高中数学与人工智能交叉融合的教学案例研究北大核心

1研究背景国务院2017年印发的《新一代人工智能发展规划》(国发(2017)35号)指出,应重视人工智能与数学等学科专业教育的交叉融合,在中小学阶段设置人工智能相关课程.《普通高中数学课程标准(2017年版)》[1](以下简称《课程标准》)在描述课程性质时提到,数学的应用已渗透到现代社会及人们日常生活的各个方面.随着现代科学技术特别是计算机科学、人工智能的迅猛发展,数学的研究领域与应用领域得到极大拓展.     

一类具有分布时滞和常数收获的单种群模型的状态脉冲控制

讨论了一类具有分布时滞和常数收获的单种群模型的状态脉冲控制。在不同参数条件下，建立了该模型阶一周期解的存在性以及轨道渐近稳定性。最后，通过数值模拟验证了理论的正确性。     

一类分数阶p（x）-拉普拉斯方程的多重解

利用临界点理论、变分方法和分数阶变指数Sobolev空间理论, 研究带有非局部系数的分数阶p(x)-拉普拉斯方程边值问题的可解性。当非线性项在零点附近次线性或在无穷远处局部超线性增长时, 得到了此类问题多重解存在的充分条件。     

光滑函数实根计算的渐进显式公式

求根问题在计算机图形学、机器人技术、地磁导航等领域应用广泛。基于重新参数化方法（reparamaterization-based method，RBM），给出了用于计算给定光滑函数在某区间内唯一实根的渐进式显式公式。给定光滑函数f（t），用有理多项式A_i（s）对曲线C（t）=（t，f（t））进行插值，得到重新参数化函数t =?_i（s），使得A_i（s_j）=C（?_i（s_j））。提出了基于重新参数化函数?_i（s）的显式公式用于渐进式逼近f（t）对应的实根，在n个函数计算的成本下，收敛阶可达到3·2^n-2，其中n≥3。与类牛顿法相比，本文方法提高了计算稳定性，且收敛速度更快、计算效率更高。与裁剪法相比，本文方法不需要求解包围多项式，且可用于非多项式函数计算，计算效率更高。数值实例表明，每增加一个插值点，逼近阶可提高一倍，且可获得较传统裁剪法更高的计算效率。     

分数阶不确定多混沌系统的自适应滑模同步

研究分数阶不确定多混沌系统的自适应滑模同步,通过构造滑模面,设计控制器和适应规则,能够满足滑模面的稳定性与到达性,进而得到分数阶不确定多混沌系统取得自适应滑模同步的充分性条件,研究表明:分数阶不确定多混沌系统满足在一定条件下能够取得自适应滑模同步.     

二维时间分数阶扩散方程的Hermite型矩形元的超收敛分析

基于经典的L1逼近,针对二维时间分数阶扩散方程给出Hermite型矩形元的全离散格式.首先,证明其逼近格式的无条件稳定性.其次,基于Hermite型矩形元的积分恒等式结果,建立插值与Ritz投影之间在H1模意义下的超收敛估计.进而,通过利用插值与投影的关系及巧妙地处理分数阶导数,得到单独利用插值或Ritz投影所无法得到的超逼近及超收敛结果.最后,借助于插值后处理技术导出了整体超收敛结果.     

基于组合神经网络的时间分数阶扩散方程计算方法

该文首次采用一种组合神经网络的方法，求解了一维时间分数阶扩散方程.组合神经网络是由径向基函数（RBF）神经网络与幂激励前向神经网络相结合所构造出的一种新型网络结构.首先，利用该网络结构构造出符合时间分数阶扩散方程条件的数值求解格式，同时设置误差函数，使原问题转化为求解误差函数极小值问题；然后，结合神经网络模型中的梯度下降学习算法进行循环迭代，从而获得神经网络的最优权值以及各项最优参数，最终得到问题的数值解.数值算例验证了该方法的可行性、有效性和数值精度.该文工作为时间分数阶扩散方程的求解开辟了一条新的途径.     

分数阶泛函微分方程边值问题的耦合上下解方法

研究一类带时滞的分数阶泛函微分方程边值问题.首先将所研究的问题转化为积分方程形式,运用非线性分析理论证明了边值问题解的存在性与唯一性定理,产生了求边值问题解的单调迭代序列,并进行了误差估计.其次运用广义单调迭代技术和耦合上下解方法,获得了边值问题解存在唯一的充分条件,并确定了解的取值范围.最后给出几个具体实例,用于说明所得到的结论具有较广泛的适应性.     

基于交叉相位调制的堆积脉冲非线性传输

基于子脉冲交叉相位调制的非线性相互作用,利用耦合非线性传输模型,对堆积脉冲的非线性传输和峰均比进行了研究.研究发现,当堆积脉冲的子脉冲间存在重叠时,在传输过程中时间相干会导致子脉冲间发生相互作用从而改变其脉冲质量.在不同的子脉冲延迟情况下,堆积脉冲的强度和峰均比随传输距离的变化而改变,且变化幅度均随子脉冲延迟的增大而减小.对于高斯型堆积脉冲,当归一化子脉冲延迟大约为3时其在非线性传输过程中保持脉冲形状基本不变;而对于超高斯型的堆积脉冲,归一化子脉冲延迟则约为2.2.     

共面双对称几何条件下Ne原子(e,2e)反应的三重微分截面

利用标准一阶扭曲波玻恩近似方法(DWBA)计算了共面双对称几何条件下不同能量电子碰撞电离Ne原子的三重微分截面(TDCS),与Nixon和Murray[1]最新的实验测量数据进行比较.当入射电子能量较低时,理论计算结果和实验数据符合较差;而随着入射电子能量的增加,符合程度逐渐改善.