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简述生态学研究的方法范文1
关键词： 高中生物 “生物科学与社会”模块 大学教学
为提高学生的科学素养，中学新课改已在全国相继开展，这不仅要求中学教师要适应课改，同时也要求高校培养出胜任中学课改教学的教师。但是，目前高校的教育与中学的教学常存在脱节现象，为适应高中生物教学需要，必须对大学的生物学教学进行适当的调整，以使高校“生物科学”专业培养的学生能够更加适应中学教学的要求。
在新课标中，高中生物课程包括必修和选修两大部分。必修部分体现了生物学的核心基础，又反映了生物学迅速发展的领域。选修部分是在修完必修教材的基础上进行选修的［1－2］。选修部分包括“生物技术实践”、“生物科学与社会”和“现代生物科技专题”3个模块，其中“生物科学与社会”涉猎的范围最广，并且与现实生活联系紧密。“生物科学与社会”模块共包括4个专题：生物科学与健康、生物科学与农业、生物科学与工业、生物科学与环境保护［2］。大学教学内容与其适应方面出现的问题也较多，它对大学课程设置和课程内容提出了新的要求。
1 生物科学与健康
生物科学与健康专题中，新课标要求是：简述基因诊断和基因治疗；举例说明器官移植；简述避孕的原理和方法；举例说明人工受精、试管婴儿等生殖技术；简述抗生素的合理使用。
这一章的内容属于医学领域，它贴近生活，直接关系人的身体健康和生殖问题，内容涉及大学的现代分子生物学、细胞工程，基因工程等课程，对这些问题的了解将有助于人们生活质量的提高。首先，在大学的基因工程和现代分子生物学这两门课程里，详细阐述基因诊断、基因芯片技术在诊断中的应用。从总的内容来看，大学的课程基本涵盖了中学的内容，并且介绍得更为深入。第二，在大学的细胞工程课程中，基于干细胞培养的技术与原理阐述了组织工程方法，组织工程化皮肤、骨骼、血管等组织工程器官。组织工程是传统器官移植治疗方式的革命。但是，大学的课程只涉及器官移植的未来发展方向，而对人体的器官移植的发展历史和发展现状却没涉及。第三，在大学的细胞工程课程中，还详细阐述了动物的体外受精的概念、历史和技术。但对人类的试管婴儿并未独立列出和阐述。所以人体的器官移植的发展历史和现状以及试管婴儿的内容应该在适当课程中增补。
上述中学课标还要求简述抗生素的合理使用，简述避孕的原理和方法。但这些医学卫生知识在大学的课程里却显得相当匮乏，几乎没有一个课程（包括人体解剖生理）涉及这些问题，所以在大学的教学里应积极补充这方面的内容。
2 生物科学与农业
在生物科学与健康专题中，新课标要求是：概述农业生产中的繁殖控制技术；列举现代生物技术在育种中的应用；简述植物病虫害的防治原理和技术；关注动物疫病的控制；描述绿色食品的生产；举例说明设施农业。
这一章的内容在大学里涉及了动物、植物的遗传育种，动物医学，植物生产学等的基本知识。首先，就大学的遗传与育种教学来说，主要偏重于遗传学基础知识，其中只介绍少部分的常规育种技术，而对非常规育种介绍得非常少。中学课本涉及农业生产的繁殖技术（包括植物微型繁殖技术，人工受精技术，胚胎分割技术，克隆哺乳动物技术）和现代生物技术在育种上的应用（包括转基因技术育种、细胞杂交育种、转基因生物的安全性）。传统的遗传与育种课程已不能满足这些需求，但细胞工程这门课程包括上述内容，可以满足我们未来教师的需要。第二，就植物生产或相关课程来说，虽然包括病虫害的防治原理和方法，但缺少病虫害预测的常用方法、性信息素的作用，同时也没有强调转基因技术在生物防治中的作用，因此需加强以上内容阐述，把病虫害的防治当作课程的重点。不过大学的生态学相关课程，在生态系统的信息传递里对阐述性信息激素概念和作用也做了阐述。另外，在现在的植物生产类的相关教材，关于智能农业的内容这一方面还相当弱，也应该给予强化。其它关于绿色食品的生产和设施农业的内容可以完全满足需要。第三，就动物养殖的相关课程来说，同植物生产的相关课程类似，应加强或补充动物疫病方面的内容，尤其是动物疫病的类型与防治。总之，无论对动物或植物来说相关的病害或虫害都是生产中的关键问题，在课堂教学中应突出这一点。
3 生物科学与工业
在“生物科学与工业”专题中，新课标要求是：举例说出发酵与食品生产；举例说明酶在工业生产中的应用；举例说明生物工程技术药物和疫苗的生产原理。
在大学的课程里这一章内容涉及微生物与发酵，酶工程、生物制药三门课程。首先，就大学的微生物与发酵课程来说，中学课本提到的发酵工程发展历史和发酵的生产过程是其基本的内容，不需要强化或补充。但关于现代生物技术――基因工程在生产中的应用方面的信息及发酵过程的一些细节问题还比较匮乏。对于这些不足，在大学的酶工程这一门的课程能够等到补充和完善。因为在酶工程中，关于酶发酵生产的工艺控制对上述内容讲解是非常详尽的。另外，酶工程对酶在食品、轻工业等方面的应用介绍也非常详尽，能够完成培养生物教师的任务。第二，对生物制药这门课来说，主要介绍用基因工程制药、细胞工程制药、酶工程制药等制药的基本原理、方法和应用。经过这些方面的学习，学生对基因工程制药、细胞工程制药的基本知识的掌握就比较全面了，但关于生物技术疫苗内容比较薄弱，这些内容只在教材中附带的被提出来，没有被当作一个专门问题来阐述，应在今后的教学过程给予强化或补充，或者增加免疫学课程。
4 生物科学与环境保护
在生物科学与环境保护专题中，新课标要求是：识别生物性污染；概述生物净化的原理和方法；认同有利于环境保护的消费行为；关注生物资源的合理利用，列举生物资源面临的危机及原因；倡导绿色消费。
这一章的内容属于基础生态学方面的内容。基础生态学主要介绍生态学的基本概念、基本原理及基本应用，但比较偏重于基本原理。中学课本里关于生物污染与预防、生物净化的原理和方法属于基本原理内容，在大学的课程被当作重点内容详细阐述，所以并不需要强化与补充。关注生物资源的合理利用、列举生物资源面临的危机及原因，绿色消费属于应用生态学方面的内容。从中学课标看出，生态学基本原理和应用生态知识拥有同样的重要地位，在中学教材各占一半篇幅。现代生态学研究已从理论研究转向应用研究，中学课本很好地把握了这一趋势。但大学基础生态学课程里，应用生态学内容比较少，信息量少，比较笼统，就生物资源的合理利用里的生物资源危机来说，缺乏具体事例和数据，也没有具体阐述生物资源的合理利用办法，同时也没有提到绿色消费的相关内容。这些应用生态方面的知识在大学生态学教学中应着力补充。
从以上分析我们可以看出，生物科学与社会这册书包括的范围广，介绍了生物科学在工业、农业、医疗保健、环境保护等方面的应用，涉及大学的众多课程，包括现代分子生物学、细胞工程、基因工程、酶工程、生物技术与制药、微生物与发酵、遗传与育种、生态学、植物生产、动物养殖、医药卫生。尤其医药卫生相关课程最为薄弱。所以大学的课程建设应关注这个问题，积极建立一门介绍基本医药卫生知识的课程或者把相关知识融入到相近课程，让我们的未来教师把更多的医疗保健知识传播给学生，提高学生的自我保健能力。另外，对于一些课程内容并不需要探究太深，其中的一些课程可以整合成一门课程。比如植物生产和动物养殖整合为一门课程，既节省学时，又使学生对农业有所了解。
面对高中课程改革，我们要做的不仅是大学专业课课程设置的调整，同时要强调讲授内容要与现代生活的应用方面相联系，要反映生物学发展的前沿。只有这样，我们的毕业生才能适应高中生物的教学工作。
参考文献：
简述生态学研究的方法范文2
【论文摘要】：外来植物入侵是非土著植物通过各种方式进入并定居在一个新的生态系统，一般具有比土著植物更强的生活能力，从而对土著植物的多样性构成威胁。文章综述了外来入侵植物的基本生理生态特征和其入侵的一般特征，并分析了目前我国植物入侵的现状，最后提出了防制植物入侵的一般方法。
引言
植物入侵（PlantsInvasion）是指一种植物在各种活动的影响下，从原产地进入到一个新的栖息地，并通过定居（colonizing）、建群（establishing）和扩散（diffusing）而逐渐占领该栖息地，从而对当地土著种群和生态系统造成负面影响的一种生态现象。外来植物入侵的原因很多，如动物活动，占领空的生态位等。外来植物入侵现象在当今社会十分普遍，引发了一系列的生态和经济问题，打破了入侵区的生态系统，影响生态系统的承载力，危害人类社会经济结构以及人类健康，造成了无法估量的损失，特别对农田、草坪、果园等人工栽培的经济生态系统造成了极大破坏。植物入侵造成了全球植物生态系统多样性丧失和危害人类社会经济已经成了无可争议的事实，研究入侵植物的生态和生理特征，准确预测植物入侵性，有效防止有害植物的入侵成了植物学家和生态学家研究工作的焦点。
1.植物入侵概念和入侵植物的特征
1.1外来入侵植物及植物入侵的概念
外来入侵植物是指在非原生态系统进化出来的植物，由于自然或人为的因素被引入新生态环境并对新生态环境或其中的物种构成一定威胁的植物。植物入侵是指一种植物在各种活动的影响下，从原产地进入到一个新的栖息地，并通过定居，建群和扩散而逐渐占领该栖息地，从而对当地土著种群和生态系统造成负面影响的一种生态现象。
1.2入侵植物的特征
外来入侵植物，特别是那些入侵性较强的外来植物，具有其相应的生理和生态等特征。比如：外来入侵植物一般多为草本植物，多为单年生或二年生，生活周期短，植株较小，种子数量巨大，种子小而轻，繁殖和传播方式多样化，具有灵活适应环境变化等特征。如薇甘菊广叟果千粒重010892g，具5"脊"，先端一圈冠毛；紫茎泽兰种子千粒重0104～01045g，广叟果顶端有冠毛；飞机草广叟果千粒重仅为0105g，具五纵棱,棱上有短硬毛。这些体积小、重量轻,加之具有翅、柔毛或冠物等附属物，能通过空气、水流、动物或人类等多种途径进行远距离散布。研究表明，单子叶植物比双子叶植物更具入侵性；草本植物比木本植物更具入侵性；单年生、二年生植物比多年生植物更具入侵性。对入侵我国最严重的90种外来植物中草本和木本，单年生和多年生的数目分析比较也证实了这一点。
2.目前我国植物入侵现状
据调查，目前中国共有外来入侵植物188种，其中水生植物18种、陆生植物170种，隶属41科。种数最多的科是菊科（49种）和禾本科（33种），来自美洲的有125种，占入侵植物总种数的66.15%。这188中入侵植物中，最严重的为90种，对这90种外来植物的性状和生活周期型的统计，发现草本与木本的数量比为81/9，单年生、二年生与多年生数量比约为52/38，并且，作为草本的禾本科（Graimineae）和菊科（Compositae）数量居多，分别为11种和22种。统计的结果显示，在这90种外来植物中，草本在数量上占据绝对优势，由于该90种外来植物在我国入侵性评价中处于最严重的地位，故一定程度上说明了草本植物比木本植物更具入侵性；而一、二年生与多年生相比，也占据一定优势。我们抽样对90种外来植物的其中蓖麻等5种植物的形状和入侵强度列出如下：
3.有效防止和防制植物入侵的一般方法
目前对入侵植物主要采取检疫、人工、生物、化学、农业、机械或物理防治，以及将这些方法结合起来的综合治理措施。主要方法简述如下。
3.1杂草检疫防治
杂草检疫是防治植物入侵的首要环节，也是杂草防治不可缺少的环。它是依据植物检疫法，对输入或输出的动植物或动植物产品中夹带的有毒、有害杂草的繁殖体进行检疫的防治方法。必须提高检疫员的素质和业务水平，同时加强宣传、呼吁，加强科普教育，使人们有充分认识，从源头杜绝有害外来植物的入侵。
3.2人工防治
人工防治是最原始、最简便的方法，适于控制刚传入,还没有大面积扩散的入侵物种，能在短时间内将其清除，但对高繁殖力的物种则因费时费工，除草效率低。深圳曾多次进行人工拔除薇甘菊，但因效果差而放弃。人工防治是一种清洁的生态防治方法，但要注意除后残株必须及时妥善处理，否则可能成为新的传播源，客观上加速外来植物的入侵。
3.3生物防治
生物防治是利用杂草的天敌，如昆虫、病原真菌、细菌、病菌、线虫、食草动物或其他高等植物来控制杂草的发育、生长蔓延和危害的方法。其目的不是根除杂草，而是通过干扰杂草的生长发育、形态建成、繁殖与传播，使其种群数量和分布控制在生态和经济危害水平之下。利用有害植物的天敌进行防治，国内外已取得了不少成果。
3.4动物治草
以虫治草是利用昆虫能相对专一地食取某类杂草的特性来防治杂草的方法。一般程序为：原产地考察采集天敌-安全性评价-天敌引入与检疫-天敌生物生态学特性研究-天敌的释放与效果评价。从20世纪中叶至90年代，以虫治草的研究和实践迅速发展，取得显著成效。如1945年美国用泽兰实蝇防治紫茎泽兰；1978年前苏联利用豚草条纹叶虫防治豚草；1987年中国利用空心莲子草虫（Agasicleshygrophila）防治空心莲子草；利用专食性天敌昆虫Neochetinaeichhorniae和N.bruchi对水葫芦进行防治等。
目前防止和防制外来植物入侵的方法日益增多，也日益科学化，环保化和有效化，主要体现在生物防制植物入侵的方法上。
结束语
一个外来植物在远离原生境后要迅速占据新的生境，并不断扩展分布范围而成为入侵种，必然有一定的生理和生态学基础对异质生境较强的适应对策、快速的繁殖能力、高效的种子散布方式。这些机制之间相互影响、相互作用，共同促成外来植物的成功入侵。
植物入侵打破了生态系统的稳定，影响生态系统的承载力，危害人类社会经济结构以及人类健康，造成了无法估量的损失，已经引起了世界的高度重视，寻找有效而科学地防止和防制外来植物入侵的措施成了植物入侵研究工作的当务之急。
参考文献
[1]史刚荣,马成仓.外来植物成功入侵的生物学特征.应用生态学报,2006.4.
[2]江贵波,曾任森.外来入侵植物的危害及防治.安徽农业科学,2006.
简述生态学研究的方法范文3
论文摘要 简述了景观多样性、旅游地形象建设的涵义和多样性原理在旅游地形象建设中的意义，并指出多样性原理在旅游地形象建设中的运用主要集中在斑块、廊道、基质的生态设计当中。
近年来，旅游地的形象建设研究已成为国内外的一个热门课题。随着旅游业的蓬勃发展，越来越多的旅游研究者发现，旅游地的形象是吸引客源的一个关键因素。只有深入了解旅游目的地的情况，树立正确的旅游地形象才能保证稳定的客源。当前，运用景观多样性原理来指导旅游地形象建设是一种倍受瞩目的创新方法。
1 景观多样性与旅游地形象建设的涵义
1.1景观多样性的涵义
景观生态学是一门应用范围广泛、沟通自然科学和社会科学的桥梁学科，景观多样性是指景观单元在结构和功能方面的多样性，它反映了景观的复杂程度[1]。景观多样性主要研究组成景观的斑块在数量、大小、形状和景观的类型、分布及其斑块间的连续性、连通性等结构和功能上的多样性。景观多样性和景观异质性有密切的关系。景观异质性指景观的变异程度，多指景观类型的差异。
1.2旅游地形象建设的涵义
旅游地形象是指人们对该旅游地总体的、抽象的、概括的认识和评价，是对旅游地的历史印象、现实感知和未来信念的一种理性综合[2]。所谓旅游地形象建设，其内涵就是旅游地经营管理者为了树立本地良好的、鲜明的旅游形象，增强旅游地的旅游吸引力和市场竞争力而进行的一系列活动的总称。其最终的目的是使旅游者形成对该地的良
好的、突出的印象，从而招来尽可能多的游客，最终获得更大的效益。
2 景观多样性原理在旅游地形象建设中的意义
旅游地的形象建设运用景观多样性原理和方法，合理地规划景观空间结构，使斑块、基质、廊道等景观要素的数量及空间分布合理，使信息流、物质流与能量流畅通，使旅游地的形象不仅符合景观生态学原理和可持续发展的原则，而且具有一定的美学价值，并能达到吸引游客的目的。
（1）维持旅游地的生态稳定。即维持旅游地景观形象的生态平衡。景观的结构功能保持一致性和连贯性，有一定的恢复能力，对自然灾害具有一定的趋避性。
（2）利于旅游地的生物多样性建设。景观多样性不仅是生物多样性的重要组成部分，景观本身也是生物多样性存续的重要场所。保护景观多样性是保护物种多样性、遗传多样性的重要手段。运用景观多样性原理建设旅游地形象利于旅游目的地生物多样性的保护。
（3）利于旅游地形象的特有性建设。根据景观多样性的原理来确定旅游地土地镶嵌体的生态优化系列是否具有美学、生态和人类旨趣的相对重要性。
（4）利于旅游地的交通建设。斑块间有廊道沟通、连接，交通条件易于到达。
（5）利于旅游地形象的美学建设。多种多样的生态系统能保证旅游地的生物多样性和遗传多样性，这能使旅游地景观的美学效果达到最高水平。
景观多样性的存在对保护旅游地的生物多样性、确保景观生态系统的稳定、缓冲旅游活动对环境的干扰等有极其重要的作用。多种多样生态系统并存，才能构成异质性的景观格局，保障景观功能的正常发挥。因此，景观多样性原理在旅游地形象建设中具有重要意义。
3 景观多样性原理在旅游地形象建设中的体现
旅游规划者运用景观生态学中的斑块、廊道、基质这一基本模式来描述景观结构，有的还提出了缘[3]。斑块指在外貌上与基质有所不同的一块相对均质的非线性地表区域。从旅游地形象方面讲主要指自然景观或以自然景观为主的地域，如森林、湖泊等。廊道是指景观中与相邻两边环境的现状或带状区域。从旅游地形象角度讲，主要表现为旅游功能区之间的林带、交通线及其两侧带状的树木、草地、河流等自然要素。交通廊道有3种类型：区间廊，指旅游地与客源地及四周邻区的各种交通方式、路线；区内廊，指旅游地内部的通道体系；斑内廊，指斑块之间的联络线，如景点的参观路线。基质是指景观中面积最大、连接性最好的景观要素类型，一般指旅游地的地理环境及人文社会特征。缘，又称边缘带，主要指整个自然保护区的外围保护带或旅游斑的外围环境，其作用集中在边缘效应上。
景观多样性原理在旅游地形象建设的运用主要体现在斑块、廊道、基质的生态设计上。
（1）斑块的规划设计。旅游地的斑块设计应遵循区外集中式、区内分散式和与环境融为一体式（生态化）的原则[4]。旅游目的地斑块的设计要与旅游地的周围环境融为一体，人文与天然景观共生程度高，做到人工建筑与天然的斑块相协调。充分实现其生态化，并注意与当地的自然文化景观的文化特征相协调一致，切忌城市化、商业化的气息损伤生态旅游地景观形象的原有文化内涵和特色，忌一切扭曲文化形象的景观污染事件发生。
（2）廊道的规划设计。旅游地的廊道设计应遵循利用现有的自然通道、道路过客量与环境容量一致和回避生态敏感区的原则。旅游地的区内廊道的设计要避开生态脆弱地带，尽量选择生态恢复功能较强的区域进行，并尽量利用或选择自然环境中现存的通道，如林间小河岸、滑雪道等。并注意合理组合，互相交叉形成网络，以便延长游客的观赏时间；区间廊道的设计应考虑道路所通过的客流量与环境承载力的潜在关联，尽力使道路所通过的客流与区内环境相一致。在道路施工技术上尽量利用接近自然无污染的材质如卵石、沙子、竹木等，而少用或不用水泥、矿渣、沥青对环境存在影响的建材[5]。
（3）基质的设计。旅游地的基质设计应遵循适当注意突出背景特色和通过基质-斑块的递变构建新的旅游景点的原则。旅游地形象的基质设计在于以基质为背景，利用遥感技术和地理信息系统技术进行景观空间格局分析，构建多样性的、异质性的旅游景观格局，从而对旅游区进行景观功能分区和旅游生态区划；并分地段进行主题设计，策划旅游产品形象，以体现多样性决定稳定性的生态原理和主题与环境相互作用的原理。
4 结语
景观多样性原理在旅游的形象建设中运用主要集中在斑块、廊道和基质的生态化设计当中。在旅游地形象建设中运用景观多样性的原理能够达到自然性、稳定性、多样性、观赏性、通达性、和谐性的目的。
5 参考文献
[1] 刘茂松，张明娟.景观生态学——原理与方法[m].北京：化学工业出版社，2004.
[2] 张安，任黎秀，丁登山.论旅游地的设计[j].社会科学家，1998（4）：41.
[3] 肖笃宁，李秀珍，高峻，等.景观生态学[m].北京：科学出版社，2003.
[4] （美）约翰·欧姆斯比·西蒙兹.景观设计学——场地规划与设计手册[m].俞孔坚，译.北京：中国建筑工业出版社，2000.
[5] （英）曼纽尔·鲍德-博拉.旅游与游憩规划设计手册[m].唐子颖，译.北京：中国建筑工业出版社，2004.
[6] 刘琴.景观生态学在旅游规划中的应用[j].资源环境与发展，2006（3）：26-28，19.
[7] 蔡伟斌.从景观生态学的角度看自然风景区旅游资源规划[j].国土与自然资源研究，2003（1）：62-64.
简述生态学研究的方法范文4
关键词:结构模拟;功能模拟;行为模拟;机制主义方法;人工智能统一理论
1人工智能成为信息科学技术的焦点
信息是事物存在方式和运动状态的表象;知识是由信息提炼出来的产物,是事物存在方式和运动规律的本质表征;智能是知识和目的演绎的结果,是运用知识来认识问题和解决问题的能力。信息科学技术的研究目标不仅是为了认识和利用信息本身,更重要的是为了“利用信息、提炼知识、生成智能、解决问题”。后者,就是“人工智能”的研究。
人,是地球上所存在的最高级信息系统。人体信息系统的进化表现了一个重要的科学规律:在感觉器官、神经系统、古皮层旧皮层、行动器官成熟之后,新皮层就成为整体发展的焦点。信息技术的发展也遵循同样的规律:在传感(感觉器官功能的扩展)、通信(传导神经系统功能的扩展)、计算(古皮层旧皮层功能的扩展)、控制(行动器官功能的扩展)充分发展起来之后,人工智能(新皮层功能的扩展)就成为信息技术整体发展的焦点。
进入21世纪,传感、通信、计算、控制以及基于通信和计算的互联网都获得了长足的发展,智能传感、智能通信、智能计算、智能控制、智能信息处理、智能机器人、智能信息安全、智能游戏等已经成为备受关注的方向,因而它们的共同基础――人工智能本身的发展客观上就成为了当代信息技术发展的焦点。
2人工智能研究现状简述
迄今,人工智能的研究形成了3种主流学说。
1) 1943年以来形成的模拟人脑结构的“结构模拟学说”[1-5],它的典型代表是人工神经网络(后来与模糊逻辑及进化计算相结合,称为计算智能)。它的特点是:通过对“信息样本的训练”获得经验知识和策略,用以解决形象思维一类智能问题。
2) 1956年以来兴起的模拟人脑逻辑思维功能的“功能模拟学说”[6-10],典型代表是符号逻辑系统(如专家系统)。它的特点是:通过获取领域相关的规范知识和运用逻辑演绎的方法获得求解问题的策略,求解逻辑思维一类智能问题。
3) 1990年前后发展起来的模拟智能系统行为的“行为模拟学说”[11],它的典型代表是黑箱系统(如感知―动作系统)。它的特点是:需要建立刺激与响应之间的关系(表现为常识知识),于是只要识别了刺激的类型,与之相关的响应就可以自动产生。
目前的人工智能研究还存在许多问题。主要问题之一是,在“三种学说”各自取得进展的同时,却很少互相沟通。不仅如此,互相之间还存有“孰优孰劣”的争论,有时争论还非常尖锐和激烈[12],表现出三者之间的不和谐,形成“鼎足三分”的格局。
这种“鼎足三分互不沟通”的状况,不能不使人们深思,并且逐渐醒悟:看来,现有人工智能的各种研究方法还没有真正抓住智能问题的本质,致使“三分”状态未能实现“归一”;为此,当务之急就是要加紧研究和发现更加深刻更加科学的研究方法。
3人工智能理论研究的新进展
3.1新进展之一:人工智能的第4方法――机制主义方法
智能是一种复杂的研究对象。智能系统的结构、功能、行为虽然都是窥探其中奥秘的重要观察窗口,却不是最根本的入口。
本文的研究发现:探索智能奥秘最具本质意义的途径,应当是探寻和阐明“智能生成的机制”,回答“智能是怎样生成的”这样根本的问题,特别要把注意力放在“智能生成的共性核心机制”的问题上。这就是人工智能研究的第4种方法的基本理念。
按照这个新的理念,我们分析了典型的智能活动过程,考察了隐藏其中的普遍规律。
典型的智能活动过程。
无论何种场合,典型的智能活动过程一般都应当包含以下6个基本步骤:
1) 给定问题P、目标G和环境E,称为“任务给定”。
2) 获得关于问题、目标、环境的信息,称为“信息获取”,符号表示为:I(P, G, E)。
3) 把这些信息加工成为相应的知识,称为“知识提炼”,符号表示为: = f (I)。
4) 在目标的引导下把知识和信息演绎成为解决问题的策略,称为“策略生成”,符号表示为: = g (K, I, D)。
5) 把策略转换为行为,求解问题,称为“策略执行”。
6) 把求解的效果(误差)作为新的信息反馈至2),通过2)至5)的步骤调整和优化策略,称为“反馈优化”;逐次逼近,直至满意。
智能活动过程的普遍规律。
考察上述典型的智能活动过程不难发现:通常,1)是由人给定的,2)至6)则可以由机器执行;而机器执行的这些步骤之中,2)至4)――信息获取、知识提炼、策略生成是核心步骤。考虑到“策略”是智能的集中体现,所以,策略生成也可以成为智能生成。于是,这些核心步骤也可以表示为:信息获取、知识提炼、智能生成。信息获取、知识提炼、智能生成是逐层递进的过程,由此可以得出结论:智能生成的共性核心机制是“信息―知识―智能转换”。符号表示为:
= g (, I, G)(1)
其中,
= f (I (P, G, E)) (2)
公式(2)表示的是由信息到知识的转换;公式(1)表示的是在目标制导下由信息和知识到智能的转换;两者的综合表示了“信息―知识―智能”的转换。关于公式中的转换g和f,原则上可以认为:f 是一类由大量信息样本提炼共性知识的“归纳算法”,而g则是在目标制导下由相关知识和信息演绎智能策略的“演绎算法”。因此,它们在原则上是可以操作和可以实现的。不过,关于g和f还需要做出如下的说明:
1) 在规范的场合,转换g和f可能由“数学”表达式来严格地表示并进行运算。
2) 在更多的场合,由于智能问题的复杂性,这些转换不一定能够用现有的数学表达式来表示。这时,可能要借助“逻辑”来表达和推理。
3) 在许多更为复杂的情形,现有的逻辑学也无能为力。这时,可以用“算法程序”来表示和处理。
4) 在那些极为复杂的情形,甚至还要借助“人工”的方法来处置。
本文确信,在各种智能问题求解需求的强烈推动之下,各种新的数学方法、逻辑方法和算法程序必将陆续应运而生。正像经典微积分方法处理不了随机现象的时候就诞生了概率论等统计数学方法,经典微积分和统计数学方法处理不了模糊现象的时候就催生了模糊数学方法一样。
于是,以公式(1)和(2)表示的“信息―知识―智能转换”就是“智能生成的共性核心机制”。只要给定了具体的问题、环境约束和目标,原则上就可以通过(1)和(2)的转换来获取信息、提炼知识、生成智能(策略),使问题得到满意的解决。
3.2新进展之二:知识的生态学结构
如上所见,智能生成的共性核心机制涉及到信息、知识、智能3个层次的理论。在这三者之中,信息是现象,知识是本质,智能是能力。信息来自现实世界,能力作用于现实世界,知识则是信息与智能之间的桥梁与中介。因此,知识在“智能生成的共性核心机制”中扮演着极其重要的作用。
本文研究发现:知识并非孤立静止的对象,相反,它是一个不断动态生长着的复杂运动过程。在先天知识的支持下,在各种信息的激励下,不断生长出“欠成熟”的经验知识,其中一些经验知识会成长为“成熟”的规范知识,并进一步成长为“过成熟”的常识知识;后者的一部分又可能沉淀成为下一代的先天知识。如此不断生长,不断进化,成为一个“有始无终”的开放的生态过程。这就是“知识的生态学”,它的结构也可以由图1表示。
图1知识的生态学系统
如果把这个知识生态学系统看作是知识内部生长过程的规律,称为“知识的内生态系统”,那么,前面所讨论的“信息―知识―智能转换”则可以看作是知识的“外部”生长过程的规律,称为“知识的外生态系统”。
3.3新进展之三:人工智能的统一理论
表面上看,这里所揭示的“知识内生态系统”并没有什么新奇而不可理解或不可接受的概念。然而,正是这个“知识内生态系统”与“知识外生态系统(即智能生成的共性核心机制)”结合在一起,却产生了一个非常有意义的重要结果,这就是:依所用知识类型的不同,机制主义方法有A、B、C型之分;而神经网络(结构模拟)、专家系统(功能模拟)、感知―动作系统(行为模拟)分别是A、B、C型的机制主义方法特例,如表1所示。
表1说明:机制主义方法的实现是“信息―知识―智能转换”;当其中的知识属于经验知识的时候,机制模拟可以退化为“结构模拟”;当其中的知识属于规范知识的时候,机制模拟可以退化为“功能模拟”;当其中的知识属于常识知识的时候,机制模拟可以退化为“行为模拟”。换言之,结构模拟、功能模拟、行为模拟都是机制模拟分别在经验知识、规范知识、常识知识条件下的特例,而根据知识的内生态结构,经验知识可以成长为规范知识并进而可能成长为常识知识。因此,结构模拟、功能模拟、行为模拟之间构成了一种各司其职、相互支持和相辅相成的生态关系,而不存在先前那种“孰优孰劣”的矛盾。
这样,如果令表示机制模拟方法,和分别表示“信息―知识―智能转换”的知识和智能策略,令(S)、(F)和(B)分别表示结构模拟方法、功能模拟方法和行为模拟方法,令(E)、(R)和(C)分别表示经验知识、规范知识和常识知识,(E)、(R)和(C)表示经验性智能策略、规范性智能策略和常识性智能策略,那么,就分别有:
(S),若 = (E)(3)
和
(F),若 = (R) (4)
以及
(B),若 = (C) (5)
且有
(S) (F) (B) (6)
上述公式的含义和表1的含义完全等效,两者都说明:人工智能的结构模拟方法、功能模拟方法和行为模拟方法在机制模拟方法的框架内实现了和谐的统一。
4进展的学术意义
当今社会已经进入信息时代,信息化(利用信息技术促进经济与社会发展)正如火如荼地展开。但是,理论预测和实践经验都表明,信息化发展到一定程度就必须向智能化的水平提升,否则就会进入“休眠期”。因此,“智能化”正越来越强烈地成为社会各行各业共同的呼声。这便是今天发展人工智能科学技术的意义。
由于国际上迄今所建立的结构模拟、功能模拟、行为模拟3种方法各自都具有明显的局限性,在相当程度上制约了人工智能的发展。本文提出的“机制模拟方法”(即人工智能研究的第4方法)比已有的3种方法更加深刻地触及了智能生成的本质机制――“信息―知识―智能转换”,为人工智能的研究提供了更为科学的研究方法。只有方法更科学,才能使研究取得更好的进步。这是三大进展的学术意义之一。
知识生态结构理论的发现,不仅使人们理解了“知识”的生态规律,而且使人们认识到原来“鼎足三分,势不两立”的人工智能三种研究方法之间并非水火不容。恰恰相反,它们之间正是处在“知识生态结构”的不同部位,是可以通过一定的措施实现互相转化的,从而可以结束以前互不认可的局面。这是本文三大进展的学术意义之二。
基于前面两大进展,本文证明了:结构模拟方法、功能模拟方法、行为模拟方法都可以在机制模拟方法的框架内实现和谐的统一。这样,原先看似独立的“人工神经网络学说”(也称为计算智能,结构主义或者并行联接主义)、“(狭义的)人工智能学说”(也称为专家系统,功能主义或者符号逻辑主义)和“感知动作系统学说”(也称为黑箱系统,行为主义)就在“机制主义方法”的基础上形成了人工智能的统一理论。或者说,人工智能的结构主义方法、功能主义方法、行为主义方法都成为了机制主义方法的3个相辅相成的特例。3个原来不和谐的“分力”形成和谐一致的“合力”,这是本文提出的三大进展的学术
意义之三。
总之,本文获得的三大进展――新的研究方法、新的知识理论、统一的人工智能理论将使人工智能学科的理论更为深刻、更为成熟、更为完善。因此,一方面对学科的发展具有重要意义,同时对人工智能学科的教学也具有重要意义。
5结论
本文注意到人工智能研究领域三大主流学说之间存在“互不认可”的矛盾,认识到其中的本质问题是研究方法不完善,于是笔者通过深入研究提出和建立了“机制主义方法”,进而又发现和总结了“知识内生态结构”与“知识外生态结构”。综合以上提出的方法和两项发现,建立了人工智能的统一理论,使整个人工智能的研究由原来“鼎足三分”的状态转变为“三分归一”。这一研究成果,对于人工智能理论研究的进一步发展具有重要的意义。
参考文献:
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Mechanism Approach and Unified AI Theory
ZHONG Yi-xin
(Department of Intelligence Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)
简述生态学研究的方法范文5
关键词：问题和措施；生态环境；景观建设
市民文化和道德素质水平的高低，通过该城的景观建设可以得到相应的体现，在现今发展中，随着城镇化发展进程的节奏愈来愈快，在经济和环境和谐发展方面不断涌现出较为突出且亟待解决的问题，舒适、高质、友好的环境质量已成为在城市景观建设中最广泛的呼声。
一、生态城市体的内容与主体特征
最早是在由UNESCO组织开展的“man and biosphere”项目中提出了“生态城市”这一重要概念。生态城市从狭义上讲，仅指在城市建设过程中以一定的生态学学术理论为依据，最终建成一个健康舒适、高质高效、和谐友好、科学可持续发展的宜居生态环境。结构布局合理、整体统一、区域独立、相互协调、高质高效、科学持久、和谐友好等七大特色是生态城市体所具备的主要特征。和谐友好即指人与自然和谐共处，相互促进，自然融合；高质高效性具体为，分级、分层、有序、循环的将所有能量、资源和物质都最大程度地开发利用，提高使用效率；科学可持续发展是通过科学分配各种资源，满足各个不同时间、空间段在发展上对能源的需求，也即解决今人和后人在发展时对资源需求的分配问题；整体统一即是生态环境、经济发展、社会民生三位一体地和谐统一发展，不顾此不失彼，在一定科学合理的秩序下共同稳步发展；区域独立性是指在城市化建设进程中，各城市体之间既相互存在关联又各自功能独立；结构布局合理则是通过科学统一规划，统筹安排，充分利用土地资源，不浪费不过剩，同时健全各项配套基础设施；相互协调具体指城市建设中各项因素之间的协调发展（如资源更新和使用两者之间的协调、环境与人共同协调发展、乡镇与城市的协调等）。
二、现阶段我国城市景观存在的主要生态环境问题
历时十八个月，由经合组织在2007年提交的《中国环境报告》对我国现阶段发展作出如下描述：“我国与发达国家之间在经济层面上的差距正快速缩小，然后在生态环境方面的现状却趋近于平穷的第三世界。”作为人口最集中区域和社会化活动高度集散地，城市化建设的过程中不仅为城市的发展提供机遇，同时在生态环境方面也会产生一些列待解决的问题。
1、环境污染
城市生态环境建设所面临最严重最亟待解决的就是环境污染问题。在城市中的污染形式众多：噪音、水体、土地、大气和固体废弃物等各种污染都严重威胁着城市生态环境的健康。通过生化反应，上述污染又会形成众多有毒有害衍生物，造成次生污染。
2、资源利用和能源短缺
在城市工业建设和城镇化推进的同时，也考验着一座城市的资源储备与对能源的合理利用。下面主要从资源短缺和污染两方面进行讨论。1.一座城市正常运作时所需的能量和资源已经大大超出了自然环境所能供给的量，也即该区域生态环境是处于超负荷状态下持续供给城市运转所需的能量。以水资源为例：占全国工业总产值百分之四十二的北方地区，其相应流域河流所提供的水资源流量只在全国江河流域中占比百分之十八，在黄、辽等缺水较为严重的下游地区，部分工业城市甚至存在地下水耗尽的危险；2.由于城市集聚各种污染物，是一个最大的污染源头，对本已短缺的资源又会造成较大污染和破坏。以土地资源为例：在农耕生产中使用的化学物质一面提高作物产量，一面又破坏土地的生产能力，若遇上生活污水、生产排废、酸雨等其他污染物的综合作用，土地资源会遭到更深程度的破坏与污染。
3、居住和出行的问题
居住条件的集中程度直接决定了城市交通的工作负荷，此外，交通工具和条件的便利性也是发展改善地区居住环境的前提条件。若私家车在城市交通中占据主体地位，那么除了随之而来的废气污染问题，城市中被消耗占用的资源（如土地空间、燃油能源等）也会急剧增加；地表水体循环也会因大量铺设水泥道路而被严重破坏；在居住环境方面，大量建设高层住宅也会对生态环境中的水体和大气循环起到负面作用。
三、环境保护措施和手段
1. 树立正确的城市环境保护目标
制定相应的环境保护措施和手段，首先应考虑既定目标的合理性。同时具有分类引导、舒适宜居、协调统一等几大特点的目标才具有合理性。协调统一具体指城市建设中各项因素之间的协调发展（如资源更新和使用两者之间的协调、环境与人共同协调发展、乡镇与城市的协调等）；舒适宜居则主要是满足市民对高质量生活的要求，注重环境改善的具体成效，同时辅以人文环境建设；分类引导要根据城市客观条件，联系实际，科学合理地进行城市化建设。
2. 开展节能高效、环境友好型工业建设
第三产业相对欠发达，城市整体工业水平尚停留在中期发展阶段，是我国现今城市化建设的基本国情。向着高效率、低能耗方向发展我国工业现代化建设对改善城市生态环境建设起到相当正面的现实促进作用。只有从根本上妥善处理历史遗留下来的体制问题，高效、低耗的现代化环境友好型工业建设才能顺利完成，具体解决手段简述如下：首要问题是相应缩减政府在各项资源上过于偏大的处理和分配权力，建设健全现有市场经济体制，通过市场机制来有效调节各种资源的合理分配，政府只是在整个过程中必要时候起到引导和正确导向的作用；其次要注意转变唯GDP数据增长论的政绩评定体系，在考核官员政绩时应将城市生态环境建设质量纳入考察范围；同步地还需相应改变税收政策，生产型企业上缴税款在国家财政收入中扮演主要角色，这会刺激地方政府重点扶持和发展税收丰厚的重工产业，不利于生态环境建设和保护；最后则需要平衡能源消耗和现实价格之间的关系，目前尚无法通过货币正确量化环境建设、保护与资源使用之间的具体关系，只有以市场引导为主，政府干预为辅，才能使现实交易价格与对应资源能源相匹配，降低发达国家在生产中产生的环境保护成本转移对国内发展的影响，促进自有“三高”环保技术型产业的
发展。
3. 积极建设生态城镇
通过建设生态城镇可以有效保护和改善城市的生态环境状况，这也是城市在环境方面发展需要最终达到的目标。在建设生态城镇的过程当中需要同时统筹兼顾保护环境健康和满足市民生活需求两方面的因素，以一定的生态学学术理论为依据，科学规划、合理布局、统筹安排整个城市生态环境的建设和发展，最终建成一个健康舒适、高质高效、和谐友好、科学可持续发展的宜居生态环境。这在本质上与哲学中提出的“人、事、物相互平衡”理论相一致，对顺利建成友好生态环境城市起到促进作用。
在当前城市建设中我们可以通过作出如下努力以建设好城市生态环境系统：
（1）科学规划、合理布局、统筹安排整个城市生态环境的建设和发展。在充分考虑生态环境可承受工业发展速度的前提下，合理布局城镇产业结构，控制投资规模，平稳较快地发展城镇建设，根据实际情况实现资源差异化有效配置，统筹全局，调控好经济增长与环境保护的科学可持续发展。
（2）从根本上重视生态环境体系的建设与保护，建立健全的民主监督和决策机制。增强社会各界的生态保护意识，杜绝为发展经济而牺牲环境的社会现象发生。
（3）颁布或调整相关法律法规文件，以法律手段切实有效地引导环境建设的合理开展，引导尚存的错误发展思路走出误区。
（4）着重推行科学可持续性经济发展模式，在区域性范围内构件经济、资源可循环发展体系。将工业生产循环系统与居民生活圈循环系统有机衔接，构建全社会生产生活可持续循环发展利用的环境保障体系。
4. 改革城市环境治理模式
（1）理清环保机构相互之间的关系，明确环境规划在法律层面所处地位。
应在法律上明确界定中地方和地方、中央和地方各级管理部门在环境治理上的具体权利和责任，解决部门间交叉治理、缺乏监督等现实问题。明确环境规划在法律层面所处地位，建立健全科学合理的民主监督和决策制度，保障社会各界的看法与声音都能参与到城市建设之中，社会经济建设和发展规划必须在城市环境建设与保护的可允许范围之内。除此之外，在城乡、城郊结合部、区域城市之间都建立良好的互动治理机制，避免在生态环境建设中产生多余消耗，提高效率。
（2）市场引导为主，政府干预为辅
相应缩减政府在各项资源上过于偏大的处理和分配权力，建设健全现有市场经济体制，政府只是在整个过程中必要时候起到引导和正确导向的作用，政府职能角色逐渐从主体地位淡出，转入到制定公平合理科学政策，保障生态环境建设中必需的基础设施（如TOT、BOT等）建设；由经济市场机制来有效调节社会各项资源，实现资源合理高效的分配和利用。
（3）向自愿型生态环境治理保护模式发展
充分调动社会各界参与到城市建设当中，鼓励人人都成为建设中的主体角色，解决政府或者市场调节失灵的问题，缓和社会各不同团体之间在如何建设和保护生态环境上存在的分歧和对立。可以灵活运用信息公示、搭建公共平台、大力宣传、政策差异化等各种手段，调动个人参与建设的积极性并提高超前治理的收益性，最终发展成为自愿型生态环境治理保护模式。
五 总结
综上所述，传统低效高耗的工业模式、政府主导的治理模式、缺乏现实客观考量的发展思路、以及紊乱的经济秩序等多种因素共同造成了我国大部分城市在在生态环境方面存在的共性问题。在高发展、高消费、高推进“三高”的社会发展现实局面下，能否有效解决城市生态方面存在的问题，直接决定城市发展的前景，同时对构建和谐社会，实现国家经济又稳又快发展也起到决定作用。
参考文献
[1] 黄木易.可拓城市生态规划理论与方法研究[D]. 哈尔滨工业大学 2010.
[2] 杨俊.以低碳为导向的城市设计策略研究[D]. 哈尔滨工业大学 2011.
简述生态学研究的方法范文6
1简要叙述环境工程和环境适应性的具体内容
1.1简述环境工程的具体内容
环境的适应性主要指的是产品在使用寿命周期内应对储藏和运输中的各种极端环境状态下，实现自身功能的一种性能。另一种简单的说法就是不产生不可逆损坏和能正常工作的能力。通过环境试验，充分反映出产品设计、研制以及材料选用等方面的环境适应性问题，并技术改进这些问题，以此提高产品的环境适应能力。
1.2简述环境适应性的具体内容
环境工程主要的研究方向是环境的污染问题及提升环境质量的技术研究，环境工程中涉及到了很多的学科，例如生态学科、环境医学和环境物理学、环境化学等，但是无论涉及到了多少学科，环境工程最为核心的工作重点就是对环境污染进行有效的治理。环境工程不仅研究防治环境污染和公害的措施，而且研究自然资源的保护和合理利用，探讨可利用资源技术、生产工艺以及按区域环境来调整进行运作和管理，以此获得更大的环境效果和经济效益，这也是环境工程未来发展的方向。
2简要叙述环境适应性和产品可靠性的差异性
环境的适应性是检验产品可靠性的重要方式，但是在进行检测的过程中，环境的适应性也会对产品产生一定的影响。通常意义上讲产品环境适应性不合格，说明产品不能正常使用；而产品可靠性高低，则只表示产品故障发生率的高低，从一定程度上来说，环境适应性不同于可靠性。这就是两者之间的本质区别，看似不明显，但是很重要。
3简要叙述环境工程对于环境污染的有效控制
现阶段的保护环境免受污染最有效的方法就是最大限度的减少可能污染环境的污染物的排放。我国目前最为严重的环境污染因素就是工业污染物的排放。工业污染物包括三种，它们分别是：第一种工业废水；第二种工业废气；第三种工业废渣。这三种主要的工业污染物没有进行彻底的加工，工业的原材料和生产的产品没有完全的进行利用，这样的工业污染物对于环境的污染是非常严重的。正是因为这样，我国现在要求工业企业在进行生产的过程中要进行严格的生产管理，对于生产的工业流程要进行彻底的改进和创新。在这一个方面工业企业要严格的按照政府的相关政策和法规进行，投入经济和人力进行这方面的建设，改善现在的工业企业对于环境污染的程度。防止工业企业对环境进行污染的最有效的方法是要有效的对工业企业的战略发展目标进行规范；同时要不断的促进工业企业的技术创新和突破，只有这样才能够有效的缓解环境的污染。但是需要注意的是，人们的生产和生活对于环境的污染是很难给予防治的，所以环境工程最为重要的工作任务就是要有效的控制住外界对于环境的污染。环境工程中有很多的课题，但是大气的环境污染是环境工程中最为重要的课题之一。本文就具有针对性的讲述环境工程对于大气污染的防治。环境工程对于各种范围内的大气的质量要求是不一样的。环境工程中规定：相对于空旷的地域，大气的环境质量应该是一种自然的状态；对于城市的控制质量有着较高的要求，但是对于污染源相对集中的个别城市区域的空气质量的要求相对较低，但是也不能够危害周围居民的生产和生活，更不能危害他们的身体健康。大气污染的危害表现主要有三种：第一种表现是降尘量的增加；第二种表现是降低了周边的能见度；第三种表现是导致周边的树林生长异常。但是最为严重的危害还是有可能威胁人们的身体健康。环境工程中对于大气污染的污染源的认识是，矿物燃料的燃烧造成了大气污染。燃烧使得大量的有害气体排放，严重的污染了周边的大气环境，同时给周边居民的身体健康造成威胁。大气污染物主要有五种：第一种是烟尘；第二种是一氧化碳；第三种是二氧化碳；第三种是碳氢化合物；第四种是二氧化硫。大气污染现阶段的最主要防治措施有两点：第一点是植树造林；第二点是进行城市绿化。通过这两方面的工作可以有效的净化空气。环境工程中防治尘土扩散的方法是建立防风林。但是参照现在科学技术的发展和创新程度，改善大气污染的主要措施还应该是在新型能源上下功夫，尽量采用无污染的能源来进行使用，这样可以有效的降低大气污染物的排放量。同时工业企业的生产设备和生产工艺也要有一定的改变和创新。生产设备的创新有助于烟尘的排放，工业燃料的有效利用同样也可以减少空气污染物的排放。目前世界上已经在进行汽车燃料的创新工作，但是经过了大量的调研和研发后，这个项目目前还在研究阶段。大气污染防治的最后一个步骤是废气的处理。烟气中的粉尘可以通过过滤、洗涤、静电沉降等方法与气流分离。去除烟气中的二氧化硫有很多种方法：可以将石灰石粉末吹入燃烧室，与二氧化硫化合成灰分，这样能够降低二氧化硫气体对大气造成的污染；还可以用碱性物质吸收二氧化硫。本文上面简述的内容都是关于环境工程中大气污染的治理内容，但是要想最大限度的实现大气的污染治理就需要将环境适应性和产品的可靠性相结合，只有这样这三者之间的关系才能够平衡，才能够相互促进。
4结束语
