遗传学的研究方法范文

遗传学的研究方法篇1

关键词：创新型混合教学模式；自主性学习；研究性学习；遗传学；

作者简介：刘向东(1965-)，男，农学院，博士，教授，博士研究生导师。研究方向：水稻生殖发育遗传和分子细胞学研究。

遗传学是生物科学中一门最具活力、发展最迅速的理论科学，对探索生命起源和本质，以及推动整个生物科学的发展起着巨大的作用，同时又是一门紧密联系生产实际的基础应用科学，对动植物新品种选育、良种繁育和遗传性疫病防治等都具有重要的指导作用。因此，该课程也就成为生物类、农学类和医学类学生最重要的专业基础课之一。国内外的相关大学都十分重视遗传学的教学工作，并做了大量卓有成效的工作，包括教材编写和教学方法改革等。就拿我国来讲，不同版本的遗传学教材不下10种，且多数是由遗传学的名家主编；教学方法的改革与新型教学模式也层出不穷。[1，2，3，4，5，6，7，8]华南农业大学是遗传学教学改革比较早的学校之一。从20世纪90年代至今，对农科类专业的遗传学教学方法进行过多种改革。归纳起来，主要是进行了四个阶段的四种改革：一是1997年至2001年间，改变原有单一粉笔教学的模式，利用电脑制作CAI课件，进行多媒体教学。从1997年开始编写基于PPT的CAI课件，1999年试用PPT的多媒体教学，2000年在农学类专业中全面推行以PPT为主的课堂教学，取得一定的成绩。遗传学课程的主讲教师刘向东也因此于2000年获得广东省“南粤优秀教师(讲坛新秀)”称号。二是进行“基于web-quest遗传学教改试验”，即“基于网上资源遗传学自主性学习教改试验”。于2001年至2003年间制作并完成了遗传学教改试验网站——《遗传学》网站，2003年成功地应用于教学，以后结合所获得的广东省教育厅“151工程”项目开展“基于web-quest遗传学教改试验”，取得良好的效果。[4]作为该项改革的原创性教学资源网站——《遗传学》网站于2007年获得第二届全国百佳网站(十佳学术类网站)，其改革成果也于2008年1月获广东省教育厅“151工程”项目课程改革奖(三等奖)。2001年至2004年期间还开展遗传学综合性实验和双语教学。[3]三是2003年至2006年间开展研究性、探索性的教改试验。四是2006年至今在原来以单一或数种教改方法简单结合的基础上，提出较适合农科类学生的“创新型混合教学模式”遗传学教改试验。

一、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的教学理念和总体设计

进入21世纪后，随着信息技术的迅速发展及其在教学上的广泛应用，原有单一的多媒体教学已难以适应诸如遗传学等迅速发展学科的教学需要了。为此，国外提出“混合式学习”概念(Blending-Learning)，[2]我国的浙江大学于2007年也提出“信息化环境下遗传学课程混合教学模式”。[2]“混合式学习”是把传统课堂教学的优势和利用信息技术学习(E-Learning)的优势相结合，从而达到发挥教师的引导作用、激发学生主动学习，以及培养学生能动性和创造性的目的。于2005年在农科类专业的遗传学教学中引入混合式学习的方式，2006年在农科类专业的遗传学教学中全面采用“混合教学模式”的教学方法，取得明显成效。2007年对该教学方法以及之前的教学改革方法进行全面的总结，提出适合华南农业大学农科类专业的遗传学教学的“创新型混合教学模式”遗传学教学改革法。该法的教学理念体现在创新和“混合”两个方面：创新要求教师在教学方法的改革上与时俱进，不断发展创新，发展主要体现在教师应该根据学生情况的发展进行教学改革，具体来讲，体现以人为本和科学改革；“混合”则要求教师在教学方法的采用上，不是采用单一的模式或几种简单方法的结合，而是灵活地应用多种教学方法，包括“基于web-quest(网上资源)自主性教与学”、研究性、探索性教学、教与学角色互换、综合性实验和双语教学等多种教学方法，并把这些方法整合成有机的整体，特别是“以问题为中心”的教法贯穿整个教学过程，形成适应不同年级和专业学生的教与学模式。

二、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的实施步骤

根据“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的总体设计，主要按照六个步骤(方式)进行：

第一步。框架式引导教学。在介绍框架前，首先让学生了解什么是遗传学？遗传学研究什么？学习遗传学有什么用？然后介绍遗传学课程内容的框架，即包括哪些章节等。为了便于学生了解掌握，我们把遗传学分成7个单元，即：遗传学的细胞学基础，经典遗传学(即遗传学三大规律)，细胞遗传学基础(即染色体结构和数目变异)，微生物遗传学基础(细菌和病毒的遗传)，分子遗传学基础(基因概念的发展、基因组结构特征、DNA分子标记及应用、基因组学、后基因组学和生物信息学基础)，细胞质遗传学基础，数量和群体遗传学基础。这样，学生对遗传学的结构就有一个大概的了解，学习也就有了方向性。

第二步。教师以问题为中心，讲授课程重点内容。先是提出问题，然后着重介绍有关的重要名词、基本原理、实(试)验推导、解释、验证和应用等。比如在讲授孟德尔遗传规律时，先提出性状是如何遗传的问题，然后介绍孟德尔著名的遗传试验、所获的结果、结果假设、分析、解释和进行合乎性验证等，最后归纳为杂交试验、结果分析和验证三部曲等。对于一些发展较快的知识(领域)，如分子遗传等适当地采用双语教学，要求学生掌握有关的英语名词，帮助他们能自己查阅一些有关的英文文献。

第三步。教与学角色的互换，引导学生进行主动性、自主性学习。具体做法是讲完每个单元，要求学生自己出试题考察学习效果，出题的形式不拘一格。学生所出的试题交给老师汇总后，选择其中的一些题目作为期中考试和期未考试试卷的部分内容。期中考试的题目全部选自学生自己出的题，考试采用三种方式：一是抽样混合试题，即每个学生出的题目抽1-2题，集中成一份试卷，全部学生参加考核；二是交换题目彼此考查，一个学生用另一个学生出的考题考核；三是自考，学生自己出题自己考。这种教与学角色互换的方法得到学生的充分肯定。调查发现，90%以上的学生认为自己出题比纯粹由教师出题难，学习效果更好，如果没有真正掌握有关的内容是出不了好题目的。通过出题使学生从被动学习转入主动学习，调动了学习的积极性，增加学习的兴趣，而且使学生善于提炼问题和进行举一反三的思考，拓宽了思路。当然为了让学生出好题，教师开始需要做一些引导，告诉他们出题的技巧。另外，也要鼓励他们出有创意(新)的题目，通过出创意(新)题目，不但可以培养学生的创新精神，在一定程度上也培养了其应变能力。为了更好地通过考试来培养学生的创新能力，我们对期末考试也进行了较大的改革，比如出一些让学生分析遗传学现象、总结和阐述遗传规律的主观性题目，培养其透过自然界的现象探寻生命的遗传本质的能力。

第四步。选择性开展Web-quest的自主性学习。根据之前改革已取得的经验，主要是选择近年来发展较快的一些遗传学内容(如基因工程等)开展基于Web-quest的自主性学习。基本做法是以已制作的《遗传学》网站为依托，按照以下的步骤进行：(1)教师引导学习，教授遗传学章(节)重点内容(框架)；(2)学生利用《遗传学》网站进行网上自主学习和讨论；(3)教师提问；(4)教师讲解重要问题(包括疑难问题)；(5)学生开展网上测试、延伸自主学习和论坛活动；(6)学生展示延伸学习的成果和体会；(7)教师总结。期间为了增加学生学习的积极性，在学生查阅文献时，如果找到一些有关遗传学最新进展和动态的资料，鼓励学生浓缩写成快讯在《遗传学》网站交流，使他们有成就感，进一步增加主动和自主学习的兴趣和积极性。

第五步。自愿性的研究性学习。主要采用三种方式：一是结合研究生的研究工作，选择一些与遗传学课程内容关系较密切的内容，让学生分组在研究生指导下开展小实验。比如，实验室每年都有多个研究生开展DNA分子标记研究，鼓励有兴趣的学生与研究生一起开展有关的实验，包括DNA提取、PCR扩增和电泳等。通过短期的研究，一方面加深学生对遗传学基本原理的理解，另一方面也培养学生的动手能力和应用知识的能力。由于这种方式所需的时间相对较短，结果容易得到，与一般的实验教学相比，前者较为灵活、有创意、成本相对较低，所以学生普遍较欢迎。二是采用通常的研究性教学，即让学生根据兴趣，分组选择一个与遗传学相关的研究小课题，独立组织和开展研究工作，应该说，这个方式效果很好，[9][10]但往往在遗传学上课期间难以完成，在一定程度上影响效果。三是结合毕业论文工作开展研究性的学习。[11]具体做法是在学习遗传学课程的主要内容后，在指导教师的引导下，让学生选择一个与遗传学内容有关的题目作为毕业论文。为了有效地进行此项的研究性学习，抓住两个关键问题：一是毕业论文开始的时间安排在遗传学课程修读期间。遗传学课程修读的时间一般是在大学三年级上学期，也把毕业论文开始时间安排在该学期，这样就可以让学生通过边学遗传学课程边发现与遗传学有关的问题。课程结束前，在教师的引导下，选择一个与遗传学知识有关，而学生本人又有兴趣的题目，开展毕业论文的研究工作。由于毕业论文一直要做到四年级下学期，历时2年时间，所以，可以深入开展一些与遗传学有关的研究工作。二是处理好遗传学主讲教师和毕业论文指导教师的关系。其中最佳方案遗传学主讲教师既是遗传学课程的教师，同时又是毕业论文的指导教师，这样不但可以达到研究性教学的目的，也可以保证毕业论文能顺利完成。如果两者不一致，就需要遗传学的主讲教师与毕业论文的指导教师进行协调商讨确定。为了更好地开展研究性学习，结合研究性同时开展相关的综合性实验。

第六步。采用融会贯通式、生动活泼的课程大总结。一是理论总结，通过以“可遗传变异的类型、创造方法、基本原理、应用和意义”为主脉把所有单元的内容有机联系在一起，形成该课程的系统性；另外是以“遗传与健康(疾病)”为专题讲座进行形象生动的总结，通过“遗传病”提出一条主线，把遗传学各章节的内容串在一起。二是实践总结，主要是利用我们拥有的部级重点学科作物遗传育种和广东省植物分子育种重点实验室的100多亩校内实验基地，在每学期课程学习结束后带学生到该基地进行参观和实习。由于该基地每年种植(早晚两季)的材料很丰富，包括有20多个野生稻种、2000多份不同类型的野生稻居群、各种突变体、杂种后代和特殊的遗传材料(如单片段代换系等)等，可以让学生对遗传学研究的物质实体和研究内容有较好的直观认识，并在实际中进行总结。比如，通过参观各种野生稻和栽培稻，让学生认识基因型与表现型的关系，以及遗传的多样性；通过观察各种分离世代的材料，让学生认识三大遗传规律；通过参观同源四倍体水稻，让学生认识染色体数目变异的遗传效应；通过参观水稻单片段代换系和分子标记辅助选择的后代，让学生深入认识分子遗传学的有关知识；通过参观三系和二系杂交稻，让学生认识细胞质遗传学和生殖遗传学的有关问题。通过参观田间不同世代材料，让学生认识许多数量遗传学和群体遗传学的问题。实践证明，采用以上方法的总结，不但让学生对遗传学有了直观、生动的认识，而且使学生接近自然、接近科学研究的第一线，丰富了教学的内容，达到了既教书又培养学生科学研究的思想和兴趣的目的，深受学生的欢迎。

三、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的成效分析

为了评估“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的效果，2006和2007年先后对其中180名参加试验改革的学生进行匿名问卷调查，发现92.87%的学生认为“创新型混合教学模式教学改革”可激发其学习兴趣，提高主动性；91.69%的学生认为可提高自学能力；93.37%的学生认为有助于基本知识的理解和应用；93.66%的学生认为扩大了知识面；91.95%的学生认为可培养学生独立思考问题的能力；91.55%的学生认为知识收集、加工、处理能力得到提高；92.14%的学生认为提高了综合能力；91.12%的学生认为充分运用了计算机等信息技术；90.53%的学生认为有助于学习者相互学习。与之前采用单一模式或简单几种方法的效果相比较，“创新型混合教学模式”在以上每项指标的得分均比之前的方法高出10%左右。除了以上量化的结果外，还得到参试学生的书面评价，其中绝大多数的学生给予高度评价，比如有学生认为，“创新型混合教学模式”“使原本深奥的遗传学变得简单，使同学们在活跃的氛围中掌握了遗传学的基本知识”；“使学生综合和创新能力得到提高”；“能启发学生的思维、激发学习遗传学的兴趣、增强探索的欲望”；等等。这些结果充分说明我们的改革是成功的，有进一步推广的价值。

四、结语

遗传学的研究方法篇2

关键词：遗传算法；编码机制；遗传算子；适应度函数

1 遗传算法的基本原理

遗传算法类似于自然进化，通过作用于染色体上基因寻找最好的染色体来求解问题。与自然界相似，遗传算法对求解问题的本身一无所知，它所需要的仅是对遗传算法所产生的染色体有更多的繁殖机会。在遗传算法中，通过随机方式产生若干个所求解问题的数字编码，即染色体，形成初始种群；通过适应度函数给每个个体一个数值评价，淘汰低适应度的个体，选择高适应度的个体参加遗传操作，经过遗传操作后的个体集合成下一代新的种群，对这个新种群进行下一轮进化。

2 遗传算法的应用

遗传算法在应用中最关键的问题有如下3 个。

（1）串的编码方式。本质是问题编码。一般把问题的各种参数用二进制编码，构成子串；然后把子串拼接构成“染色体”串。串长度及编码形式对算法收敛影响极大。

（2）适应函数的确定。适应函数（fitness function）也称对象函数（object function），这是问题求解品质的测量函数；往往也称为问题的“环境”。一般可以把问题的模型函数作为对象函数；但有时需要另行构造。

（3）遗传算法自身参数设定。遗传算法自身参数有3 个，即群体大小n、交叉概率Pc 和变异概率Pm。群体大小n 太小时难以求出最优解， 太大则增长收敛时间。一般n=30-160。交叉概率Pc 太小时难以向前搜索，太大则容易破坏高适应值的结构。一般取Pc=0.25-0.75。变异概率Pm太小时难以产生新的基因结构，太大使遗传算法成了单纯的随机搜索。一般取Pm=0.01-0.2。

遗传算法的主要应用领域在于函数优化（非线性、多模型、多目标等），机器人学（移动机器人路径规划、关节机器人运动轨迹规划、细胞机器人的结构优化等），控制（瓦斯管道控制、防避导弹控制、机器人控制等），规划（生产规划、并行机任务分配等），设计（VLSI 布局、通信网络设计、喷气发动机设计等），组合优化（TSP 问题、背包问题、图分划问题等），图像处理（模式识别、特征提取、图像恢复等），信号处理（滤波器设计等），人工生命（生命的遗传进化等）。

3 遗传算法的研究新动向

3.1 基于遗传算法的机器学习

这一新的研究方向把遗传算法从历史离散的搜索空间的优化搜索算法扩展到具有独特的规则生成功能崭新的机器学习算法。这一新的学习机制对于解决人工智能中知识获取和知识优化精炼的瓶颈难题带来了希望。遗传算法作为一种搜索算法从一开始就与机器学习有着密切联系。分类器系统CS-1 是GA 的创立Holland 教授等实现的第一个基于遗传算法的机器学习系统。分类器系统在很多领域都得到了应用。例如，分类器系统在学习式多机器人路径规划系统中得到了成功应用；Goldberg 研究了用分类器系统来学习控制一个煤气管道仿真系统；Wilson 研究了一种用于协调可移动式视频摄像机的感知运动的分类器系统等。

3.2 遗传算法与其他计算智能方法的相互渗透和结合

遗传算法正日益和神经网络、模糊推理以及混沌理论等其它智能计算方法相互渗透和结合，以达到取长补短的作用。近年来在这方面已经取得了不少研究成果，并形成了“计算智能”的研究领域， 这对开拓21 世纪中新的智能计算技术具有重要意义。GA 的出现使神经网络的训练（包括连接权系数的优化、网络空间结构的优化和网络的学习规划优化）有了一个崭新的面貌，目标函数既不要求连续，也不要求可微，仅要求该问题可计算，而且搜索始终遍及整个解空间，因此容易得到全局最优解。

3.3 并行处理的遗传算法

并行处理的遗传算法的研究不仅是遗传算法本身的发展，而且对于新一代智能计算机体系结构的研究都是十分重要的。GA 在操作上具有高度的并行性，许多研究人员都在探索在并行机上高效执行GA 的策略。研究表明，只要通过保持多个群体和恰当地控制群体间的相互作用来模拟并执行过程，即使不使用并行计算机，我们也能提高算法的执行效率。在并GA 的研究方面，一些并GA 模型已经被人们在具体的并行机上执行了；并行GA 可分为两类：一类是粗粒度并行GA，主要开发群体间的并行性；另一类是细粒GA，主要开发一个群体中的并行性。

3.4 遗传算法与人工生命的渗透

人工生命是用计算机、机械等人工媒体模拟或构造出的具有自然生物系统特有行为的人造系统，人工生命与遗传算法有着密切的关系，基于遗传算法的进化模型是研究人工生命现象的重要理论基础。虽然人工生命的研究尚处于启蒙阶段，但遗传算法已在其进化模型、学习模型、行为模型、自组织模型等方面显示出了初步的应用能力，并且必将得到更为深入的应用和发展。人工生命与遗传算法相辅相成，遗传算法为人工生命的研究提供了一个有效的工具，人工生命的研究也必将促进遗传算法的进一步发展。

3.5 遗传算法与进化规则及进化策略的结合

遗传算法、进化规则及进化策略是演化计算的3 个主要分支，这3 种典型的进化算法都以自然界中生物的进化过程为自适应全局优化搜索过程的借鉴对象，所以三者之间有较大的相似性；另一方面，这3 种算法又是从不完全相同的角度出发来模拟生物进化过程，分别是依据不同的生物进化背景、不同的生物进化机制而开发出来的，所以三者之间也有一些差异。随着各种进化计算方法之间相互交流深入，以及对各种进化算法机理研究的进展，要严格地区分它们既不可能、也没有必要。在进化计算领域内更重要的工作是生物进化机制，构造性能更加优良、适应面更加广泛的进化算法。

参考文献

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作者简介

遗传学的研究方法篇3

关键字：遗传算法；机器学习；人工生命；人工神经网络；神经网络拓扑结构

中图分类号：TP183文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)27-2040-03

The Application of Genetic Algorithm to the Artificial Intelligence

WANG Hui

(Xinjiang Petroleum Institute, Urumqi 830000, China)

Abstract: In this paper the author introduces the basic conception of genetic algorithm(GA for short),the feature of GA and the calculation steps. We can also get a general idea of the development in the machine learning, Parallel Processing, artificial Life, and the integration of evolutionary rules and strategies. At last, the application of GA to artificial neural networks is discussed, especially the application of GA to the study of neural networks weight and the neural network topology.

Key words: genetic algorithm; machine learning; artificial life;artificial neural networks; neural network topology

1 遗传算法简介

遗传算法是模仿生物遗传学和自然选择机理，通过人工方式构造的一类优化搜索算法，与传统数学模型截然不同，它为那些难以找到传统数学模型的难题找出了一个解决方法。遗传算法借鉴了生物科学中达尔文的物竞天择、适者生存的进化准则，1975年，Michigan大学Holland教授根据这一规律首次提出了遗传算法（genetic algorithm，简称GA），其基本思想是力求充分模仿这一自然寻优过程的随机性、鲁棒性和全局性。这是一种新型的全局优化搜索算法，因为其直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定等数学问题，鲁棒性强、随机性、全局性以及适于并行处理，已广泛应用于神经网络、计算机科学、优化调度、运输问题、组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域，并且遗传算法在实际应用中也取得了巨大成功。

2 基本遗传算法

遗传算法的工作过程本质上就是模拟生物的进化过程。首先，要规定一种编码方法，使得你的问题的任何一个潜在可行解都能表示成为一个“数字”染色体。然后，创建一个由随机的染色体组成的初始群体（每个染色体代表了一个不同的候选解），并在一段时期中，以培育适应性最强的个体的办法，让它们进化，在此期间，染色体的某些位置上要加入少量的变异。

遗传算法是一种基于空间搜索的算法，它的求解可以看成是最优化过程。遗传算法的最大优点就是，你不需要知道怎么去解决一个问题，你需要知道的仅仅是用什么样的方式对可行解进行编码，使得它能被遗传算法机制所利用。遗传算法并不能保证所得到的解是最优解，但可以将误差控制在容许的范围内。遗传算法具有以下特点：

1） 遗传算法是对参数集合的编码而非针对参数本身进行优化；

2） 遗传算法是从问题解的编码组开始而非从单个解开始搜索；

3） 遗传算法利用目标函数的适应度这一信息而非利用导数或其他辅助信息来指导搜索；

4） 遗传算法利用选择、交叉、变异等算子而不是利用确定性规则进行随机操作。

那么下面对基本遗传算法给出一个求解步骤：

1） 定义一个目标函数；

2） 将可行解群体在一定的约束条件下初始化，每一个可行解用一个向量x来编码，称为一条染色体，向量的分量代表基因，它对应可行解的某一决策变量；

3） 计算群体中每条染色体xi(i＝1，2，…，n)所对应的目标函数值，并以此计算适应值Fi，按Fi的大小来评价该可行解的好坏；

4） 以优胜劣汰的机制，将适应值差的染色体淘汰掉，对幸存的染色体根据其适应值的好坏，按概率随机选择，进行繁殖，形成新的群体；

5） 通过杂交和变异的操作，产生子代。杂交是随机选择两条染色体（双亲），将某一点或多点的基因互换而产生两个新个体，变异是基因中的某一点或多点发生突变；

6） 对子代群体重复步骤(3)～(5)的操作，进行新一轮遗传进化过程，直到迭代收敛（适应值趋稳定）即找到了最优解或准最优解。

3 遗传算法的发展动向

GA在应用方面的取得了较丰硕的成果，其主要应用领域在于函数优化，机器人学，设计，组合优化，信号处理，人工生命等，此外遗传算法还有几个引人注目的新动向。

3.1 基于GA的机器学习

这一新的研究方向把GA从历史离散的搜索空间的优化搜索算法扩展到具有独特的规则生成功能的崭新的机器学习算法，这一新的学习机制对于解决人工智能中知识获取和知识优化精炼的瓶颈难题带来了希望，GA作为一种搜索算法从一开始就与机器学习有密切联系。分类器系统是第一个基于GA的机器学习系统。基于GA的概念学习是近几年机器学习领域的一个较为引人注目的研究方向。还有一些嵌入领域知识的基于GA的机器学习的研究。

3.2 并行处理的GA

并行处理的GA的研究不仅是GA本身的发展，而且对于新一代智能计算机体现结构的研究都是十分重要的，GA在操作上具有高度的并行性，许多研究人员都正在搜索在并行机上高效执行GA的策略。近几年也发表了不少这方面的论文，研究表明，只要通过保持多个群体和恰当地控制群体间的相互作用来模拟并执行过程，即使不使用并行计算机，我们也能提高算法的执行效率。在并行GA的研究方面，一些并行GA可以分为两类：一是粗粒度并行GA，它主要开发群体间的并行性，如Coboon分析了在并行计算机上解图划分问题的多群体GA的性能；另一类是细粒度并行GA，它主要开始一个群体中的并行性，如Kosak将群体中的每个个体映射到一个连接机的处理单元上，并指出了这种方法对网络图设计问题的有效性。

3.3 GA与人工生命的渗透

人工生命是用计算机、机械等人工媒体模拟或构造出的具有自然生物系统特有行为的人造系统。人工生命与GA有密切的关系，基于遗传算法的进化模型是研究人工生命现象的重要理论基础，虽然人工生命的研究尚处于启蒙阶段，但遗传算法已在其进化模型、学习模型、行为模型、自组织模型等方面显示出了初步的应用能力，并且必将得到更为深入的应用和发展。人工生命与遗传算法相辅相成，遗传算法为人工生命的研究提供了一个有效的工具，人工生命的研究也必将促进遗传算法的进一步发展。

3.4 GA与进化规则及进化策略的结合

GA，进化规则及进化策略是进化计算的三个主要分支，这三种典型的进化算法都以自然界中生物的进化过程为自适应全局优化搜索过程的借鉴对象，所以三者之间有较大的相似性，但三种算法又是从不完全相同的角度出发来模拟生物的进化过程，分别是依据不同的生物进化背景，不同的生物进化机制而开发出来的，所以又有差异。但在进化计算领域内更重要的工作是生物的进化机制，构造性能更加优良且适应性更加广泛的进化算法。

4 基于遗传算法优化神经网络的应用研究

神经网络和遗传算法目标相近而方法各异。因此，将这两种方法相互结合，必能达到取长补短的作用。近年来,在这方面已经取得了不少研究成果，形成了以遗传算法与神经网络相结合的进化神经网络(ENN)。遗传算法在神经网络中的应用主要是用遗传算法学习神经网络的权重和学习神经网络的拓扑结构两个部分。

4.1 遗传算法学习神经网络的权重

而最主要的是学习神经网络的权重，也就是用遗传算法来取代一些传统的学习算法 。目前广泛研究的前馈网络中采用的是Rumel hart等人推广的误差反向传播（BP）算法，BP算法具有简单和可塑的优点，但是BP算法是基于梯度的方法，这种方法的收敛速度慢，且常受局部极小点的困扰，采用遗传算法则可把神经网络的结构优化和权值学习合并起来一起求解，克服了BP算法的缺陷，是神经网络权值学习的有效方法。

遗传算法学习神经网络权值的算法步骤如下：

1） 随机产生一组分布，采用某种编码方案对该组中的每个权值（或阈值）进行编码，进而构造出一个个码链（每个码链代表网络的一种权值分布），在网络结构和学习算法已定的前提下，该码链就对应一个权值和阈值取特定值的一个神经网络；

2） 对所产生的神经网络计算它的误差函数，从而确定其适应度函数值，误差与适应度成反比关系；

3） 选择若干适应度函数值最大的个体，直接遗传给下一代（精英保护策略）；

4） 利用交叉和变异等遗传操作算子对当前一代群体进行处理，产生下一代（新一代）群体；

5） 重复步骤2～4，使初始确定的一组权值分布得到不断的进化，直到训练目标得到满足或者迭代次数达到预设目标为止。

4.2 遗传算法学习神经网络的拓扑结构

神经网络结构包括网络的拓扑结构（连接方式）和接点转移函数两方面。利用遗传算法设计神经网络可根据某些性能评价准则如学习速度，泛化能力或结构复杂程度等搜索结构空间中满足问题要求的最佳结构。利用遗传算法设计神经网络的关键问题之一仍然是如何选取编码方案。

遗传算法学习神经网络结构的算法步骤如下:

1） 随机产生若干个不同结构的神经网络，对每个结构编码，每个码链对应一个网络结构，N个码链构成种群。

2） 利用多种不同的初始连接权值分别对每个网络进行训练。

3） 计算在每个对应码链下神经网络的误差函数，利用误差函数或其他策略（如网络的泛化能力或结构复杂度）确定每个个体的适应度函数。

4） 选择若干适应度函数值最大的个体构成父本。

5） 利用交叉，变异等遗传操作算子对当前一代群体进行处理，产生新一代群体。

6） 重复上述2）-5）步骤，直到群体中的某个个体（对应一个网络结构）能满足要求为止。

5 结束语

遗传算法作为一种新型的全局优化搜索算法，由于其直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定，又具有鲁棒性强、随机性、全局性以及适于并行处理的优点，在人工神经网络的应用上展现了它的独特魅力与优势，但同时，它在理论和应用技术上也存在着许多不足和缺陷，比如相对鲜明的生物基础，其数学基础显得极为薄弱，尤其是缺乏深刻且具有普遍意义的理论分析。随着理论研究的深入，可以肯定，作为一种高效并行的全局搜索方法，遗传算法以其特有的算法特点使其在许多实际问题中的应用会越来越广；同时，广泛的数学方法和强大的计算机模拟工具的出现，必将使遗传算法的研究取得长足的进展。

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遗传学的研究方法篇4

关键词：老字号川菜；老字号川菜文化；遗产保护；遗产传承；遗产管理

中图分类号：F2

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.1672.3198.2016.28.014

1 国内外研究现状述评

存在决定意识。国外文化遗产研究起步早，成果丰富，涉及文化遗产的定义，文化遗产的价值评估、文化遗产与历史的异同、文化遗产对集体记忆以及身份认同的影响、文化遗产的可持续性发展，特别是文化遗产保护与开发成为研究重点。其中欧洲和北美的研究成果占大部分，包括联合国教科文组织UNESCO和世界旅游组织等。国外遗产保护集中在：（1）政策与立法方面，如遗产保护政策与法律（Robert Pickard ）、保护文化遗产：国家立法与国际远景展望（Biswas S.S.）等；（2）遗产规划与管理方面，如欧洲遗产的规划与管理（Gregory Ashworth， Peter Howard）、文化遗产管理（Shalini Singh）等；（3）遗产保护层面，如世界遗产保护（UNESCO）、本土居民遗产保护（Erica-IreneDaes）等。我国文化遗产保护研究起步较晚，主要集中在文化遗产价值认识、文化遗产资源利用、文化遗产与旅游发展、遗产地游客管理、遗产地旅游影响以及遗产保护、规划及开发等方面。国内虽然取得了一定的成绩，但也存在着不足，尚未建立起立法、资金、管理及公众参与等方面相对比较完善的保护制度。总体而言：目前国外研究较为成熟，但是并不完全适合于中国国情。国内研究大多专注管理体制研究或对文化遗产基础理论及遗产保护研究。文献检索发现：川菜文化遗产研究，近年来刚起步，尤其以川菜发展研究中心的杜莉、陈祖明、陈云川、张茜等学者为主要代表，涉及川菜地位价值、历史演变、非遗保护、传承、现状对策及产业升级等研究，但基本上处于理念灌输、知识宣贯、定性描述研究阶段，现有研究数量少（不足6篇，主要以川菜发展研究中心主任杜莉教授为代表，例如《川菜的历史演变与非物质文化遗产保护发展》、《川菜非物质文化遗产保护与传承状况研究》等），研究质量弱，乏定量评价、实证分析及比较研究，理论指导性不大，应用操作性不强，也尚未形成川菜遗产体系。文献检索同时发现：对于“老字号”川菜文化遗产保护与传承的问题给予关注并进行专门系统深入研究的论著，目前也尚未看到。这无疑为本课题研究提供了研究空白与研究机会。

2 研究的目的、意义及内容

2.1 研究意义

文化遗产是城市精神和内涵所在，也是城市体现其独特性的内在机制。党的十以来，同志多次强调指出：我们要像爱惜自己生命一样保护好文化遗产。基于此，本课题研究具有重大的理论价值和现实意义：（1）有助于丰富和发展国内外文化遗产保护研究理论，有助于实践中提炼和逐步形成独具特色川菜文化遗产保护与传承理论，为世界历史文化遗产保护、遗产开发以及城市规划学科的发展尽微薄之力；（2）有助于指导川菜文化遗产保护、传承与开发利用工作，为“老字号”川菜文化遗产保护传承与开发工作提供科学的发展观和针对性指导，推动川菜文化遗产保护开发工作实践，提升其管理绩效；（3）有助于贯彻落实十八届三中全会推动文化大发展大繁荣的精神，弘扬中华优秀文化，推动川菜文化遗产传承与保护，扩大川菜和中华文化在世界的影响，促进世界饮食文化交流，增强四川人民的凝聚力和文化认同感，促进四川城乡一体化发展，提升四川形象，提高其竞争力和综合影响力，实现四川乃至中国和谐发展、科学发展、又好又快发展；有助于为川菜相关部门、决策层、管理者的科学决策及川菜文化研究人员提供借鉴。

2.2 研究目的

“每一个民族的文化复兴，都是从总结自己的遗产开始的。”（中科院、中国工程院两院院士、著名建筑学家吴良镛先生）。一个民族的文化遗产，承载着这个民族的认同感和自豪感；一个国家的文化遗产，代表着这个国家悠久历史文化的“根”与“魂”。保护传承文化遗产，就是守护民族和国家过去的辉煌、今天的资源、未来的希望。基于此，本课题的研究目的在于：科学界定川菜文化遗产的内涵分类、系统分析川菜文化遗产的价值地位、全面诊断川菜文化遗产保护传承的现状问题、着重提出“老字号”川菜文化遗产保护与传承的原则、方法、策略等，为全面深化改革、创新转型升级下“老字号”川菜文化遗产事业科学发展，为推动四川现代服务业发展，促进川菜及中餐产业转型升级和国际化发展，传承和发展川菜及中国饮食文化提供新思路、探索新途径、积累新经验。

2.3 研究内容

（1）“老字号”文化遗产研究理论基础。

①文化遗产研究理论概述。

②“老字号”研究理论概述。

③“老字号”文化遗产研究理论概述。

（2）“老字号”川菜文化遗产的内涵分类及价值。

①“老字号”川菜文化遗产的内涵界定。

②“老字号”川菜文化遗产的分类识别。

③“老字号”川菜文化遗产的价值认定。

（3）“老字号”川菜文化遗产保护现状问题诊断。

①“老字号”川菜文化遗产保护绩效评价。

②“老字号”川菜文化遗产保护现存问题。

③“老字号”川菜文化遗产保护问题成因。

（4）“老字号”川菜文化遗产保护的基本原则。

①人本性与原真性；②整体性与战略性。

③继承性与创新性；④可解读性与可持续性。

（5）“老字号”川菜文化遗产保护的主要方法。

①“老字号”川菜文化遗产显性式保护。

②“老字号”川菜文化遗产隐性式保护。

③“老字号”川菜文化遗产发展式保护。

（6）“老字号”川菜文化遗产保护的重要策略（涉及保护规划、保护制度和保护措施）。

（7）“老字号”川菜文化遗产传承研究探索（包括传承困境分析、传承路径选择及对策建议等）。

3 基本思路及工作方案

3.1 研究思路

研究思路如图1所示。

3.2 工作方案

（1）立项之日到半年以内：国内外文献调研、“老字号”川菜选点调研、访谈座谈交流。

（2）立项之日到一年以内：“老字号”川菜文化遗产内涵类型价值、现状诊断、保护原则方略。

（3）立项之日到一年半内：“老字号”川菜文化遗产传承困境、路径对策、应用实施、项目结题。

4 特色亮点与创新之处

4.1 课题特色

（1）问题导向：全面深化改革和创新转型升级下“老字号”川菜文化遗产如何保护传承？

（2）实证分析：进行“老字号”川菜文化遗产保护绩效评价，开展实证研究和量化分析。

（3）比较研究：“老字号”川菜文化遗产传承现状比较分析（基于成都和上海两地的比较）。

4.2 创新之处

（1）首次归纳提炼川菜文化遗产保护与传承理论体系。

（2）首次实证研究“老字号”川菜文化遗产保护绩效。

（3）首次系统构建“老字号”川菜文化遗产传承路径。

5 研究基础及成果预期

5.1 研究基础

（1）在文化遗产保护及历史文化名城保护与规划等方面多年来已打下了坚实的研究基础。（2）通过直接调查和间接调查等了解并掌握了“老字号”川菜文化遗产研究现状问题等。（3）通过文献资料研究了解了“老字号”川菜文化遗产保护与传承的总体现状及问题等。（4）课题负责人和课题组成员先后负责或参与完成包括国家自然科学基金和国家社会科学基金等各类项目90余项，包括文化遗产保护开发类课题10余项。（5）课题负责人和课题组成员，2002―2015年已发表学术论文100余篇，其中，文化遗产保护、遗产旅游类论文20余篇。（6）2002――2015年来课题负责人及成员一直从事文化遗产保护开发、历史名城保护规划、城乡规划、经济地理、旅游开发及管理、酒店管理、品牌管理、管理科学、食品科学工程、技术经济、城市经济等方面的教学与科研工作，研究成果获奖多次，被引用多次。（7）本课题研究工作，可依托课题负责人及课题组成员所在单位等平台，这些机构拥有包括先进的数据库检索系统、丰富的图书馆藏资源及发达的现代化调查手段、电子计算机及系统调查软件等科研条件和平台。上述条件，均可有偿使用。（8）课题组成员多年与中国营销学会、四川营销学会、四川旅游协会、川菜发展研究中心保持密切联系。

5.2 成果预期

（1）直接适用于川菜老字号企业，有望被经营管理者采纳和借鉴，为其科学决策提供依据；

（2）间接适用于国内外餐饮类科研院所、行业协会及管理部门（特别是川内机构）等机构，有望被上述机构和学者们关注和借鉴，有望在国内其他餐饮企业及相关行业得到推广运用。

参考文献

[1]赵丽丽，南剑飞.四川非物质文化遗产保护与开发研究[M].北京：光明日报出版社，2012.

遗传学的研究方法篇5

【关键词】 遗传；环境；智力；双生研究；青少年

【中图分类号】 R 179 R 449.4 【文献标识码】 A 【文章编号】 1000-9817(2008)11-0974-02

智力是一种有目的行动，合理思考，有效地处理环境的个人的综合能力（David Wechsler，1958）。作为一种一般的心理能力，智力不但与表象结构有很好的关联，而且对健康、教育、职业结局等都具有一定的预示作用［1］。目前普遍认为，儿童智力是遗传和环境因素共同作用的结果，但二者的影响程度尚无定论。国外研究报道的智力遗传度估计值在40%～80% 之间［2］，我国关于儿童智力遗传度的研究差异较大［3-6］。笔者于2006-2007年在较大双生子人群中以韦氏儿童智力测验（WISC-CR）探讨遗传和环境效应对儿童少年智力的影响，并将流体智力和晶体智力作为认知能力感兴趣的指标。

1 对象与方法

1.1 对象 在北京市东城区和石景山区初中及小学共募集6～15岁双生子316对，占2区双生子登记总数的87.88%，具有一定代表性。本研究以233对同性别双生子为研究对象（排除认知相关神经、精神疾病史者），其中单卵双生子（MZ）182 对，二卵双生子（DZ）51 对；男、女生分别为242名（51.9%）和224名（48.1%）。平均年龄为(10.15±2.67)岁。

1.2 智力评价 由经过培训的专业人员使用韦氏儿童智力量表（WISC-CR）测评言语智商（VIQ）、操作智商（PIQ）和总智商（FIQ）。以韦氏量表中的常识测验和词汇测验反映晶体智力，积木测验和译码测验反映流体智力。

1.3 卵性鉴定 提取唾液DNA。使用Promega公司GenePrint 试剂盒，通过短串联重复序列基因扫描和分型技术测定DNA的4个STR位点（D5S818、D7S820、D13S317和D16S539）。将各位点基因型完全相同的双生子对作为MZ，任一基因型不一致者为DZ。可靠性达99.6%［7］。

1.4 统计分析 使用SPSS 11.5 进行MZ和DZ各智力指标的一般性描述和分析，对性别分布进行χ2检验，年龄及智力指标进行t检验，遗传方差比较用F检验，对内相关系数比较采用Z检验。使用Holzinger公式h2 = ( rMZ-rDZ )/(1-rDZ) 估计遗传度，式中rMZ、rDZ分别为单卵双生子对和二卵双生子对的组内相关系数。

2 结果

2.1 MZ，DZ一致性比较 本研究各指标均呈正态分布。不同卵性双生子比较，MZ和DZ的年龄和各智力指标均值差异均无统计学意义（P值均＞0.05）。MZ中男生占50.0%，DZ中男生占58.8%，经χ2检验，不同卵性双生子中男、女比例差异无统计学意义（P=0.115），MZ和DZ间各指标具有可比性。见表1。

2.2 遗传效应分析 如表2所示，MZ与DZ各智力测量指标对内方差差异均有统计学意义，MZ对内方差明显低于DZ，提示各指标具有遗传效应。MZ与DZ各智力测量指标对间方差差异无统计学意义。

6～15岁双生子的IQ遗传度估计值为0.437；PIQ和VIQ的遗传度分别为0.482和0.315。MZ各指标对内相关系数均高于DZ的对内相关系数，其中PIQ、FIQ、积木和译码4项的差异有统计学意义（P值均＜0.05）。见表3。

3 讨论

双生子研究是研究遗传和环境因素作用的重要方法。经典双生子研究假设单卵双生子享有完全一样的遗传基因，其表型差异受到环境因素影响；二卵双生子有50%相同基因，其表型差异是遗传和环境共同作用的结果。本研究通过对233对MZ和DZ双生子组内相关系数差异的比较，以遗传度反映遗传因素对智力测验各指标产生的影响程度。6～15岁双生子的韦氏FIQ遗传度为0.437，表明遗传效应对儿童少年智力发展有中等程度的影响，与甄宏等［8］报道较接近。国内关于儿童智力遗传度的报道差异较大［3-6］，可能与样本量、智力测试方法和遗传度估计方法不同有关。遗传度是针对特定人群而言的，样本代表性对研究遗传方差对认知的作用具有重要意义［1］。

VIQ的遗传度较低，提示环境因素对儿童青少年语言理解能力的相对影响较大。遗传效应对PIQ的影响超过总方差的50%，表明遗传因素对儿童青少年知觉组织能力发展有重要作用。知觉组织能力虽然受到遗传效应的影响大于语言理解能力，但环境因素对其仍有不容忽视的作用。国外双生子纵向研究认为，遗传因素可能是智力持续发展的主要力量，而共同环境对认知能力发展的稳定和改变起主要作用［9］。儿童智力受遗传因素的影响程度低于成人［1，10］，提示儿童期良好的环境刺激对个体智力潜能发展可能起到关键作用。有研究表明，儿童智力发展与学校、健康服务、社区等社会资源有关，其在智力测验以及生活实践中的表现还受到儿童个性特征如自尊、学习动机等的影响［11］。因此，促进儿童智力发展需要身体、心理等多方面的培养和锻炼，而不是简单地依靠学习。

晶体智力包括一个人所获得的知识以及获得知识的能力，流体智力是发现复杂关系和解决问题的能力。由于VIQ-PIQ和流体-晶体的区分并不完全对应，本研究参考Aleman等［12］和Facon等［13］文献报道，选择WISC-CR中常识和词汇测验反映流体智力，积木和译码测验反映晶体智力。研究结果显示，遗传效应对各测验指标按作用强弱依次为积木、译码、词汇、常识，表明流体智力受遗传效应影响高于晶体智力；这与晶体智力主要是后天习得的，流体智力主要与神经生理的结构和功能有关的理论相一致，也提示所选测验能较好地反映流体和晶体智力。王书荃等［14］认为，词汇测验和积木测验分别是晶体智力和流体智力的典型。

4 参考文献

［1］ BENYAMIN B, WILSON V, WHALLEY LJ, et al. Large, consistent estimates of the heritability of cognitive ability in two entire populations of 11-year-old twins from Scottish mental surveys of 1932 and 1947. Behav Genet, 2005,35(5):525-534.

［2］ PLOMIN R, HILL L, CRAIG IW, et al. A genome-wide scan of 1842 DNA markers for allelic associations with general cognitive ability: A five-stage design using DNA pooling and extreme selected groups. Behav Genet, 2001,31(6):497-509.

［3］ 欧阳凤秀，汪玲，王文英，等.142对双生子的智力研究.中国儿童保健杂志，1996，4(3)：144-146.

［4］ 唐久来，郭晓东，余世成，等.儿童智商遗传度研究.中华儿科杂志，1994，32(5)：293-295，319.

［5］ 舒峰，宫欣欣.遗传和环境因素对儿童智力及个性的影响.中国学校卫生，2004，25(2)：209-210.

［6］ 李晶，陈莉，马凤兰，等.遗传及环境因素对儿童智力影响的双生子研究.济宁医学院学报，2001，24(3)：44.

［7］ CHEN TJ, JI CY, ZHENG XY, et al. Association of beta 3 adrenergic receptor and peroxisome proliferator-activated receptor gamma 2 polymorphisms with insulin sensitivity: A twin study. Biomed Environ Sci, 2007,20(2):99-105.

［8］ 甄宏，季成叶，杨莉萍，等.双生子儿童智力影响因素分析.中国行为医学科学，2002，11(6)：676-678.

［9］ GALAMBOS NL, MACDONALD SWS, NAPHTALI C, et al. Cognitive performance differentiates selected aspects of psychosocial maturity in adolescence. Dev Neuropsychol, 2005,28(1)：473-492.

［10］BARTELS M, RIETVELD MJH, Van BAAL GCM, et al. Genetic and environmental influences on the development of intelligence. Behav Genet, 2002,32(4):237-249.

［11］STEIN ZA, SUSSER M. Measured intelligence in childhood, social class andoutcomes across Poland's sociopolitical transitions, 1945-1995. Int J Epidemiol, 2004,33(1):227-230.

［12］ALEMAN A, De VRIES WR, KOPPESCHAAR HPF, et al. Relationship between circulating levels of sex hormones and insulin-like growth factor-1 and fluid intelligence in older men. Exp Aging Res, 2001,27(3):283-291.

［13］FACON B, FACON-BOLLENGIER T. Chronological age and crystallized intelligence of people with intellectual disability. J Intellect Disabil Res, 1999,43(pt 6):489-496.

［14］王书荃，张绪扬，著.韦氏儿童智力量表的理论与应用.北京：人民教育出版社，1998：23.

遗传学的研究方法篇6

关键词：遗传算法；燃气管网；研究分析

燃气管网的布局优化设计对整个系统经济性起着重要作用，在燃气工程项目的投资和燃气管网管理系统运行中燃气管网的工程造价所用的费用是很大的，如采用优化组合设计可节省大量能源。要选择最优的燃气管网优化设计方案，必须要保证燃气供给所满足的流量、压力、压差、温度等安全因素，同时要考虑工程投资的经济性，以及系统运行的管理费用的经济性。如何能保证整个过程最大程度地安全输配，并且具有科学性、合理性，是现实中的一个难点。因此，城市燃气管网优化设计具有极其重要的意义。

近年来，随着最优化理论和计算机技术及应用软件的发展，智能科学的研究几乎渗透于各个学科领域，智能优化算法理论的不断发展丰富、应用研究的不断广泛深入，已经有越来越多的新方法应用于各个工程领域，使其业已成为解决诸多大规模复杂工程实际问题的有利工具和有效方法。燃气管网的设计过程已从手算过渡到电算，从凭经验设计过渡到智能优化设计。若只依赖于大量表格的经验设计，会受一些条件的约束，使得计算不太准确而且繁琐。采用遗传算法（Genetic Algorithm，GA），模拟退火算法、蚁群算法、粒子群算法及其混合优化算法等智能优化方法来研究可靠性综合问题。特别是大型复杂管网的可靠性优化、冗余的最优分配以及管网的最优设计，是十分有效的，可以获得较传统方法和启发式方法更好的优化方案。这些智能优化算法已不再采用传统的设计思想，由于鲁棒性强，目前已解决了各种各样的组合优化问题。

当城市气源和用户地理给定后，在各用户和其它相邻的用户之间根据地理条件和市政要求，存在多个管道布置方案，从中选择最佳的布局形式是后续进行参数优化的基础。因此，需要选择一种高效、科学、合理的算法是系统设计优化的关键。将遗传算法应用于优化设计燃气管网的布局中具有很强的适应性，它是与传统技术有着截然的不同。通常在求解一个具体的问题时，在确定个体编码、适应度函数及遗传算子后，遗传算法将在进化过程中利用所获得的信息自动进行搜索，这种自然选择消除了算法设计过程中的一个最大的障碍，即“需要事先描述问题的全部特点”，所以遗传算法能以较少的计算来获得较大的收益，是优化燃气管网布局的一种理想化的选择方法。因此，采用新的方法研究适用性更强的燃气管道优化设计方案及应用软件是十分必要的。

自然界有不少问题需要在复杂而庞大的搜索空间中寻找最优解或准最优解，TSP问题和规划问题等组合优化问题就是典型的例子。在求解此类问题时，若不能利用问题的固有知识来缩小搜索空间，则会产生搜索的“组合爆炸”。因此，遗传算法研究能在搜索过程中自动获取和积累有关搜索空间的知识，并自适应地控在制搜索研究分析过程，从而得到最优解或准最优解的通用搜索算法一直是令人瞩目的研究课题。

虽然遗传算法是随机化方法，但它不是简单的随机搜索，而是有效的利用历史信息来推测新搜索点，并且不用事先知道目标函数，大大减轻了工作量，同时也提高了工作效率，是优化燃气管网布局的理想方法。随着城市现代化建设的发展，对优化燃气管网布局应用的重视程度也与日俱增，应用了许多方法对它进行评估，取得了显著的效果。遗传算法（Genetic Algorithm， GA） 启发于自然现象或过程，是近年来迅速发展起来的一种全新的随机搜索与优化算法，其基本思想是基于Darw in的进化论和Mendel的遗传学说。20世纪40年代，生物学家们就试图用计算机模拟自然遗传系统。50年代，澳大利亚的A.S.Fraser用一个15位的串表示具有三个基因的染色体来研究异位显性现象，美国芝加哥大学的J.Holland及其学生于1965年。首次提出了人工遗传操作的重要性，并且提出了遗传算法的基本理论――模式定理。此后，遗传算法的研究引起了国内外学者的关注。1975年，Holland出版了专著《自然系统和人工系统的自适应》，比较系统地阐述了GA的基本理论和方法，为遗传算法奠定了理论基础。他的学生J.D.Bagley在论文中首次使用“遗传算法”这一名称。他发展了选择、交叉、变异等遗传操作，并对染色体选择进行了详细的研究，提出了适应度定标（scaling）的概念和算法自我调整的思想，以防止“早熟”收敛。自1985年以来.国际上已召开了多次遗传算法的学术会议和研讨会.国际遗传算法学会组织召开的ICGA会议和FOGA会议。为研究和应用遗传算法提供了国际交流的机会。

遗传算法是依据达尔文的自然进化论与孟德尔的遗传变异理论，经过选择一定数量的个体进行杂交以遗传算法及基因突变，按照适者生存和优胜劣汰的原理，把优秀的基因传给后代，淘汰不良基因，逐代演化最终得到最佳的一个或几个后代，即问题的最优解。目前有关遗传算法的研究主要集中在以下几方面： （1）算法的数学基础。（2）算法的改进与深化。（3）算法策略研究与设计。（4）算法的并行研究。

D. Goldberg在其博士论文中第一次将GA应用于实际的工程问题--管道煤气系统的优化中，并且较好地解决了这一问题。

对于组合优化问题，目前遗传算法己在具有NP难度的各种问题，已被成功地应用于下业、经济答理、交通运输、工业设计等不同领域.解决了许多问题。包括求解旅行商问题、装箱问题、图像处理、图形划分、机器调度、布局优化问题等得到成功的应用。在解决燃气管网优化布局问题方面存在着很大的潜力，近年来应用遗传算法进行燃气管网布局优化的设计，已取得了一些成果。

遗传算法在燃气管网的优化问题中可以从以下几个方面进行研究和应用：

（1）在燃气管网的遗传优化算法中，如何克服线性规划、广义简约梯度法等传统方法所存在的计算量大、应用范围窄等问题，较大地发挥遗传算法所具有的简单、搜索效率高等优势，借鉴应用于各种网（给水管网等）的优化问题的方法，建立适合燃气管网优化的数学模型，并进行优化求解。

（2）遗传算法本身也有许多不足，如易陷人早熟，可以尝试着把它与其他智能优化算法有机地结合起来，形成混合遗传算法，克服其不足，使其在组合优化问题中的搜索效率更高，应用更广泛。

应用遗传算法在燃气管网的优化中，求解的研究还不是很多。遗传算法在燃气管网优化的应用主要以下几个方面：

（1）遗传算法在燃气管网水力计算的应用。

（2）遗传算法在燃气管网优化设计的应用。

（3）遗传算法在燃气管网优化调度的应用。

其中在优化设计中还包括管径优化和布局优化，前者为了得到管网的最低造价，对管径进行组合优化设计，后者主要以枝状形的燃气管网为研究对象，对燃气管网布局进行优化设计，在将多种可行路径构成燃气管网布局优化设计的寻优域中求解出最佳管网布局形式，是本文研究的主要工作。

参考文献

[1]李悦敏，李兴泉，赵自军等.遗传算法在燃气管网优化的应用进展[J].煤气与热力，2008，28（6）：12-15.

[2]王煊，段常贵.改进遗传算法在燃气管网布局优化中的应用[J].哈尔滨工业大学学报，2006，38 （1）：46-48.

[3]吕木英.基于遗传算法的城市燃气管网最优化布局研究[D].武汉：武汉理工大学，2009，5.

遗传学的研究方法篇7

摘要：

目的：研究安徽、山东、北京、四川的栽培白芍和山西野生白芍的遗传多样性和亲缘关系，确定不同产区的白芍种质资源的差异，为白芍育种研究提供一定参考。方法：运用ISSR分子标记技术，研究14份材料的遗传多样性水平。结果：选择条带清晰、多态性高、重复性好的7条引物进行扩增，共获得56条片段，其中多态性条带38条，平均多态性比率为67.86%；运用NTSYS软件计算样品间的遗传相似系数（GS值），得到样品间遗传相似系数矩阵，其中亳州1号和亳州2号间相似系数最大，这说明两者间亲缘关系较近，遗传差异小；北京2号和山西野生白芍相似系数最小，说明两者间亲缘关系较远，遗传差异大；利用UPGMA法，根据遗传相似系数对各样品进行聚类分析，在GS值为0.72时把14个样品分为两大类群，北京和安徽栽培白芍为一个类群，其他品种为另一个类群。结论：4个产区的栽培白芍和山西野生白芍存在一定的遗传差异性，可以从基因水平把植株外型相似的栽培品种区分开，对新品种的选育有很大的意义。

关键词：

白芍；ISSR分子标记；亲缘关系

白芍为毛茛科芍药属芍药PaeonialactifloraPall.经去皮水煮加工后的干燥根，具有养血调经、敛阴止汗、柔肝止痛、平抑肝阳之功效[1]，主治胸胁疼痛、自汗盗汗、阴虚发热、月经不调、崩漏带下等症[2]。白芍主要化学成分有芍药苷、芍药内酯苷、苯甲酰芍药苷等[3]。现代药理研究表明，芍药总苷具有止痛、抗炎、保肝以及多途径抑制自身免疫反应等作用[4]，在心血管疾病和肝病的治疗上已成为未来研究的重点[5]。白芍主产于中国安徽、四川、山东、浙江等地[6]，中国医学科学院药用植物研究所多年来对各产地白芍种质资源进行收集，并进行了初步品种选育筛选出数个品系，本研究把这数个品系作为北京产白芍列入研究范围。白芍是中国传统常用大宗中药材，种植面积大，品种繁多，但其种质资源的混乱阻碍了白芍的可持续发展。白芍品种的传统鉴定方法主要从植株外型特征和化学成分上进行区分，随着分子生物技术的发展，从分子水平对白芍种质资源有了更深一步的认识。ISSR分子标记技术近年来被广泛应用于药用植物品种鉴定、亲缘关系以及遗传多样性的研究[7]。其中，于恒秀等[8]运用ISSR引物研究栽培芍药品种间的亲缘关系表明“蓝田碧玉”与其他研究品种亲缘关系较远；王淼等[9]通过研究优化了芍药ISSR-PCR反应体系并把所研究的芍药品种分为3个类群。目前，药用白芍的相关报道较少，对各个产区栽培的药用白芍的研究不够全面。因此，本研究运用ISSR分子标记技术对4个产地的栽培白芍和山西野生白芍的亲缘关系进行研究，分析白芍的遗传多样性，以期为白芍的育种提供一定的参考。

1材料与方法

1.1试验材料北京产白芍原植物种植于中国医学科学院药用植物研究所试验田，经张丽萍研究员鉴定为毛茛科芍药PaeonialactifloraPall.。样品采集方法：每间隔5m左右标记采样单株，每株采集正常生长的新鲜叶片4-5片，放入装有无水硅胶的自封袋中干燥。样品情况见表1。

1.2试验方法

1.2.1DNA的提取取白芍叶片100mg，采用CTAB法提取叶片基因组总DNA，用1%的琼脂糖凝胶电泳检测DNA的完整性和纯度。

1.2.2ISSR反应体系和扩增条件ISSR反应体系共20μL：ddH2O7.8µL，（蓝）MIX10µL，引物（100μm）0.2µL，DNA模板2µL。ISSR-PCR扩增程序：94℃预变性10min；94℃变性30s，54℃复性30s，72℃延伸2min，共33个循环；最终72℃延伸10min。扩增产物用1%的琼脂糖凝胶电泳，电泳结束后在紫外成像仪上观察、拍照。

1.2.3引物的筛选通过查阅芍药及其近缘科属ISSR-PCR实验的相关文献，从中初步筛选出常用扩增的ISSR引物20条[10，11]（见表2）。选择编号为1、3、5、8、9的5个样本对这20条引物进行扩增，筛选出多态性高、稳定性好的引物以期为所有样品的扩增。

1.2.4数据统计与分析PCR扩增产物的电泳位置在凝胶的某个相同迁移率位置上，有DNA条带记为1，无DNA条带记为0。形成ISSR的表型数据矩阵，NTSYS软件计算相似系数，并且按照遗传距离进行UPGMA聚类分析。

2结果与分析

2.1引物筛选结果从20条ISSR引物中筛选出了7条能够扩增出清晰条带且具多态性的引物，筛选出的引物编号：0531-018、UBC881、UBC808、UBC811、UBC835、UBC836、UBC842。

2.2ISSR-PCR实验结果利用ISSR分子标记技术对14份白芍样本进行遗传多样性分析，从20条引物中筛选出7条能够扩增出清晰条带且具多态性的引物，共获得56条清晰可辨条带，其中多态性条带38条，平均多态性比率为67.86％，扩增的DN段集中在200-2000bp上下。平均每对引物扩增出8条条带，其中5.429条具有多态性。其中，多态性最高的为87.50％，低的只有57.14％。其中引物0531-018对14份白芍种质资源扩增图（图1）。7条引物总体扩增情况见表3。

2.3样本亲缘关系的分析

2.3.1遗传相似系数利用7条引物在14份白芍叶片获得的56条扩增片段，在NTSYS软件中计算样品间的遗传相似系数（GS值），得到供试材料遗传相似矩阵（见表4）。遗传相似系数越大，表明亲缘关系越近，遗传相似系数越小，表明亲缘关系越远。由表3可知14份样品的GS值范围为：0.6250-1.0000，变幅为0.375。其中，亳州1号、亳州2号样品之间的遗传相似系数最大为1.0000，表明两者之间的亲缘关系较近，遗传差异性小。北京1号、北京2号和山西野生品种，北京2号和山东昆山霞光样品之间的遗传相似系数最小为0.6250，表明这几个样品之间的亲缘关系较远，遗传差异性较大。由遗传相似系数可知，供试样品之间有较大的遗传差异性。

2.3.2聚类分析根据遗传相似系数矩阵，利用UPGMA法进行聚类分析，聚类图见图2。由以上聚类分析图可以看出，在GS值为0.72时把14份样本分为两大类：①北京品种和安徽品种；②其他品种。其中，北京和安徽品种均为单瓣花型，四川和山东品种为重瓣花型。这也与实验分析结果基本一致，说明单瓣型白芍和重瓣型白芍具有明显的差异性，同时发现山西野生单瓣型白芍和重瓣的栽培品种遗传差异性较小。从遗传相似系数和聚类分析图可知，亳州1号和亳州2号基本没有遗传差异，而北京品种和安徽品种具有一定的遗传差异，从分子水平可以把两者区分开。根据以上遗传差异性分析结果可知，不同产区的白芍具有一定的遗传差异性，而同一产区不同品种之间也存在差异。本次研究结果表明，北京和安徽两个产区栽培白芍亲缘关系较近，山西野生品种和四川、山东产区栽培白芍亲缘关系较近，而北京、安徽产区的白芍和山东、四川以及山西野生品种的白芍亲缘关系较远。

3讨论

运用ISSR分子标记技术对安徽、北京、山东及四川栽培品种白芍和山西野生白芍进行研究，安徽和北京栽培品种在植株外型上都属于单瓣花型，山东和四川栽培品种植株外形上属于重瓣花型，从基因水平上对栽培白芍进行研究，更具体的确定栽培白芍品种间的遗传距离和亲缘关系的远近。本研究结果表明，ISSR分子标记技术能有效检测栽培白芍种质材料的遗传多样性，揭示白芍遗传背景，从聚类分析图可以判别栽培白芍遗传距离的大小和亲缘关系的远近，对选育新品种具有重要的意义。另外，本次实验所选引物多是从哥伦比亚大学设计并所公布的100条引物中选取，共性大。可以对芍药属引物进一步开发，使引物更具有各自的特性，实验结果更明确。

遗传学的研究方法篇8

关键词：非物质文化遗产；彝族医药；综述

中图分类号：R29 文献标志码：A 文章编号：1007-2349（2017）03-0093-03

彝族是我国古老的民族之一，彝族人民长期生活在药物资源极为丰富的凉山、金沙江、乌蒙山、哀牢山和无量山一带，在与疾病作斗争的实践中形成具有本民族特色的彝族医药。彝族医药底蕴深厚、内容丰富，是中国传统医学的重要组成部分。自2005年国务院办公厅印发了《关于加强我国非物质文化遗产保护工作的意见》后，我国学者从非物质文化遗产保护角度出发对彝族医药展开研究，形成了一定研究成果。

本文以国内公开发表的相关学术论文为线索，兼顾中华人民共和国文化部主管、中国艺术研究院主办的“中国非物质文化遗产网”，云南省文化厅主管、云南省非物质文化遗产保护中心主办的“云南省非物质文化遗产网”等官方网站进行资料收集、整理。近年来在非物质文化遗产视野下展开的彝族医药研究，可以归结为以下5个方面。

1彝族医药概念研究

彝族医药概念在我国相关学者的研究、阐述下日臻完善。王敏从民间传说、古籍文献记载、考古出土文物和民间民俗流传4方面论述了中国彝族医药历史源流，认为彝族医药源远流长，其伴随着彝族先民的生存斗争与生产实践，发端于神话传说时代，随着社会发展而逐步形成与成长，并发展成为内容丰富而独特的彝族医药学。钱韵旭等从地理环境的视野探究了彝族传统医药，认为“彝族医药基础理论受到地理位置临近的汉文化的深刻影响；彝族医药与所处地区的气候条件、生态环境，尤其所分布的动植物种类密切相关；彝族医药擅治生活环境的多发疾病或者采用一些适应当地环境的治疗方法；由于地理的隔绝，彝医多用单方或者简方”，说明彝族医药具有明显的地域性。罗艳秋、徐士奎通过对彝汉文史资料和田野资料的系统研究，认为彝族医药是根据彝族先民所创制的先天八卦太阳周天历法测度日月运行规律，结合气候时节推算生物的首萌长遍退藏，在此基础上形成以阴阳疗疾理论为核心的医学理论体系，保留着中华上古医药理论的源头，对中国传统医药的发展与传承具有重要价值。

通过对彝族医药概念的阐述，有助于我们理解彝族医药的历史源流、地域特色、理论基础等，明白其医疗保健作用及文化内涵。

2彝族医药“非遗”特质研究

国内学界撰文阐述彝族医药是中华民族传统文化的宝贵财富，也是我国非物质文化遗产的重要组成部分，并揭示其人员锐减等的濒危状态。秦国政认为彝族医药至今在我国云南、四川、贵州及广西等地区仍具有强大的生命力，是服务于当地人民群众的重要卫生资源，是具有中国特色卫生事业不可分割的一个组成部分。颜晓燕、童志远认为彝族医药同其他少数民族医药一样是我国传统医药、中华民族文化的重要组成部分，也是我国少数民族医药中不可分割的重要组成部分。诸国本从民族医药的医学范畴、人文因素；卫生事业、经济产业；自然文化、人文文化；民族文化瑰宝、文化交流口岸；地方、中央共同规划，全面协调保护五个相互区别又相互联系的关系出发分析了民族医药作为非物质文化遗产的特点。赵富伟等通过大量实地调查，以第一手数据从民族医药传承人“非法行医”、女性在传承人中所占比例偏低、传承人队伍老龄化问题突出、潜在传承人数量锐减、传承人受教育程度低5个方面，揭示民族医药传承危机。崔箭等认为由于受到全球化、现代化的冲击，目前民族医疗机构治疗的病种日益减少，许多知名的老民族医生由于年龄偏大相继离开了工作岗位，现存的民族医疗服务阵地越来越小，盲目的用西医和中医填补不足的现象十分普遍，特别是在民族医药的人才伍方面。

无论在学界还是在普通民众中，人们已经形成一个共识，彝族医药是我国非物质文化遗产的一部分，对其加以保护、传承和发展不仅是开发其医疗药用价值的需要，也是传承中华民族物质与精神财富的需要。面对彝族医药的传承危机，如不加紧采取措施给予有利帮助扶持，彝族医药的传承将面临急剧的流变和消失的风险。

3彝族医药传承人研究

面对当前彝族医者中出现的年龄断层问题和“技在人身，技随人走，人亡技亡”的特点，对彝族医药传承人的认定与培养工作就显得尤为重要。我国2011年6月1日起施行的《中华人民共和国非物质文化遗产保护法》中，规定了“非物质文化遗产代表性项目的代表性传承人”应当具备的条件，这对彝族医药传承人的认定，特别是申报国家、省、地、市级别的项目传承人具有指导意义。秦阿娜等在其公开发表的文章中论述“从广义上讲，凡是在日常生活中运用彝医知识治病并将其告知于他人的人，都在悄无声息地进行着彝医文化的传承。而从狭义上讲，只有掌握丰富的彝医知识，直接参与诊治活动并乐于将其传授于他人的彝医从业者，才能称得上是彝族医药的传承人。民族医药传承人培养模式，包括3方面的内容：申请部级非物质文化遗产代表性传承人；鼓励民间传承；以学校教育为基础的传承。”诸国本认为对于传统医药非物质文化遗产传承人的培养至关重要，在培养目标及教育方法上应考虑“在现有的中医药院校或专业内开设‘非遗’课程，加强‘非遗’教育；对省、地、市级非遗项目中已经确定的传承人，利用举办培训班、专题学习班的形式，加强培训，进一步提高社会责任感和专业水平；对可能入选的‘非遗’项目，特别是民间的具有代表性的民族医药人员，通过集中办班、分散实践观察等办法，提高他们的文化、专业水平。”有学者从“活态传承”角度阐释民族医药传承人的重要性，认为活态传承是非物质文化遗产传承的重要特征，区别于文物的定点保护、博物馆式的实物收藏、古籍整理等的“静态”保存，强调传承过程中人的重要作用，传承人集中体现了活态传承的内容、形式与手段。胡芳梅等认为彝族医药传承与发展离不开彝族医药高等教育人才培养体系研究，以应对当前彝族医药面临空前的“断档”危机。李佳川等认为需要建立民族医药人才培养体系，从民族地区医疗卫生人才队伍建设、民族医药教育体系多形式多层次发展等方面，培养人才、留住人才，助力民族医药的发展。

对彝族医药传承人概念的阐释还不多，然而彝族医药传承人作为彝族医药传承的重要载体，其重要性毋庸置疑；已有的对彝族医药传承人的培养探讨有理有据，为具体彝族医药的保护、传承与发展工作提供了思路。

4彝族医药传承路径研究

学者们主要从两种不同的思路出发探寻彝族医药的传承路径。思路一，通过寻找民族医药传承的渠道或方式，描述民族医药在传统或当下的社会环境中的内在传承机制。王志红、向芯慰在田野调查的基础上指出，民族医学医技的传承基本上都是以“口传身授”为主，强调个体经验的积累和体验型的学习方式，其“秘方”和医技大多也只有记忆相传，没有文字记录；有些专家“保密”意识较强，有“传内不传外”、“传男不传女”的倾向，传习人基本上是在子女亲属之中选择。梁正海等在对湘西苏竹村个案研究基础上，总结出地方性医药知识的传承机制和特点，认为纵向承继（祖传、师传），横向交换（自由式交换和当地政府干预下的交换）都是其内在机制。沙学忠认为毕摩是彝族文化的传承者，也是诊疗疾病的实施者。毕摩经书上有部分彝医药方面的记载，彝族医药理论基础来源于毕摩的部分理论，毕摩对彝族传统文化（包括彝族彝药）的继承与发展起到了极为重要的作用。吴道显等将云南民族医药文化的历史传承模式总结为文献传承、言传身教传承、学校教育传承和产业化发展传承。思路二，学者们在总结区域彝族医药发展现状的基础上，为保护、传承、弘扬彝族医药非物质文化献计献策。徐士奎等在总结云南省彝医药发展现状的基础上，提出发展彝族医药的对策：梳理彝族传统医药基础理论、建立彝药临床研究基地、开办彝医药专科服务窗口；组建彝医药知识传承的主线型团队、彝医药产业发展的多元化团队；集中打造“彝族医药”品牌，用品牌统摄与培育各品种品牌和各产业链；对彝族药实施分类管理，对面临枯竭的部分药材尽快开展驯养种植，提升其资源储量和质量；重视技术创新，使彝药质量工作有效促进彝族医药产业的发展。许嘉鹏等在调研楚雄州彝族医药发展现状的基础上提出，创造条件开展彝医药执业资格考试。在开考之前，依据一定的办法认定部分彝医药系列专业人员、乡村彝医，解决其合法行医的身份问题。杨祝庆认为收集、整理和挖掘第一手资料建立档案，是云南民族医药非物质文化遗产保护的有效手段。

彝族医药的传承路径是彝族医药研究的核心议题，学者们从不同思路出发，指出彝族医药的内在传承机制及就当前彝族医药发展现状指出保护、传承、弘扬彝族医药的可行性办法，已涉及传统理论梳理、医疗研究与运用、药品研发与种植、彝族医药品牌打造、合法行医身份认定、建档保护等，思路开阔、具有启发意义。

5彝族医药申遗研究

由政府主导的非物质文化遗产代表性项目四级名录的申报对彝族医药的保护、传承和发展具有指导性意义。早在2010年秦阿娜等就在《文化遗产视野下的彝族医药――探索动态保护的可能》一文中指出“彝族医药尚无国家或省级名录项目，这种状况是与彝族医药丰富的内在价值和亟待保护的现状不相符合的”，并提出彝族医药参与非物质文化遗产项目申报的具体努力方法。以云南省为代表，由于各级政府的重视、相关人士的共同努力，彝族医药非物质文化遗产传承与保护的实践工作近年来取得了一些成绩。目前，被各级政府文化主管部门认定的非物质文化遗产项目代表性传承人名单中，彝族医药代表性传承人有7人，其中国家1人，省级2人，州级4人；7人中除省级1人的申报地区或单位在四川外，其余6人都在云南。截止国务院公布的第四批部级非物质文化遗产名录，入选其中的彝族医药代表性项目共有2项，分别是部级1项――彝医水膏药疗法，部级扩展项目1项―一拨云锭制作技艺，申报地区或单位都在云南省楚雄州。同时，也有学者指出当前我国传统医药非物质文化遗产名录管理工作存在重申报轻保护、缺乏行业特色评审标准、申报主体模糊等问题，应从政策制度、资金保障、传承人队伍建设等方面完善传统医药非遗保护措施。

对政府主导的非物质文化遗产代表性项目四级名录的研究，有助于确有代表性的彝族医药传承项目、传承人尽早达到申报条件，尽早成功申报。同时，学者指出当前我国传统医药非物质文化遗产名录管理工作存在的不足，这些研究都是围绕彝族医药的保护、传承与发展进行的。

6结语

综上所述，从非物质文化遗产保护角度出发对彝族医药展开研究，已经形成了新的研究热点与研究方向。就研究方法而言，已从早期的文献收集、整理发展到现在的文献梳理与实地调研相结合；从区域、个案、专题研究切入，总结彝族医药传承现状、传承机制，探讨传承办法，使得彝族医药传承得到全面而深入的讨论。就研究学术领域而言，已经涉及医学、药学、化学、图书情报、历史学、教育学等。不同研究方法的运用、不同学术领域的关照，使当前彝族医药研究呈现出欣欣向荣的景象，也反映了当前彝族医药保护、传承与发展的紧迫性和意义所在。

笔者通过文献综述，认为此研究方向还存在继续跟进的空间，如未来还可以结合实地调研，进一步加强对彝族医药传承人的研究，提供传承人的认定标准；开展彝族医药的当代传承与变迁研究；引入人类学、社会、哲学等学科领域对彝族医药展开研究；不同领域、不同地域的彝族医药研究还需要加强沟通与合作，共同推进我国彝族医药非物质文化遗产的传承与发展。