相結(jié)合，從而盡可能地為學(xué)生學(xué)習(xí)和鍛煉創(chuàng)造條件，滿(mǎn)足和促進(jìn)每個(gè)學(xué)生的個(gè)性需求。（五）教學(xué)評(píng)價(jià)無(wú)差異化目前中小學(xué)體育教學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)單一，忽視了學(xué)生的個(gè)體基礎(chǔ)差異，埋沒(méi)了學(xué)生的主觀努力和進(jìn)步幅度。以籠統(tǒng)的劃一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，既缺乏激勵(lì)性又失公允性?？荚?，是對(duì)人的某種能力的公平檢驗(yàn)。既然是公平檢驗(yàn)，那就要有時(shí)間上、方式上、內(nèi)容上、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)上的同一規(guī)定。平時(shí)考核很難做到這一系列的同一規(guī)定，因而也就很難成為一種公平檢驗(yàn)的手段。教學(xué)評(píng)價(jià)的目的不僅是為了檢驗(yàn)教學(xué)效果，更重要的是讓學(xué)生了解自我，從中獲得激勵(lì)，不斷鼓舞自己向新的目標(biāo)沖擊。然而教學(xué)評(píng)價(jià)的單一化，忽視了學(xué)生的進(jìn)步，顯然也就談不上有何激勵(lì)性。二、農(nóng)村中小學(xué)體育教學(xué)改革的對(duì)策（一）以實(shí)施素質(zhì)教育為導(dǎo)向，改革農(nóng)村中小學(xué)體育教學(xué)。轉(zhuǎn)變觀念，是實(shí)施體育素質(zhì)教育的開(kāi)關(guān)，是啟動(dòng)體育改革之門(mén)的鑰匙。（二）大力加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，是實(shí)施體育素質(zhì)教育、提高體育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。只有建設(shè)一支素質(zhì)高、業(yè)務(wù)精、勤奮實(shí)干、懂得實(shí)施素質(zhì)教育的教師隊(duì)伍，才能實(shí)現(xiàn)體育教學(xué)改革，把實(shí)施素質(zhì)教育的目標(biāo)落到實(shí)處。（三）加強(qiáng)體育課程、教材建設(shè)和改革，進(jìn)一步建立、完善適應(yīng)素質(zhì)教育要求的體育課程和教材是實(shí)施體育素質(zhì)教育的核心。（四）繼續(xù)深化體育教學(xué)模式、方法、手段和考評(píng)方法的改革。我們要按照素質(zhì)教育的要求，圍繞生動(dòng)、活潑、主動(dòng)、創(chuàng)新、實(shí)踐能力進(jìn)行改革。（五）優(yōu)化農(nóng)村中小學(xué)的體育場(chǎng)地、設(shè)施、器材及開(kāi)辟獲取圖書(shū)資料和各種信息的渠道。根據(jù)各校實(shí)際條件充分利用校園、修舊利廢，開(kāi)發(fā)能面向全體學(xué)生、趣味性強(qiáng)的與鍛煉身體實(shí)效大的、不拘一格的多樣化的體育場(chǎng)地、設(shè)施和器材。（六）大力加強(qiáng)農(nóng)村中小學(xué)體育科研，尤其是體育教學(xué)研究，充分發(fā)揮科研對(duì)農(nóng)村中小學(xué)體育改革與發(fā)展的先行作用。（七）建立多維度的體育成績(jī)考核評(píng)價(jià)體系。考試作為一種檢查手段，是進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)的一種方式。學(xué)生由于受遺傳、教育、社會(huì)環(huán)境等不同因素的影響，其運(yùn)動(dòng)能力、身體素質(zhì)等方面必然存在著個(gè)體差異，體育教學(xué)中要承認(rèn)這種差異，對(duì)不同體質(zhì)的學(xué)生，應(yīng)有不同的要求?？傊?，在農(nóng)村中小學(xué)體育教學(xué)中注重和加強(qiáng)素質(zhì)教育是新時(shí)代學(xué)校體育教學(xué)工作賦予我們的光榮使命，任重而道遠(yuǎn)，需要我們?cè)诮窈髮?shí)踐中不斷探索、創(chuàng)新，為培養(yǎng)更多的高素質(zhì)人才而不懈努力。1.自主閱讀，體味文本人文內(nèi)涵新課標(biāo)提出“閱讀教學(xué)是學(xué)生、教師、文本之間對(duì)話的過(guò)程”，即一種師生之間及其與文本之間的情感交流、心靈溝通、生命對(duì)話的過(guò)程。從這個(gè)意義上說(shuō)，閱讀教學(xué)與語(yǔ)文素養(yǎng)培養(yǎng)關(guān)系十分密切，它對(duì)于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生語(yǔ)文素養(yǎng)的價(jià)值和功能日益突顯。閱讀教學(xué)實(shí)質(zhì)揭示了學(xué)生在閱讀過(guò)程中只有結(jié)合自己的經(jīng)歷和生活經(jīng)驗(yàn)，以主動(dòng)積極的思維和情感活動(dòng)參與到文本對(duì)話中，才能感悟到作者的感受、情感，感悟到整個(gè)作品的風(fēng)格和情調(diào)，感悟到文本的豐富性和多義性，從而達(dá)到移情啟智的目的。語(yǔ)文教材每篇文章中，不僅包含了豐富多彩的文化科學(xué)知識(shí)，還滲透了生動(dòng)的人文精神和高尚的情操，它對(duì)學(xué)生的情感、態(tài)度、價(jià)值觀的影響必然是廣泛而深刻的。學(xué)生在閱讀文本中獲得一個(gè)個(gè)讓人情感激蕩的形象的意境，品味一幅幅讓人賞心悅目的風(fēng)景和畫(huà)面，把握作品的底蘊(yùn)，其人文素養(yǎng)也就在“隨風(fēng)潛入夜，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的閱讀中得到培養(yǎng)和發(fā)展。學(xué)生在閱讀活動(dòng)中可借助自己的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，運(yùn)用閱讀策略以及個(gè)體所具有的獨(dú)特情感體驗(yàn)、價(jià)值觀和獨(dú)創(chuàng)性思維，獲得閱讀能力和語(yǔ)文素養(yǎng)的發(fā)展。2.走進(jìn)作品，體驗(yàn)作者情感世界閱讀的本質(zhì)是要從文章外部表現(xiàn)世界的“物質(zhì)符號(hào)”上理解其精神內(nèi)核，即以作品為媒介，借此體驗(yàn)、感悟和理解作家在作品中流露出的情感和思想。意味雋永的作品都充滿(mǎn)了生命的玄妙和機(jī)智，是靈與肉、形與神的有機(jī)融合。只有讓學(xué)生的靈魂鉆進(jìn)作品的懷抱，才能品嘗它的滋味、呼吸它的氣息，才能得以把握它的內(nèi)在價(jià)值。因此，教學(xué)中教師要充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生全部的情感，使他們積極主動(dòng)地參與到閱讀活動(dòng)中，以身體之，以心驗(yàn)之，使客體的生活變成主體的生活，客體的存在變成主體自身的存在。閱讀是披文得意的心智技能，是緣文會(huì)友的交往行為，是書(shū)面文化的精神消費(fèi)，是人類(lèi)素質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程。任何作品都負(fù)載著作者的思想感情，都是創(chuàng)造性靈魂的表現(xiàn)形式。但由于人類(lèi)情意的豐富性，并不是一切都能實(shí)現(xiàn)意到筆隨。對(duì)于這種語(yǔ)言的缺失，在口頭交往中還可以借助神態(tài)、體態(tài)的變化，或當(dāng)面詢(xún)問(wèn)而得到適當(dāng)緩解，在書(shū)面交往中作者或只能留出些許誘導(dǎo)空間，或只留下一串延伸的概念符號(hào)，這就?槎琳嚀峁┝私舛戀鈉躉?。每當(dāng)此處，教師要在吃透作品的基礎(chǔ)上，模擬作者、充當(dāng)作者，接受學(xué)生的咨詢(xún)。這里有一個(gè)重要前提，就是教師要教學(xué)生反復(fù)閱讀作品，從作品中獲得啟示，產(chǎn)生悟性。3.培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的閱讀習(xí)慣，加強(qiáng)課外閱讀指導(dǎo)作為初中語(yǔ)文教師，既要引導(dǎo)學(xué)生做到多讀書(shū)，更要讓他們做到會(huì)讀書(shū)。有些學(xué)生在閱讀時(shí)往往浮光掠影，淺嘗輒止，甚至獵奇，這是十分有害的。應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)他們養(yǎng)成良好的閱讀習(xí)慣，并教會(huì)他們朗讀和默讀、精讀和略讀、速讀和聽(tīng)讀等方法。在教給學(xué)生閱讀方法之后，就要幫他們進(jìn)行閱讀內(nèi)容的選擇，怎樣進(jìn)行閱讀選擇呢？①結(jié)合志趣。志趣是學(xué)習(xí)的動(dòng)力，而它有高尚與庸俗之分。古今中外許多著名專(zhuān)家學(xué)者之所以成大器，幾乎都和他們?cè)谇嗄陼r(shí)期就注意結(jié)合志趣進(jìn)行正確的選擇閱讀以吸取知識(shí)有密切的關(guān)系。要注意的是志趣要高尚，還要處理好志趣與基礎(chǔ)知識(shí)的關(guān)系，防止“偏食”造成發(fā)育不良。②重視科普讀物和新興學(xué)科。人類(lèi)知識(shí)稱(chēng)得上一日千里，突飛猛進(jìn)，因此一個(gè)人只讀課本是不夠的，必須在課外閱讀中，注意選取反映最新科學(xué)成果的讀物，包括科普書(shū)刊和優(yōu)秀科幻小說(shuō)，以不斷開(kāi)闊視野，培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的興趣，提高科學(xué)的思維能力和豐富的想象力，跟上時(shí)代日新月異的大發(fā)展。③在選擇閱讀、積累知識(shí)的同時(shí)，更要重視思想修養(yǎng)、意志品格的培養(yǎng)。因此，要選取有關(guān)培養(yǎng)高尚品格、頑強(qiáng)意志的讀物，認(rèn)真閱讀，力爭(zhēng)讓學(xué)生成為一個(gè)既有較高文化素質(zhì)，又有高尚品德修養(yǎng)的人。4.倡導(dǎo)多角度培養(yǎng)閱讀語(yǔ)感語(yǔ)感主要是指長(zhǎng)期的實(shí)踐和積累過(guò)程中形成的對(duì)語(yǔ)言的敏感性，這種對(duì)語(yǔ)言的敏感性行為，能夠直覺(jué)地把握語(yǔ)言本身的隱含意義，它是語(yǔ)感者內(nèi)在理性積淀的感性表現(xiàn)形式。在具體語(yǔ)文閱讀教學(xué)實(shí)踐中，可以重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面來(lái)培養(yǎng)學(xué)生語(yǔ)感：一是積極激活學(xué)生想象，觸發(fā)語(yǔ)感。作品中的形象只有借豐富的想象、聯(lián)想才能在讀者頭腦中再現(xiàn)，讀者頭腦中呈現(xiàn)了作品中的形象，才算真正感知了課文的內(nèi)容。二是通過(guò)對(duì)閱讀材料的品詞賞句來(lái)培養(yǎng)語(yǔ)感。美文的語(yǔ)言是準(zhǔn)確、鮮明、生動(dòng)、形象的，我們?cè)谡Z(yǔ)感訓(xùn)練體驗(yàn)式學(xué)習(xí)時(shí)，要注意抓那些典型例子，引導(dǎo)學(xué)生分析品味，使學(xué)生具備把握語(yǔ)言精當(dāng)感的能力。學(xué)生閱讀習(xí)慣和能力的形成并非易事，需要教師教學(xué)耐心，教育創(chuàng)造，并持之以恒地培養(yǎng)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)與協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)相結(jié)合，在不斷的閱讀實(shí)踐中養(yǎng)成習(xí)慣，形成能力。第四章進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法4.1概述4.2進(jìn)化計(jì)算的基本原理43進(jìn)化計(jì)算的理論與分析44遺傳算法的改進(jìn)4.5進(jìn)化計(jì)算的應(yīng)用4.6小結(jié)4.1概述從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算進(jìn)化計(jì)算的主要分支進(jìn)化計(jì)算的主要特點(diǎn)進(jìn)化計(jì)算的理論研究進(jìn)化計(jì)算的應(yīng)用從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算生物進(jìn)化過(guò)程的發(fā)生需要四個(gè)基本條件:1)存在有多個(gè)生物個(gè)體組成的種群;2)生物個(gè)體之間存在著差異,或群體具有多樣性3)生物能夠自我繁殖;4)不同個(gè)體具有不同的環(huán)境生存能力,具有優(yōu)良基因結(jié)構(gòu)的個(gè)體繁殖能力強(qiáng),反之則弱。從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算生物群體的進(jìn)化機(jī)制可以分為三種基本形式:自然選擇:控制生物體群體行為的發(fā)展方向,能夠適應(yīng)環(huán)境變化的生物個(gè)體具有更高的生存能力,使得它們?cè)诜N群中的數(shù)量不斷增加,同時(shí)該生物個(gè)體所具有的染色體性狀特征在自然選擇過(guò)程中得以保留從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算雜交:通過(guò)雜交隨機(jī)組合來(lái)自父代染色體上的遺傳物質(zhì),產(chǎn)生不同于它們父代的染色體。生物進(jìn)化過(guò)程不需要記憶,能很好地適應(yīng)自然環(huán)境的信息都包含在當(dāng)前生物體所攜帶的染色體的基因庫(kù)中,并由子代個(gè)體繼承下來(lái)。從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算突變:隨機(jī)改變父代個(gè)體的染色體上的基因結(jié)構(gòu),產(chǎn)生具有新染色體的子代個(gè)體變異是一種不可逆過(guò)程,具有突發(fā)性、間斷性和不可預(yù)測(cè)性,對(duì)于保證群體的多樣性具有不可替代的作用。另外,生物進(jìn)化是一個(gè)開(kāi)放的過(guò)程,自然界對(duì)進(jìn)化中的生物群體提供及時(shí)的反饋信息,或稱(chēng)為外界對(duì)生物的評(píng)價(jià)。由此形成了生物進(jìn)化的外部動(dòng)力機(jī)制從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算進(jìn)化計(jì)算的特點(diǎn):進(jìn)化計(jì)算采用簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)來(lái)表示各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu),并通過(guò)對(duì)一組編碼表示進(jìn)行簡(jiǎn)單的遺傳操作和優(yōu)勝劣汰的自然選擇來(lái)指導(dǎo)學(xué)習(xí)和確定搜索的方向。它采用種群(即一組表示)的方式組織搜索,這使得它可以同時(shí)搜索解空間內(nèi)的多個(gè)區(qū)域。而且用種群組織搜索的方式使得進(jìn)化算法特別適合大規(guī)模并行計(jì)算。從生物進(jìn)化到進(jìn)化計(jì)算在賦予進(jìn)化計(jì)算自組織、自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)等特征的同時(shí),優(yōu)勝劣汰的自然選擇和簡(jiǎn)單的遺傳操作使進(jìn)化計(jì)算具有不受其搜索空間限制性條件(如可微、連續(xù)、單峰等)的約束及不需要其它輔助信息(如導(dǎo)數(shù))的特點(diǎn)這些嶄新的特點(diǎn)使得進(jìn)化計(jì)算不僅能獲得較高的效率而且具有簡(jiǎn)單、易于操作和通用的特性,而這些特性正是進(jìn)化計(jì)算越來(lái)越受到人們青睞的主要原因之進(jìn)化計(jì)算的主要分支四大主要分支遺傳算法(geneticalgorithm,簡(jiǎn)稱(chēng)GA)進(jìn)化規(guī)劃(evolutionaryprogramming,簡(jiǎn)稱(chēng)EP)進(jìn)化策略(evolutionstrategy,簡(jiǎn)稱(chēng)ES)遺傳程序設(shè)計(jì)(geneticprogramming,簡(jiǎn)稱(chēng)GP)進(jìn)化計(jì)算的主要分支遺傳算法到20世紀(jì)60年代中期,美國(guó)Michigan大學(xué)的JohnHolland在A.S.Fraser和H.J.Bremermann等人的工作的基礎(chǔ)上提出了位串編碼技術(shù),這種編碼既適合于變異又適合于交配(即雜交)操作,并且他強(qiáng)調(diào)將交配作為主要的遺傳操作J.Holland將該算法用于自然和人工系統(tǒng)的自適應(yīng)行為的研究之中,并于1975年出版其開(kāi)創(chuàng)性的著作“Adapt