discretization

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离散化作用范文

离散化作用范文

离散化作用范文离散化(Discretization)是将连续性变量转换为离散化或类别变量的过程。

离散化可以应用于多种领域,包括数据挖掘、机器学习、统计分析和决策支持系统等。

离散化的目的主要有三个方面:简化数据、降低计算复杂度以及增强数据模式的可读性和可解释性。

下面将详细介绍离散化的作用。

1.简化数据:离散化可以将连续型数据转换为有限数量的离散型值,从而简化数据的分析和建模过程。

在现实生活中,我们经常遇到连续型数据,如年龄、收入、体重等。

这些连续型数据在进行数据分析时存在一定的问题,如计算困难、模型构建复杂等。

通过离散化,我们可以用有限的类别代表连续型数据,从而简化了数据的计算和处理过程。

2.降低计算复杂度:离散化可以降低计算复杂度,使得一些复杂算法可以更容易地应用到数据上。

有些机器学习算法要求输入的特征是离散型的,如朴素贝叶斯算法。

而有些算法在处理连续型数据时计算复杂度较高,如决策树算法。

通过将连续型数据离散化为离散型数据,可以使得这些算法更容易地应用于数据分析任务中。

3.增强数据模式的可读性和可解释性:离散化可以增强数据的模式可读性和可解释性。

当数据被离散化后,我们可以更容易地识别和理解数据中的模式和趋势。

在一些实际应用中,如市场分析、投资决策等,决策者通常更关心数据的模式和趋势,而不是精确的数值。

通过离散化,可以使得数据更加易于理解和解释。

离散化的方法有多种,主要可分为无监督离散化和有监督离散化两大类。

1.无监督离散化:-等距划分法(Equal Width Discretization)是将连续型特征的值域划分为相等宽度的多个区间,每个区间代表一个离散值。

这种方法简单直观,但对于不同分布的数据可能不适用。

-等频划分法(Equal Frequency Discretization)是将连续型特征划分为相同数量的区间,每个区间包含相同数量的数据点。

这种方法可以避免等距划分法的不足,适用于不同分布的数据。

【原创1.11】南京邮电大学专业英语词汇释义精选

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MF/ // 中频 MIC/ // 微波集成电路 microstrip // 微带 minority carrier // 少数载 流子
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南京邮电大学 电磁场与无线技术 专业英语词汇释义 精选
net power // 净功率 newsletter // 通讯 N-LOS/ / 非视距 nonconductive // 不导电 nonresonant // 非谐振 nonthermal // 非热的 nonuniform plane // 非均 匀平面
ohm // 欧姆 ohmic // 阻值 Ohm's law // 欧姆定律 open-circuited // 开路 optics // 光学 orientation // 定向 orthonormal bases // 正交 基
oscillator // 振荡器 oscilloscope // 示波器
C
cable // 电缆 capacitance // 电容 cathode // 阴极 cavity // 空穴 空腔 ceiver // 接收器 cellular // 蜂窝网 channelization // 信道化
charge // 电荷 circuit // 电路 circulator // 环行器 coaxial probe // 同轴探针 coil // 线圈 cold cathode // 冷阴极管 compatibility // 兼容性 component // 元件 compound // 化合物的 conductance // 电导 conductivity // 电导率 conductor // 导体 conformal // 共形 conjugate // 共轭 constitutive relationship // 本构关系

离散化和归一化

离散化和归一化

离散化和归一化离散化(Discretization)是将连续型数据转换为离散型数据的过程。

在数据挖掘和机器学习中,有时需要将连续型特征转换为离散型特征,以便于建立分类模型或进行其他算法处理。

离散化的目的是减少数据的复杂度、提高计算效率、增加模型的可解释性等。

常见的离散化方法有:1. 分箱(Binning):将连续数值划分为不同的区间或箱子,使得每个箱子内的数值相同或相近。

可以根据等宽(Equal Width)、等深(Equal Depth)等划分原则进行分箱。

2. 无监督离散化:使用聚类算法,如K-means算法,将连续特征的数据分割成不同的簇。

每个簇即为一个离散的取值。

3. 基于决策树的离散化:利用决策树算法将连续型特征划分为不同的区间或取值。

归一化(Normalization)是将数据按比例缩放到一个特定的范围内的过程。

在数据分析和机器学习中,归一化可用于将不同量纲(单位)的特征值统一到相同的范围内,以便于模型更好地学习和拟合。

常见的归一化方法有:1. 最小-最大规范化(Min-Max Normalization):将特征值线性映射到[0, 1]范围内,公式为:X_norm = (X - X_min) / (X_max - X_min)其中,X为原始特征值,X_min为特征值的最小值,X_max为特征值的最大值。

2. Z-Score标准化:将特征值转化为标准正态分布,公式为:X_norm = (X - X_mean) / X_std其中,X为原始特征值,X_mean为特征值的平均值,X_std为特征值的标准差。

3. 小数定标规范化(Decimal Scaling):通过移动小数点的位置来调整特征值的大小,使其落在[-1, 1]范围内。

归一化可以提高模型的收敛速度,同时避免由于特征值大小差异过大而导致的模型权重分配不均衡问题,使得模型在学习过程中更加稳定。

心理学专业英语词汇(D2)

心理学专业英语词汇(D2)

心理学专业英语词汇(D2)disability 失能disability 无能disability glare 失能眩光disadvantage 不利disadvantaged 社会地位低下的disadvantaged children 生活条件差的儿童disadvantaged children in schooldisaffect 使疏远disagreeableness 不愉快disallow 拒绝承认disappearance of conditional reflex 条件反射的消失disappearing difference 渐退差别disappearing differences method 差别渐减法disappointing 失望disappointment 失望disapprobation 非难disarming 消除敌意disarranged sentence testdisarranged sentence test 词句重组测验disassimilation 异化作用disassociation 分裂disaster 灾难disaster psychology 灾害心理学disavow 不承认disbelief 不相信disbelieve 不相信discard 抛弃discarded variable 抛弃变量抛变项discern 辨出discerning 有辨别力的discernment 辨出discharge 放射discharge 释放discharge of affect 情感释放情感释放dischronation 时间觉障碍时间觉障碍disciplinary measure 纪律措施纪律措施disciplinary method 维纪方法维纪方法disciplinary problem 纪律问题纪律问题discipline 纪律discipline 学科disclaim 放弃disclosure of self 内心表露discombobulate 扰乱discombobulating theory 困乱论困乱论discomfort 不舒适discomfort glare 不舒适眩光discomfort glare rating 不舒适眩光等级评定discomfort index 不舒适指数discomposure 不安disconfirmed expectancy 预期落空disconjunctive concept 选言概念disconnection syndrome 分离综合症disconnection theory 分离说disconsolate 忧郁的discontinuity 间断性discontinuity condition 不连续条件discontinuity hypothesis 非连续假说discontinuity theory 非连续论非连续论discontinuity theory of learning 非连续学习论discontinuous variable 离散型随机变量discontinuous volume 非连续容量discord 不和谐discordance 不一致性discounting principle 折扣原则discounting rule of attribution 归因折扣原则discouragement 沮丧discouraging 令人沮丧的令人沮丧的discourse 话语discourse analysis 话语分析话语分析discourteous 不礼貌的discourtesy 粗鲁行为discover 发现discovery learning 启发式学习discovery method 发现法discovery method of teaching 启发式教学法discovery procedure 发现程序发现程序discovery teaching method 启发式教学法discredit 怀疑discrepancy 不符合discrepancy 差距discrepancy score 差异分数discrete 不连续的discrete measure 间断量数discrete probability distribution 间断机率分布discrete stimulus 间断刺激discrete trial 个别试验discrete variable 分散变量discrete variable 间断变量discretization 离散化discrimeter 辨别计discriminability 辨别力discriminability index 辨别力指标discriminable 可辨别的discriminal dispersion 辨别离散discriminal process 辨别过程辨别过程discriminance 辨别法discriminant 判别式discriminant analysis discriminant function discriminant function discriminant validity 区分效度区分效度discriminate 区别discriminate against 歧视discriminated operant 辨别操作discriminating 辨别的discriminating power 鉴别力discrimination 辨别discrimination 歧视discrimination box 辨别箱discrimination examination 甄别考试discrimination factor 区别因素区别因子discrimination index 辨别指数辨别指数discrimination learning 辨别学习discrimination method 辨别法discrimination reaction 辨别反应discrimination time 辨别时间辨别时间discrimination training 辨别训练discriminational 歧视的discriminative cues 辨别线索辨别索discriminative power 辨别力discriminative reaction time 辨别反应时discriminative stimulus 辨别刺激discriminator 辨别者discriminatory 差别对待discriminatory analysis 识别分析discuss 讨论discussion 讨论discussion leader 议事领袖discussion method 讨论法discussion with pictures 看图谈话disdain 轻视disease 疾病disembosom 倾吐disengagement theory of aging 老年减少参与论disequilibration 不平衡disequilibrium 失衡disesteem 轻视disesthesia 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网膜不相称点disparate sensation 不同感官感觉disparity 差异dispassionate 平心静气的平心静气的dispatch 调度dispersed learning 分散学习分散学习dispersion 分散度dispersion 离中趋势dispersion of liability for guilt 罪责扩散dispersive 分散的dispersive process 分散过程分散过程dispersivity 分散性dispirited 没有精神的displace 移置displaced aggression 移置攻击移置攻击displaced aggression 转向攻击转向攻击displaced speech 移位言语displacement 移置作用displacement 转移displacement activitydisplacement behaviordisplacement of affectdisplacement of goal 目标换置目标换置displacement of role 角色代替角色代替displacement of visual movement 视动移位displacement threshold 运动距离阈display control compatibilitydisplay 显示display luminance 显示器亮度display model 显示模型display panel 显示仪表板显示仪表板display unit 显示器displays 显示器disposition 气质disposition 性情dispositional 素质上的dispositional attribution 素质归因disproportion 不相称disquietude 不安disregard 不理disrelish 不喜爱disrespect 无礼disruption 分裂disruptive behavior 破坏行为破坏行为disruptive behavior disorder 破坏行为疾病disruptive camouflage 破坏性伪装dissatisfaction 不满足dissatisfactory 令人不满的令人不满的dissatisfied 不满的dissatisfied factors 非满足因素dissected sentence testdissemble 掩饰dissent 异议disservice 危害dissimilarity coefficient 异化系数dissimilation 异化dissimulation 虚饰dissociated anesthesia 分离性感觉缺失dissociated learning 孤立学习孤立学习dissociated personality dissociation 分裂dissociation 离解dissociation anesthesia 分离性感觉缺失dissociation hysteria 分离性癔症dissociation theory 分离说dissociative 分裂的dissociative amnesia 离解失忆症dissociative disorder 解离性障碍dissociative histeria 解离性歇斯底里dissociative neurosis 解离型神经官能症dissociative pattern 解离模式解离模式dissociative reaction 解离反应解离反应dissociative type 解离型dissolute 无节制的dissolution 退化dissonance 不协调dissonance arousaldissonance reduction 失谐消减dissonance theory 失谐论dissonant information dissuasion 劝阻dissymmetry 不相称distal 末梢的distal 远的distal color 远色distal receptor 远距感受器远距感受器distal response 远反应distal stimulus 远刺激distal variable 远变量distance 距离distance assimilation 非邻近同化distance constancy 距离常性距离常性distance cues 距离线索distance depth cue 距离深度线索distance estimation 距离估计距离估计distance judgment 距离判断距离判断distance method 距离法distance of visual cognition 视认距离distance paradox 距离的矛盾distance perception 距离知觉距离知觉distance receptor 远距感受器distance sense 远距感觉distance vision 远距视觉distance zone 亲疏空间distant control 遥控distaste 厌恶distinction 差别distinctive competencies 独特资能distinctive feature 辨别属性辨别属性distinctive information 独特性信息distinctiveness 特殊性distinguish 区别distort 曲解distorted room 视物变形小屋distorted view 偏见distorted vision 斜视distortion 变相distortion 曲解distortion 失真distortion of reality 现实曲解现实曲解distortion of stimulus condition 刺激条件的改变distracter 误选项distractibility 分心作用distractibility 注意力分散注意力分散distractible 分心的distraction 分心distraction 扰乱distraction in communication 沟通的误解distraction item 扰乱项目distraction task 扰乱任务distraction technique 分心技术distractor 扰乱项目distractor 误选项distractor technique 扰乱项目法distress 苦恼distress call 苦难喊叫distressful 令人苦恼的distribute 分配distributed learning 分配学习分配学习distributed practice 分配练习分配练习distributed repetition 分配复习distributed thinking 分配思维分配思考distribution freedistribution free tests distribution 分布distribution curve 分配曲线distribution method 分布法distribution of attention 注意分配distribution of illumination 照明分布distribution of practice 练习分布distribution on curve distributional analysis distributive 分配的distributive education 职业教育distributive justice 分配公平分配公正distributive lattice 分配点阵分配点阵distributively 分配上地distributivitydistributor 分配者distributor 经销商distributor 配置器distrust 不信任disturb 困扰disturbance 障碍disturbance of association 联想障碍disturbance of consciousness 意识障碍disturbance of light sense 光觉障碍disturbance of memory disturbance of visual field 视野障碍disturbed children 失调儿童失调儿童disuse 失用disuse principle 失用原则disvolution 退化dither 发抖diurnal 昼夜的divergence 分散性divergence tendency 离中趋势离中趋势divergent association 发散联想divergent lines illusion 分散线条错觉divergent phenomenadivergent production 发散性生产divergent question 扩散性问题divergent thinking 扩散性思考diversiondiversion 导离diversion hypothesis 导离假设导离假设diversity 差异性diversity 多种性divertive play 娱乐性游戏娱乐性戏divided attention 分散注意divided attention method 分散注意法divided brain 分脑divided self 分裂自我divination 预言divination 占卜divine cure 心灵治疗diving accident 潜水事故division 分配division 1. general psychology 普通心理学division 10. psychology and the arts 心理学和艺术division 12. clinical psychology 临床心理学division 13. consulting psychology 顾问心理学division 14. society for industrial and organizational psychology 工业和组织心理学division 15. educational psychology 教育心理学division 16. school psychology 学校心理学division 17. counseling psychology 咨询心理学division 18. psychologists in public service 公共服务心理学者division 19. military psychology 军事心理学division 2. society for the teaching of psychology 心理学教学division 20. adult development and aging 成人发展和老年division 21. applied experimental and engineering psychologists 应用实验和工程心理学division 22. rehabilitation psychology 康复心理学division 23. society for consumer psychology 消费心理学division 24. theoretical and philosophical psychology 理论和哲学心理学division 25. experimental analysis of behavior 行为的实验分析division 26. history of psychology 心理学史division 27. society for community 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column tract 脊柱束dorsal horn 背角dorsal root 背根dorsal root ganglion 背根神经节dorsal spinocerebellar tract 脊髓小脑束dosage 剂量doso visual systemdossier 病历表册dot 职业分类典dotage 老年记忆衰退dote 昏愦dotted substance 点状物质dotting test 打点测验double aspect theorydouble blinddouble blind crossoverdouble blind experimentdouble blind interactiondouble blind proceduredouble blind researchdouble blind techniquedouble entry tabledouble frequency tabledouble loop learningdouble point aesthesiometerdouble 双重的double alternate method 双交替法double alternation problem 双次交替问题double approach avoidance conflict double bind child 双重约束儿童double bind interaction 双困互动double bind theory 双重约束理论double blind 双盲double blind experiment 双盲实验double blind procedure 双盲程序double characters of performer 演员的双重性格double consciousness 双重意识double depletion hypothesis 双重减液说double dissociation 双重分离双重分离double hermeneutics 双重释义双重诠释double image 双像double inheritance 双重遗传性double innervation 双重神经支配double interpretation illusion 双重译释错觉double pain 双重痛觉double personality 双重人格双重人格double reciprocal innervation 双重相反神经支配double representation 双重代表double sampling 双重抽样double self 双重自我double standard 双重标准double technique 双重技术double thinking 双重思维double vision 复视doubt 怀疑doubter 持怀疑态度者持怀疑态度者douce 文雅的doughtydower 天赋down s syndromedowney will temperament test 道内意志气质测验downward looking horizontal situation d downward communication 下行沟通downward mobility 趋下流动趋下流动dpadq 发展商数dq 衰退商数drama psychology 戏剧心理学drama therapy 戏剧治疗法戏剧治疗法dramatic 戏剧的dramatic conflicts 戏剧冲突dramatic entanglement 戏剧纠纷dramatic expression 戏剧表情戏剧表情dramatic feeling 戏剧感情dramatic play 表演游戏dramatic properties 戏剧性dramatic rhythm 戏剧节奏dramatic situation 戏剧性情境dramatic therapy 表演疗法dramatical 戏剧的dramaticism 戏剧性dramatization 戏剧化draw oneself up 控制自己drawing 绘画drawing apparatus 绘画器drawing completion test 绘画完成测验绘画完成测验drawing scale 绘画量表draw a horse test 画马测验draw a house test 绘屋测验draw a man test 画人测验draw a person test 画人测验draw a tree test 绘树测验dread 恐怖dreadful 可怕的dream series methoddream statedream 梦dream analysis 析梦dream association 忆梦联想dream censorship 梦的监察dream consciousness 梦的意识dream content 梦境dream content 梦之内容dream deprivation 梦境剥夺梦境剥夺dream determinant 梦之成因梦之成因dream ego 梦中自我dream instigator 梦之缘起dream interpretation 梦的解释梦之解析dream interpretation 释梦dream recall 梦境回忆dream symbol 梦的象征dream symbolism 析梦象征主义dream wish fulfillmentdream wish 梦愿dream work 梦工作dream world 梦想世界dreamboat 理想人物dreamer 梦想家dreamful 多梦的dreaming sleepdreamland 梦境dreamless 无梦的dreamless sleep 无梦睡眠dreamlife 醉生dreamlike 梦幻的dreamscape 梦幻景象dreamy 恍惚的dreamy state 梦样状态dressing apraxia 衣着运用不能drift 演变drill 训练drinker 嗜酒者drinking 饮drinking drive behavior 酒后驾驶行为drive inducing operationdrive oriented behaviordrive reduction hypothesis drive reduction theorydrive 内驱力drive arousal 驱力激发状态drive arousal stimulus 驱力激发刺激drive conversion 驱力转向drive descending theory 内驱力降低说drive displacement 驱力移置驱力移置drive primary 原始驱欲drive psychology 内驱力心理学drive reduction 驱力减低drive reduction hypothesis 驱力减低假说drive secondary 次级驱欲drive simulator 驾驶模拟器驾驶模拟器drive specificity 驱力定向drive state 驱力状态drive stimulus 驱力刺激driver 驾驶员driver characteristics 驾驶员特性driver education 驾驶员教育driver judgment 驾驶员判断driver license testing 司机执照考试driving behavior 驾驶行为driving environment 驾驶环境驾驶环境driving force 驱动力drl 延迟反应学习dromitropic 影响传导的dromitropic action 影响传导作用dromogram 血流速度描记图dromomania 漫游狂dromophobia 恐奔跑症droop 衰颓drop outdrop quizzesdrop recorder 记滴器dropouts 退学drowse 打瞌睡drowsiness 困倦drowsy wave 欲睡波drug dependent insomniadrug rehabilitationdrug takingdrug 药物drug abuse 药物滥用drug addiction 药物成瘾drug dependence 药物依赖drug education 反吸毒教育反吸毒教育drug habituation 服药习惯化drug holiday 药物假期drug induced hallucination 药致幻觉drug influence 药物效应drug intoxication 药物中毒drug overdose 服药过量drug problem 吸毒问题drug psychosis 药物中毒性精神病drug synergism 药物合并效果drug therapy 药物疗法drug tolerance 耐药性drug withdrawal 停药drugs 毒品drumhead 鼓膜drunken 酒醉的dry bulb temperancedry climate 乾燥气候ds 驱力刺激驱力刺激ds 去同步睡眠dtps 弥散性丘脑皮层投射系统dual code hypothesisdual leadership therapydual memory theorydual sex therapydual 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久暂duration of diapause 滞育时间滞育时间duration of impulse 脉冲宽度脉宽度duration of sunshine 日照时间日照时间duration of vision 视觉持续时间duration sampling 时限抽样duress 强迫duret s lesiondurrell analysis of reading difficulty 杜雷尔阅读困难分析durrell listening reading series 杜雷尔听读系列dusky 忧郁的dust 灰尘duteous 忠实的duty 责任dv 因变量dvorine color vision test 德氏颜色视觉测验dwarf 侏儒dwarfism 侏儒症dyad 双方dyadic conflict 双方冲突dyadic interaction 双方相互作用dyadic interorganizational relationship 双方组织间关系dynameter 肌力计dynamic 动力的dynamic action of food 食物的动力作用dynamic analysis 动力分析dynamic balance 动态平衡dynamic behavior 能动行为dynamic crossroads 动力抉择点dynamic data 动态资料dynamic display 动态显示器dynamic effect 动态影响dynamic equilibriumdynamic graphic display 动态图示显示器dynamic lattice 动力方格dynamic logic 动力逻辑dynamic material 活动教材dynamic model 动态模型dynamic network 动态网络dynamic organization 动态组织dynamic perception 动力知觉动力知觉dynamic programming 动态规划dynamic psychiatry 动力精神病学dynamic psychology 动力心理学dynamic resignation 主动型退避dynamic roadway displays 动态路面显示器dynamic selection 动态选择dynamic 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离散标准化

离散标准化

离散标准化
离散标准化(Discretization)是计算机科学领域中一种常用的数据处理方法,它的目的是将连续的数值变量转化为离散的类别变量。

所谓的离散变量是指只能取有限个值的变量,而连续变量则指可取无穷多个值的变量。

离散标准化可以改善计算机处理数据的能力,它可以将连续变量转换成离散变量,从而减小特征空间的大小,减少不必要的计算,提高运算效率。

此外,由于离散变量使用起来比连续变量更为方便,而且较为容易解释,因此,离散标准化往往也用于实现业务目标。

离散标准化的基本步骤为:首先,确定离散的值的范围;其次,将连续变量的原始值根据范围划分为不同的类别;第三,统计每个类别的频率;最后,根据统计的频率,将连续变量的原始值转换为离散变量,即有限类别变量。

在离散标准化过程中,值域划分至关重要。

广义上有两种划分方法:等宽划分法和等频划分法。

等宽划分法是指将连续变量的值域划分为等宽的多个区间,每个区间的范围相同,构造出有限个离散值。

等频划分法是指将连续变量的值域划分为等频的多个类别,每个类别的频率是相同的,从而构造出有限个离散值。

等宽划分法更多的是针对变量的分布比较均匀的情况,若原始变量分布不均匀,则等频划分法更加合适。

离散标准化是一种有效的数据处理方法,它既可以提高计算机处理数据的性能,又可以更好地实现业务目标。

在离散标准化的过程中,
值域划分至关重要,针对不同的变量分布情况,要正确选择适合的划分方法,以保证离散标准化的效果最大化。

矩阵离散化公式

矩阵离散化公式

矩阵离散化公式离散化(discretization)是指将连续型数据转化为离散型数据的过程。

在机器学习和数据分析中,离散化是一个常用的数据预处理技术,可以用于数据压缩、特征选择、分类和聚类等任务。

离散化的目的是将连续型数据转化为一组有限的数值或者符号,以便更好地理解和分析数据。

离散化的公式采用了不同的方法和技术,下面介绍几种常见的离散化方法及其公式:1.等宽离散化(Equal-Width Discretization):等宽离散化是将数据按照等宽的间隔进行划分。

其中,最小值和最大值之间的范围被平均分为n个区间(或者箱子),每个区间的宽度相等。

等宽离散化公式:bin_width = (max_value - min_value) / nbin_labels = [min_value + i * bin_width for i in range(n)]discrete_value = bin_labels[index]2.等频离散化(Equal-Frequency Discretization):等频离散化是将数据按照等频率的方式进行划分。

其中,数据被按照频率从高到低排序,然后根据分位数进行划分为n个区间,每个区间包含相同数量的数据。

等频离散化公式:n=数据总数bin_size = n / kbin_boundaries = [sorted_data[int(i * bin_size)] for i in range(k)]discrete_value = bin_boundaries[index]3. 基于卡方统计量的离散化(Chi-Square Discretization):基于卡方统计量的离散化是一种基于统计假设检验的方法,通过最大化卡方统计量来确定划分的边界。

该方法可以根据数据的分布情况找到最佳的划分点。

基于卡方统计量的离散化公式:chi_square = (O - E)^2 / EO:实际观测值E:期望观测值4. 基于信息熵的离散化(Entropy Discretization):基于信息熵的离散化是一种度量数据不确定性的方法,通过最小化划分后的熵来确定最佳的划分边界。

有限元离散

有限元离散

有限元离散
有限元离散(Finite Element Discretization)是一种将连续物理
问题转化为离散形式的方法。

它是求解偏微分方程的经典数值解法之一。

在有限元离散中,将求解区域分割为有限数量的小单元,并在每个小单元上定义一个近似解。

通过在每个小单元上建立基函数,将连续解近似表示为这些基函数的线性组合。

然后,通过在整个求解区域上组装这些小单元的近似解,得到整个问题的离散形式。

最后,使用数值方法求解得到离散问题的解。

有限元离散方法的关键步骤包括:
1. 网格划分:将求解区域划分为小单元,常用的网格包括三角形和四边形网格。

2. 建立基函数:在每个小单元上选取适当的基函数,并通过选取基函数的系数来近似表示解。

3. 建立离散形式:将原问题转化为离散形式,通常是通过将原问题乘以一个测试函数,并在整个求解区域上积分得到离散形式。

4. 组装和求解:将离散形式在整个求解区域上组装,并通过数值方法求解得到离散问题的解。

5. 后处理:对求解结果进行分析、可视化和评估。

有限元离散方法在工程、物理学和计算机图形学等领域广泛应用,常用于求解结构力学、流体力学、电磁场等各种物理问题。

矩阵离散化公式

矩阵离散化公式

矩阵离散化公式离散化(Discretization)是一种将连续化数据转换为离散数据的过程。

在矩阵计算中,离散化可以用于处理连续数据,使其适用于离散方法的应用。

本文将从介绍离散化的基本概念开始,然后讨论常见的离散化方法,并介绍离散化的公式。

离散化的基本概念是将连续数据转换为一组离散的数值或类别。

离散化可以通过将连续数据分割成若干区间,然后将每个数据点映射到与其对应的区间来实现。

离散化的目的是简化数据的计算和分析,以及减少数据的噪音和复杂性。

常见的离散化方法包括等宽离散化、等频离散化和聚类离散化。

等宽离散化是指将数据分割成相等宽度的区间。

具体来说,可以将数据的最小值和最大值之间的范围等分成指定数量的区间,然后将数据映射到对应的区间。

等宽离散化的公式如下所示:```区间宽度=(最大值-最小值)/区间数量区间编号=(数据值-最小值)/区间宽度```等频离散化是指将数据分割成相等数量的区间。

具体来说,可以计算出数据的分位数,并将分位数作为分割点,将数据映射到对应的区间。

等频离散化的公式如下所示:```区间数量=总数据数量/区间数量区间编号=数据的秩/区间数量```聚类离散化是指使用聚类算法将数据分割成若干个簇。

具体来说,可以使用聚类算法(如K均值算法或层次聚类算法)将数据点归类到不同的簇中,然后将每个数据点映射到与其对应的簇。

聚类离散化的公式如下所示:```聚类算法```除了上述方法,还有其他一些离散化方法,如基于决策树的离散化和基于关联规则的离散化。

总结起来,离散化是将连续数据转换为离散数据的过程。

常见的离散化方法包括等宽离散化、等频离散化和聚类离散化。

离散化的公式可以根据具体的方法选择相应的计算方式。

离散化可以简化数据的计算和分析,以及减少数据的噪音和复杂性,是矩阵计算中常用的处理连续数据的方法之一。

差分方程和差分方程组的求解方法

差分方程和差分方程组的求解方法

差分方程和差分方程组的求解方法差分方程(difference equation)是一类离散时间的数学方程,它的形式是$$f(x_{n}) = g(x_{n-1},x_{n-2},\dots,x_{n-k})$$其中,$f$ 和 $g$ 是给定的函数,$x_n$ 表示第 $n$ 个时间点上的值,$k$ 是差分方程的阶数。

差分方程可以看做是差分格式(discretization scheme)的离散时间版本,它在数学建模中有着广泛的应用,特别是在自然科学、工程科学和金融学等领域。

在实际问题中,常常会遇到包含多个变量的复杂差分关系,这时候就需要考虑差分方程组(difference equation system),它可以写成如下形式:$$\mathbf{x}_n = \mathbf{g}(\mathbf{x}_{n-1},\mathbf{x}_{n-2},\dots,\mathbf{x}_{n-k})$$其中,$\mathbf{x}_n$ 是一个 $m$ 维列向量,表示第 $n$ 个时间点上所有变量的取值,$\mathbf{g}$ 是一个$m$ 维列向量函数,它的每个分量 $g_i$ 表示与 $\mathbf{x}$ 的第 $i$ 个分量有关的函数。

如果差分方程组是非线性的,那么它的求解通常需要使用数值方法,比如欧拉法(Euler method)、龙格-库塔方法(Runge-Kutta method)、辛普森法(Simpson's rule)等数值积分方法。

接下来我们将介绍这些常用的求解方法。

欧拉法欧拉法(Euler method)是一种初值问题的数值解法,它的核心思想是将连续的问题离散化,然后用迭代的方式在离散时间上逐步逼近真实解。

对于一阶差分方程$$y_n = f(y_{n-1},t_{n-1},\Delta t)$$欧拉法的迭代公式可以写成如下形式:$$y_{n+1} = y_n + \Delta t f(y_n,t_n,\Delta t)$$其中,$\Delta t$ 表示时间间隔,它可以取足够小的正数以保证求解精度。

discretization method

discretization method

discretization method
离散化方法是将连续型数据在给定精度的情况下转换为离散型数
据的过程。

离散化方法主要应用于数据挖掘、机器学习以及特征工程
等领域中。

离散化方法的主要目的是简化数据计算、降低数据存储需
求和提高算法性能。

离散化方法通常有两种:等宽离散化和等频离散化。

等宽离散化
是指将数据按照一定步长进行分段,每一段的取值范围相同。

例如,
将年龄数据按照10岁一个步长进行分段,年龄分为0-9岁、10-19岁、20-29岁等等。

等频离散化是指将数据按照一定比例进行分段,使每段中的数据占据总数据的比例相同。

例如,假设将100个数分成10个等份,则每个份中有10个数,相应地按照数据的大小进行排序即可。

离散化方法的主要优点是简单易用,并且可减少计算复杂度和存
储空间。

但是,离散化方法常常可能会导致数据信息的丢失,对数据
的精度和准确性造成影响。

因此,在使用离散化方法时,我们需要考
虑数据的特点和实际需求,适时地运用离散化方法,从而获得更好的
数据处理效果。

总的来说,离散化方法是一种在数据处理和分析中非常常用的方法。

离散化方法能够降低数据处理的难度,从而提高算法的性能和数
据分析的效能。

对于想要进行数据挖掘、机器学习等领域中的数据处
理和分析工作的从业者来说,掌握离散化方法是非常必要的技能。

南开大学光学工程专业英语重点词汇汇总

南开大学光学工程专业英语重点词汇汇总

光学专业英语部分refraction [rɪˈfrækʃn]n.衍射reflection [rɪˈflekʃn]n.反射monolayer['mɒnəleɪə]n.单层adj.单层的ellipsoid[ɪ'lɪpsɒɪd]n.椭圆体anisotropic[,ænaɪsə(ʊ)'trɒpɪk]adj.非均质的opaque[ə(ʊ)'peɪk]adj.不透明的;不传热的;迟钝的asymmetric[,æsɪ'metrɪk]adj.不对称的;非对称的intrinsic[ɪn'trɪnsɪk]adj.本质的,固有的homogeneous[,hɒmə(ʊ)'dʒiːnɪəs;-'dʒen-] adj.均匀的;齐次的;同种的;同类的,同质的incidentlight入射光permittivity[,pɜːmɪ'tɪvɪtɪ]n.电容率symmetric[sɪ'metrɪk]adj.对称的;匀称的emergentlight出射光;应急灯.ultrafast[,ʌltrə'fɑ:st,-'fæst]adj.超快的;超速的uniaxial[,juːnɪ'æksɪəl]adj.单轴的paraxial[pə'ræksɪəl]adj.旁轴的;近轴的periodicity[,pɪərɪə'dɪsɪtɪ]n.[数]周期性;频率;定期性soliton['sɔlitɔn]n.孤子,光孤子;孤立子;孤波discrete[dɪ'skriːt]adj.离散的,不连续的convolution[,kɒnvə'luːʃ(ə)n]n.卷积;回旋;盘旋;卷绕spontaneously:[spɒn'teɪnɪəslɪ] adv.自发地;自然地;不由自主地instantaneously:[,instən'teinjəsli]adv.即刻;突如其来地dielectricconstant[ˌdaiiˈlektrikˈkɔnstənt]介电常数,电容率chromatic[krə'mætɪk]adj.彩色的;色品的;易染色的aperture['æpətʃə;-tj(ʊ)ə]n.孔,穴;(照相机,望远镜等的)光圈,孔径;缝隙birefringence[,baɪrɪ'frɪndʒəns]n.[光]双折射radiant['reɪdɪənt]adj.辐射的;容光焕发的;光芒四射的; photomultiplier[,fəʊtəʊ'mʌltɪplaɪə]n.[电子]光电倍增管prism['prɪz(ə)m]n.棱镜;[晶体][数]棱柱theorem['θɪərəm]n.[数]定理;原理convex['kɒnveks]n.凸面体;凸状concave['kɒnkeɪv]n.凹面spin[spɪn]n.旋转;crystal['krɪst(ə)l]n.结晶,晶体;biconical[bai'kɔnik,bai'kɔnikəl] adj.双锥形的illumination[ɪ,ljuːmɪ'neɪʃən] n.照明;[光]照度;approximate[ə'prɒksɪmət] adj.[数]近似的;大概的clockwise['klɒkwaɪz]adj.顺时针方向的exponent[ɪk'spəʊnənt;ek-] n.[数]指数;even['iːv(ə)n]adj.[数]偶数的;平坦的;相等的eigenmoden.固有模式;eigenvalue['aɪgən,væljuː]n.[数]特征值cavity['kævɪtɪ]n.腔;洞,凹处groove[gruːv]n.[建]凹槽,槽;最佳状态;惯例;reciprocal[rɪ'sɪprək(ə)l]adj.互惠的;相互的;倒数的,彼此相反的essential[ɪ'senʃ(ə)l]adj.基本的;必要的;本质的;精华的isotropic[,aɪsə'trɑpɪk]adj,各向同性的;等方性的phonon['fəʊnɒn]n.[声]声子cone[kəʊn]n.圆锥体,圆锥形counter['kaʊntə]n.柜台;对立面;计数器;cutoff['kʌt,ɔːf]n.切掉;中断;捷径adj.截止的;中断的cladding['klædɪŋ]n.包层;interference[ɪntə'fɪər(ə)ns]n.干扰,冲突;干涉borderline['bɔːdəlaɪn]n.边界线,边界;界线quartz[kwɔːts]n.石英droplet['drɒplɪt]n.小滴,微滴precision[prɪ'sɪʒ(ə)n]n.精度,[数]精密度;精确inherently[ɪnˈhɪərəntlɪ]adv.内在地;固有地;holographic[,hɒlə'ɡræfɪk]adj.全息的;magnitude['mægnɪtjuːd]n.大小;量级;reciprocal[rɪ'sɪprək(ə)l]adj.互惠的;相互的;倒数的,彼此相反的stimulated['stimjə,letid]v.刺激(stimulate的过去式和过去分词)cylindrical[sɪ'lɪndrɪkəl]adj.圆柱形的;圆柱体的coordinates[kəu'ɔ:dineits]n.[数]坐标;external[ɪk'stɜːn(ə)l;ek-]n.外部;外观;scalar['skeɪlə]n.[数]标量;discretization[dɪs'kriːtaɪ'zeɪʃən]n.[数]离散化synthesize['sɪnθəsaɪz]vt.合成;综合isotropy[aɪ'sɑtrəpi]n.[物]各向同性;[物]无向性;[矿业]均质性pixel['pɪks(ə)l;-sel]n.(显示器或电视机图象的)像素(passive['pæsɪv]adj.被动的spiral['spaɪr(ə)l]n.螺旋;旋涡;equivalent[ɪ'kwɪv(ə)l(ə)nt]adj.等价的,相等的;同意义的; transverse[trænz'vɜːs;trɑːnz-;-ns-]adj.横向的;横断的;贯轴的;dielectric[,daɪɪ'lektrɪk]adj.非传导性的;诱电性的;n.电介质;绝缘体integral[ˈɪntɪɡrəl]adj.积分的;完整的criteria[kraɪ'tɪərɪə]n.标准,条件(criterion的复数)Dispersion:分散|光的色散spectroscopy[spek'trɒskəpɪ]n.[光]光谱学photovoltaic[,fəʊtəʊvɒl'teɪɪk]adj.[电子]光电伏打的,光电的polar['pəʊlə]adj.极地的;两极的;正好相反的transmittance[trænz'mɪt(ə)ns;trɑːnz-;-ns-] n.[光]透射比;透明度dichroic[daɪ'krəʊɪk]adj.二色性的;两向色性的confocal[kɒn'fəʊk(ə)l]adj.[数]共焦的;同焦点的rotation[rə(ʊ)'teɪʃ(ə)n]n.旋转;循环,轮流photoacoustic[,fəutəuə'ku:stik]adj.光声的exponential[,ekspə'nenʃ(ə)l]adj.指数的;fermion['fɜːmɪɒn]n.费密子(费密系统的粒子)semiconductor[,semɪkən'dʌktə]n.[电子][物]半导体calibration[kælɪ'breɪʃ(ə)n]n.校准;刻度;标度photodetector['fəʊtəʊdɪ,tektə]n.[电子]光电探测器interferometer[,ɪntəfə'rɒmɪtə]n.[光]干涉仪;干涉计static['stætɪk]adj.静态的;静电的;静力的;inverse相反的,反向的,逆的amplified['æmplifai]adj.放大的;扩充的horizontal[hɒrɪ'zɒnt(ə)l]n.水平线,水平面;水平位置longitudinal[,lɒn(d)ʒɪ'tjuːdɪn(ə)l;,lɒŋgɪ-] adj.长度的,纵向的;propagate['prɒpəgeɪt]vt.传播;传送;wavefront['weivfrʌnt]n.波前;波阵面scattering['skætərɪŋ]n.散射;分散telecommunication[,telɪkəmjuːnɪ'keɪʃ(ə)n] n.电讯;[通信]远程通信quantum['kwɒntəm]n.量子论mid-infrared中红外eigenvector['aɪgən,vektə]n.[数]特征向量;本征矢量numerical[njuː'merɪk(ə)l]adj.数值的;数字的ultraviolet[ʌltrə'vaɪələt]adj.紫外的;紫外线的harmonic[hɑː'mɒnɪk]n.[物]谐波。

bining算法 分箱算法

bining算法 分箱算法

bining算法分箱算法什么是分箱算法(Binning Algorithm)?分箱算法,又称为离散化(Discretization)算法,是一种数据预处理方法。

在实际应用中,我们经常会遇到连续性数据,例如年龄、收入等。

然而,有些机器学习算法对连续数据表现并不理想,这时候分箱算法就可以帮助我们将连续数据转化为离散数据,以提高算法的性能。

分箱算法的主要思想是将连续数据划分成不同的范围,每个范围称为一个箱子(Bin),然后将原始数据映射到对应的箱子中。

通过这种方式,我们有效地将连续的数据转化为离散的数据。

为什么需要使用分箱算法?在机器学习模型中,连续数据的处理需要更多的计算资源和时间。

此外,有些机器学习算法对离散数据有更好的表现,因为离散数据可以更好地揭示特征之间的关联。

另外,分箱算法还可以解决异常值的问题,将其归为特定的箱子中,这样可以避免异常值对模型的影响。

分箱算法的步骤是什么?分箱算法主要包括以下几个步骤:1. 选择合适的分箱方式:分箱算法有多种方式,最常见的方式包括等宽分箱(Equal-width Binning)和等频分箱(Equal-frequency Binning)。

等宽分箱将数据根据指定的分组数量等分成多个箱子,而等频分箱则将数据分成每个箱子内包含近似数量的数据。

2. 对原始数据进行排序:首先,对连续数据进行升序或降序排序,以便后续的分箱操作。

3. 计算分割点:依照所选择的分箱方式,根据已排序的原始数据计算分箱的分割点。

等宽分箱中,每个分割点的间距相等;等频分箱中,每个分割点的数据数量相等。

4. 进行数据映射:将原始数据根据分割点映射到对应的箱子中。

可以采用线性映射或者非线性映射的方式。

5. 数据离散化:将原始数据替换为所映射到的箱子的标签。

这样,连续数据就转化为了离散数据。

6. 可选步骤:根据分析需求,还可以对分箱后的数据进行一些进一步的处理,如特殊值的处理、缺失值的处理等。

分箱算法应该如何选择?在选择分箱算法时,需要考虑以下几个因素:1. 数据分布:了解数据的分布情况对于选择合适的分箱算法非常重要。

函数的离散化数组

函数的离散化数组

函数的离散化数组函数的离散化(Discretization)是指将连续型数据转换为离散型数据的过程。

在实际应用中,我们常常会遇到一些连续型的数据,但是在数据分析、机器学习等领域中,往往需要将其转换为离散型数据,以便更好地进行统计分析或建立模型。

离散化可以使得原始数据更易于理解和处理。

离散化的方法有很多种,下面介绍几种常用的离散化方法。

1.等宽离散化(Equal Width)等宽离散化是将连续型数据按照一些固定的宽度划分成若干个区间。

具体步骤如下:-选择一个合适的宽度w,表示每个区间的数据范围;- 计算连续型数据的最小值min和最大值max;- 根据最小值和最大值计算区间个数n,n = (max - min) / w;- 按照区间个数n划分出n个等宽的区间,每个区间的范围为[min+k*w, min+(k+1)*w),其中k=0,1,...,n-1等宽离散化的优点是简单易实现,缺点是对异常值敏感。

2.等频离散化(Equal Frequency)等频离散化是将连续型数据按照相同的频数划分成若干个区间。

具体步骤如下:-选择一个合适的划分数n,表示要将数据分成n个区间;-按照划分数n将数据排序,分为n份;-每份的数据数量应尽可能相等;-按照每份的最大值和最小值划分出n个区间。

等频离散化的优点是能够处理异常值,缺点是可能将相似的数据划分到不同的区间。

3. 基于聚类的离散化(Clustering)基于聚类的离散化是将连续型数据按照聚类的结果进行划分。

具体步骤如下:- 选择一个合适的聚类算法,如K-means、DBSCAN等;基于聚类的离散化的优点是可以充分利用数据的内在结构,缺点是对初始参数的设置比较敏感。

离散化的应用广泛,其中一个重要的应用是决策树算法。

在决策树算法中,连续型数据的离散化可以将其转换为离散型数据,使得决策树的构建和计算更加高效。

此外,离散化还可以用于特征工程,通过将连续型数据进行离散化处理,可以将其转换为类别型特征,提高模型的表达能力。

欧拉隐式时间离散法

欧拉隐式时间离散法

欧拉隐式时间离散法全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:欧拉隐式时间离散法是一种数值计算方法,用于求解偏微分方程的时间演化过程。

在数学和工程领域中,偏微分方程是描述自然现象或工程问题中的变化过程的重要数学工具。

其中的时间演化过程通常是个关键环节,难以直接进行解析求解。

数值计算方法成为一种有效的工具,能够模拟这些复杂的时间演化过程。

欧拉隐式时间离散法是数值计算中常用的一种方法之一。

它通过将时间方向上的变化进行离散,将偏微分方程转化为一个差分方程的问题,进而利用计算机进行求解。

相比于显式时间离散法,欧拉隐式时间离散法更加稳定,适用范围更广。

在欧拉隐式时间离散法中,时间步长被划分为若干小时间步长,每个小时间步长内系统的状态根据上一个时间步长来进行迭代更新。

关键的是,在每一个小时间步长内,系统的状态必须通过解一个线性或者非线性方程来完成。

这个方程通常需要使用数值算法,比如迭代法或者牛顿法来求解。

具体来说,对于一个偏微分方程的时间离散过程,欧拉隐式时间离散法可以表示为如下形式:\frac{u^{n+1} - u^{n}}{\Delta t} = F(u^{n+1}, t^{n+1})u^{n} 表示系统在时间步n 的状态,u^{n+1} 表示系统在时间步n+1 的状态,\Delta t 为时间步长,F 表示系统状态的演化函数。

通过解上述方程,可以求得系统在下一个时间步的状态。

欧拉隐式时间离散法的优势在于它的稳定性。

由于系统状态在每一个小时间步长内是通过解一个方程来求得的,因此可以保证解的稳定性和收敛性。

这使得欧拉隐式时间离散法在求解高度非线性、复杂的偏微分方程时具有一定的优势。

欧拉隐式时间离散法也存在着一些缺点。

对于某些非线性方程,求解过程可能会十分复杂,导致计算量较大。

由于隐式方法需要在每一个时间步长内进行求解,计算速度可能会比显式方法慢一些。

第二篇示例:欧拉隐式时间离散法是一种常用的数值计算方法,用于求解偏微分方程的数值解。

线性三角元离散

线性三角元离散

线性三角元离散线性三角元离散(LinearTriangleDiscretization,简称LTD)是数值代数中最常用的基本格式之一。

它以三角形为单元,在每个三角形内部用三角函数进行数值离散,并且可以非常高效地解决微分方程组。

线性三角元离散方法由美国统计物理学家Rodney F. Smith和L.R. Scott在1986年首次提出,是现今最普遍的数值代数格式。

线性三角元离散的精度和效率线性三角元离散技术的精度和效率相当高,可以满足大多数应用场合的要求。

基本原理是在每一个三角形内,使用线性三角型离散,利用三角函数将微分方程重新写成一个三次多项式,进行离散。

由于使用线性三角型,离散之后的数据可以经过简单的矩阵运算,计算出结果。

线性三角元离散的优点线性三角元离散的优点在于精度高、速度快,并且可以应用在各种不同的斜率地形或者高度地形中。

由于使用的是线性三角型,所以可以计算出更加精确的结果。

此外,该方法还可以用于计算地形的延伸面,在实现非法和椭球形的空间投影工作时非常有用。

线性三角元离散的应用线性三角元离散主要应用在数值代数和地理信息系统中,用来计算地形或有限元空间中的微分方程组。

由于地理信息系统中地形的高度、斜率等有着复杂的变化,必须使用LTD方法来准确计算出相关数据。

而在数值代数中,LTD可以用于解决各种复杂的微分方程组,使其有更高的精度和效率。

线性三角元离散的未来发展作为一种熟悉的数值代数技术,LTD在应用范围很广,今后可能会得到更多的发展。

除了用于数值代数和地理信息系统中,LTD还可以用于航空航天、计算机图形学等领域,用于模拟复杂的场景和模型。

此外,随着计算机技术的发展,模拟方面的应用也越来越多,LTD的发展也会越来越快。

结论线性三角元离散是数值代数和地理信息系统中最常用的基本格式之一,能够快速准确的求解复杂的微分方程组,并且有着很高的精度和效率。

这种技术的应用领域不只限于数值代数和地理信息系统,还可以扩展到航空航天、计算机图形学和模拟方面,将发挥更大的作用。

数据变换策略范文

数据变换策略范文

数据变换策略范文数据变换是指将原始数据按照一定的规则进行处理,以便更好地揭示数据的内在规律和特性。

在数据分析和机器学习中,数据变换是非常重要的一步,可以帮助我们发现隐藏在数据中的信息、减少噪声和异常值的影响、处理缺失数据以及提高模型的性能。

本文将介绍一些常用的数据变换策略。

1. 标准化(Normalization)标准化是指将数据按照一定比例缩放,使之落入一个特定的范围内。

常见的标准化方法包括将数据减去均值,然后除以数据的标准差,使数据满足均值为0,标准差为1的正态分布。

2. 归一化(Min-Max Scaling)归一化是指将数据按照最小值和最大值进行线性变换,使之落入[0, 1]的区间内。

这种方法可以将不同量纲的数据进行比较,适用于一些要求特征值在一定范围内的算法,如K-means聚类和神经网络。

3. 对数变换(Logarithmic Transformation)对数变换是将数据取对数,可以将数据的指数增长变为线性增长。

这对于偏态分布的数据可以有效降低其偏度,并使其更加服从正态分布。

对数变换常用于处理数据的长尾分布,如收入、房价等。

4. 平方根变换(Square Root Transformation)平方根变换是将数据取平方根,可以使数据的变化幅度变小。

这对于幅度较大的数据可以降低其方差,使其更加稳定。

平方根变换常用于时间序列数据和计数数据。

5. Box-Cox变换Box-Cox变换是一种参数化的变换方法,可以通过最大似然估计来寻找最优的参数。

它可以将数据从非正态分布转换为更接近正态分布的分布。

Box-Cox变换可应用于正数据、负数据和零数据。

6. 离散化(Discretization)离散化是将连续型数据转换为离散型数据的过程。

离散化可以帮助我们处理连续型数据的不确定性和复杂性,减少数据维度,并能够更好地应用一些算法,如决策树和关联规则挖掘。

7. 独热编码(One-Hot Encoding)独热编码是将分类变量转换为二进制向量的表示方法。

CFD离散格式

CFD离散格式

CFD离散格式discretization插值方式常称为离散格式。

中心差分格式central differencing scheme:就是界面上的物理量采用线性插值公式来计算,即取上游和下游节点的算术平均值。

它是条件稳定的,在网格Pe数小于等于2时稳定。

在不发生振荡的参数范围内,可以获得较准确的结果。

如没有特殊声明,扩散项总是采用中心差分格式来进行离散。

一阶迎风格式first order upwind scheme: 即界面上的未知量恒取上游节点(即迎风侧节点)的值。

这种迎风格式具有一阶截差,因此叫一阶迎风格式。

无论在任何计算条件下都不会引起解的振荡,是绝对稳定的。

但是当网格Pe数较大时,假扩散严重,为避免此问题,常需要加密网格。

研究表明,在对流项中心差分的数值解不出现振荡的参数范围内,在相同的网格节点数条件下,采用中心差分的计算结果要比采用一阶迎风格式的结果误差小。

混合格式hybrid scheme:综合了中心差分和迎风作用两方面的因素,当|Pe|<2时,使用具有二阶精度的中心差分格式;当|Pe|>=2时,采用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式。

该格式综合了中心差分格式和一阶迎风格式的共同的优点,其离散系数总是正的,是无条件稳定的。

计算效率高,总能产生物理上比较真实的解,但缺点是只有一阶精度。

指数格式exponential scheme和乘方格式power-law scheme:绝对稳定,主要适用于无源项的对流-扩散问题。

对有非常数源项的场合,当Pe数较高时有较大误差。

二阶迎风格式:二阶迎风格式与一阶迎风格式的相同点在于,二者都通过上游单元节点的物理量来确定控制体积界面的物理量。

但二阶格式不仅要用到上游最近一个节点的值,还有用到另一个上游节点的值。

它可以看作是在一阶迎风格式的基础上,考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率影响。

在二阶迎风格式中,只有对流项采用了二阶迎风格式,而扩散项仍采用中心差分格式。

1离散化方法

1离散化方法

1离散化方法离散化(Discretization)是将连续变量分组或转化为离散的类别变量的过程。

在实际应用中,离散化是数据预处理的一个重要步骤,它可以帮助我们分析数据、发现规律和构建模型。

下面将介绍一些常用的离散化方法。

1.等宽离散化(Equal Width Discretization)等宽离散化是将数据按照指定的宽度划分为多个区间的方法。

该方法首先确定划分的区间个数n,然后计算数据的最小值min和最大值max,最后通过如下公式计算每个区间的宽度width:width = (max - min) / n可以根据width的值,将数据划分为等宽的n个区间。

2.等频离散化(Equal Frequency Discretization)等频离散化是将数据按照指定的频率划分为多个区间的方法。

该方法首先确定划分的区间个数n,然后将数据排序,并计算每个区间的频率threshold,即threshold = 数据总数 / n。

然后根据threshold的值,将数据按照频率划分为n个区间。

如果一些区间中的数据数量小于threshold,可以将其归并到前一个区间。

3. 基于聚类的离散化(Clustering-based Discretization)基于聚类的离散化是利用聚类算法(如K-means)将数据分成多个簇的方法。

该方法首先确定划分的区间个数n,然后使用聚类算法将数据分成n个簇。

每个簇表示一个区间,其中的数据归为该区间。

4. 基于决策树的离散化(Decision Tree-based Discretization)基于决策树的离散化是利用决策树算法将连续变量分割为多个离散的类别的方法。

该方法将连续变量作为目标变量,利用决策树算法进行分割,可以根据不同的分割点产生不同的类别。

最终可以得到一个决策树模型,将连续变量划分为多个离散的类别。

5. 基于频率的离散化(Frequency-based Discretization)基于频率的离散化是将连续变量划分为多个离散的类别,使得每个类别中的数据数量相似。

drop方法

drop方法

drop方法Drop方法是一种用于数据科学和机器学习中的数据预处理工具,用于分析和处理数据集中的异常值或离群值。

在实际应用中,常常存在数据中存在一些与正常规律不符的异常值或离群值,这些数据可能是录入错误、测量偏差、交易欺诈等原因导致的。

这些异常值如果不进行处理,可能会对模型的训练和预测产生负面影响,需要使用Drop方法将这些异常数据从数据集中删掉。

Drop方法是Python语言中的一种数据预处理函数,可以用于从DataFrame中删除给定行或列。

该方法使用的参数为labels,它可以接受一个标签列表、一个标签数组、一个标签切片或者一个布尔数组。

使用Drop方法删除指定行或列之后,原有的数据集并不会被修改,而是会返回一个新的数据集。

在使用Drop方法前,需要先导入所需的库。

在Python中,使用Pandas库可以处理数据集,使用NumPy库可以进行数据计算。

具体的步骤如下:```pythonimport pandas as pdimport numpy as np# 创建数据集df = pd.DataFrame(np.random.randn(5, 4), columns=list('ABCD'))# 显示数据集print("数据集:\n", df)```上述代码中,首先导入了需要的Pandas和NumPy库,并利用np.random.randn随机生成了一个行数为5,列数为4的数据集df。

接着使用print语句显示出来,查看生成的数据集df。

如果需要删除df中的第一行和第三列,可以使用Drop方法。

具体的代码如下:```python# 删除第一行和第三列df_drop = df.drop(0).drop('C', axis=1)在上述代码中,Drop方法先通过df.drop(0)删除了第一行,再通过df.drop('C', axis=1)删除了第三列。

R语言数据预处理操作——离散化(分箱)

R语言数据预处理操作——离散化(分箱)

R语⾔数据预处理操作——离散化(分箱)⼀、项⽬环境开发⼯具:RStudioR:3.5.2相关包:infotheo,discretization,smbinning,dplyr,sqldf⼆、导⼊数据# 这⾥我们使⽤的是鸢尾花数据集(iris)data(iris)head(iris)Sepal.Length Sepal.Width Petal.Length Petal.Width Species15.1 3.5 1.40.2setosa24.9 3.0 1.40.2setosa34.7 3.2 1.30.2setosa44.6 3.1 1.50.2setosa55.0 3.6 1.40.2setosa65.4 3.9 1.70.4setosa相关数据解释:Sepal.Length:萼⽚长度Sepal.Width:萼⽚宽度Petal.Length:花瓣长度Petal.Width:花瓣宽度Species:鸢尾花品种三、数据划分library(dplyr)library(sqldf)# 为数据集增加序号列(id)iris$id <- c(1:nrow(iris))# 将鸢尾花数据集中70%的数据划分为训练集iris_train <- sample_frac(iris, 0.7, replace = TRUE)# 使⽤sql语句将剩下的30%花费为测试集iris_test <- sqldf("select *from iriswhere id not in (select idfrom iris_train)")# 去除序号列(id)iris_train <- iris_train[,-6]iris_test <- iris_test[,-6]【注】:这⾥使⽤到sqldf包的函数sqldf函数来时间在R语⾔中使⽤SQL语句四、⽆监督分箱常见的⼏种⽆监督分箱⽅法等宽分箱法等频分箱法kmeans分箱法1、分箱前准备法# 导⼊⽆监督分箱包——infotheolibrary(infotheo)# 分成⼏个区域nbins <- 32、等宽分箱法### 等宽分箱的原理⾮常简单,就是按照相同的间距将数据分成相应的等分# 将连续型数据分成三份,并以1、2、3赋值equal_width <- discretize(iris_train$Sepal.Width,"equalwidth",nbins)### 查看分箱情况# 查看各分类数量table(equal_width)# ⽤颜⾊表明是等宽分箱plot(iris_train$Sepal.Width, col = equal_width$X)### 保存每个等分切割点的值(阙值)# 计算各个分类相应的切割点width <- (max(iris_train$Sepal.Width)-min(iris_train$Sepal.Width))/nbins # 保存阙值depreciation <- width * c(1:nbins) + min(iris_train$Sepal.Width)3、等频分箱### 等频分箱是将数据均匀的分成相应的等分(数量不⼀定是完全相同的)# 将连续型数据分成三份,并以1、2、3赋值equal_freq <- discretize(iris_train$Sepal.Width,"equalfreq",nbins)### 查看分箱情况# 查看各分类数量table(equal_width)# ⽤颜⾊表明是等频分箱plot(iris_train$Sepal.Width, col = equal_freq$X)### 保存每个等分切割点的值(阙值)data <- iris_train$Sepal.Width[order(iris_train$Sepal.Width)] depreciation <- as.data.frame(table(equal_freq))$Freq4、kmeans分箱法# kmeans分箱法,先给定中⼼数,将观察点利⽤欧式距离计算与中⼼点的距离进⾏归类,再重新计算中⼼点,直到中⼼点# 不再发⽣变化,以归类的结果做为分箱的结果。

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a rXiv:cs /0727v1[cs.PF]14J ul2Efficient cache use for stencil operations on structured discretization grids Michael A.Frumkin and Rob F.Van der Wijngaart ∗Numerical Aerospace Simulation Systems Division NASA Ames Research Center Abstract We derive tight bounds on the cache misses for evaluation of explicit stencil oper-ators on structured grids.Our lower bound is based on the isoperimetrical property of the discrete octahedron.Our upper bound is based on a good surface to volume ratio of a parallelepiped spanned by a reduced basis of the interference lattice of a grid.Measurements show that our algorithm typically reduces the number of cache misses by a factor of three,relative to a compiler optimized code.We show that stencil calculations on grids whose interference lattice have a short vector feature abnormally high numbers of cache misses.We call such grids unfavorable and suggest to avoid these in computations by appropriate padding.By direct measurements on a MIPS R10000processor we show a good correlation between abnormally high numbers of cache misses and unfavorable three-dimensional grids.1Introduction On modern computers the gap between access times to cache and to global memory amounts to several orders of magnitude,and is growing.As a result,improvement in usage of the memory hierarchy has become a significant source of enhancing application performance.Well-organized data traffic may improve performance of a program,without changing the actual amount of computation,by reducing the time the processor stalls waiting for data.Both data location and access patterns affect the amount of data movement in the program,and the effectiveness of the cache.A number of techniques for improvements in usage of data caches have been developed in recent years.The techniques include improvements in data reuse (i.e.temporal locality)[3,4,5,13],improvements in data locality (i.e.spatial locality)[13],and reductions in conflicts in data accesses [4,5,9,10].In practice,these techniques are implemented through code and data transformations such as array padding and loop unrolling,tiling,and fusing.Tight lower and upper bounds on memory hierarchy access complexity for FFT and matrixmultiplication algorithms are given in[8].However,questions concerning bounds on the number of cache misses and how closely current optimization techniques approach those bounds for stencil operators remain open.In this paper we consider improvement of cache usgae through maximizing temporal locality in evaluations of explicit stencil operators on structured discretization grids.Our contribution if twofold.First,we prove lower and upper bounds on the number of cache misses for local operators on structured grids.Our lower bound(i.e.the number of un-avoidable misses)is based on the discrete isoperimetric theorem.Our upper bound(i.e.the achievable number of misses)is based on a cachefitting algorithm which utilizes a special basis of the grid interference lattice.As shown by example,the lower bound can be achieved in some cases.The second contribution is the identification of grids unfavorable dimensions which cause significant increases in cache misses.We provide two characterizations of these unfavorable grids.Thefirst one,derived experimentally,states that the product of all rele-vant grid dimensions is close to a multiple of half the cache size.The second characterization is that the grid interference lattice has a short vector.2Cache model and definitionsWe consider a single-level,virtual-address-mapped,set-associative data cache memory,see [7].The memory is organized in a sets of z lines of w words each.Hence,it can be characterized by the parameter triplet(a,z,w),and its size S equals a∗z∗w words.A cache with parameters(a,1,w)is called fully associative,and with parameters(1,z,w)it is called direct-mapped.The cache memory is used as a temporary fast storage of words used for processing.A word at virtual address A is fetched into a(a(A),z(A),w(A))cache location,where w(A)= A mod w,z(A)=(a/w)mod z,and a(A)is determined according to a replacement policy (usually a variation of least recently used).The replacement policy is not important within the scope of this paper.If a word is fetched,then w−1neighboring words are fetched as well tofill the cache line completely.In practice,a,z,and w are often powers of2in order to simplify computation of the location in cache.For example,the MIPS R10000processor for which we report some measurements in Section6,has a cache with parameters(2,512,4),which makes S equal to 4K double precision words,or32KB.Our lower bound for the minimum number of cache misses that must be suffered during a stencil computation holds for any cache,including fully associative caches.The upper bound shows that a particular number of cache misses can be achieved by choosing a special sequence of computations.A cache miss is defined as a request for a word of data that is not present in the cache at the time of the request.A cache load is defined as an explicit request for a word of data for which no explicit request has been made previously(a cold load),or whose residence in the cache has expired because of a cache load of another word of data into the exact same location in the cache(a replacement load).The definitions of cold and replacement loads match those of cold and replacement cache misses,respectively [4],and if w equals1they completely coincide.If a piece of code featuresφcache misses andµcache loads,it can easily be shown thatµ≤wφ.For a code with good spatial locality we typically haveµ≈wφ.As can be shown by a simple example,no bound of the formφ≤cµ(c constant)can be derived for arbitrary code segments,but if the code implements a non-redundant stencil operation,we haveφ≤|K|µ, where|K|is the total number of points within the stencil.This is shown as follows.Let the stencil operation be written as q(x)=Ku(x),with x∈Ω.HereΩis the(not necessarily contiguous)point set on which array q is evaluated.LetΩ|.The number of cache missesφdoes not exceed the total number of accesses to array u(may included repeated accesses to the same element),which equals|K||Ω|,so|φ≤w,which can be used to bound the number of cache misses in termsof the number of cache loads.3A lower bound for cache loads for local operatorsIn this section we consider the following problem:for a given d-dimensional structured grid and a local stencil operator K,how many cache loads have to be incurred in order to compute q=Ku,where q and u are two arrays defined on the grid.We will provide a lower boundµwhich asserts that,regardless of the order the grid points are visited for the computation of q, at leastµcache loads have to occur.In the next section we provide a cachefitting algorithm for the computation of q whose number of cache loads closely approaches the lower bound.We use the following terminology to describe the operator K.The vectors k1,...,k s defined such that q(x),the value of q at the grid point identified by the vector x,is a function of the values u(x+k1),...,u(x+k s),are called stencil vectors.Locality of K means that the stencil vectors are contained in a cube{x||x i|≤r,i=1,...,d}(r is called the radius of K,and2r+1its diameter).In this section we assume that K contains only the star stencil (i.e.the{0,e1,...,e d,−e1,...,−e d}stencil).A lower bound for cache loads for the star stencil will give us a lower bound for any stencil containing it.Let q be computed in the K-interior R of a rectangular region(a grid)G.We assume that computation of q is performed in a pointwise fashion,that is,at any grid point the value of q is computed completely before computation of the value of q at another point is started.In order to compute the value of q at a grid point x,the values of u in neighbor points of x must be loaded into the cache(a point y is a neighbor of x if y−x is a stencil vector of K).If x is a neighbor of y and u(y)has been loaded in cache to compute q(z)but is dropped from the cache before q(x)is computed,then u(y)must be reloaded,resulting in a replacement load associated with x.To estimate the number of elements,ρ,of array u that must be replaced,we choose a partition of R into a disjoint union of grid regions R i,with R=∪k i=1R i,in such a way that q is computed in all points of R i before it is computed at any point of R i+1,see Figure1.Let B ij be the set of points in R j which are neighbors of R i.Since the star stencil is symmetrical, the B ij are neighbor points of B ji.Because any point of B ij can have at most2d neighbors in B ji,we have the following inequalities:1GFigure1:The boundaries B ij of already computed values of q in a sequence of regions R i. Reloading of some values of u on the boundary of R3results in at least max(|B31|+|B32|−S,0) cache loads.For computation of q in R i we have to replace at leastρi values of u,whereρi equals max i−1j=1|B ij|−S,0 .The total number of replaced values in the course of computing q on the entire grid will be at leastρ,whereρequals B−kS,and B equals k i=1 i−1j=1|B ij|. Summing all the terms|B ij|,taking into account Equation(1)and the fact that|B ii|=0, we get:B≥14dki=1(|δR i|−|δi|)−kS=k σ4d k i=1|δi|≥V4d|D|.(3)We subsequently chooseσin such a way thatσ=|δO(d,t)|=dk=12k d k t k−1 ≥8dS(4)for some t,where O(d,t)is the standard d-dimensional octahedron of radius t(see Appendix A).It follows from Equation21,Appendix A,that t can be chosen in such a way thatσisless than8d(2d+1)S.Now the value ofνcan be estimated using the isoperimetric property of the octahedron(see again Appendix A),namely:ν≤|O(d,t)|.Hence,wefindS8d(2d+1)ν≥|δO(d,t)|d−1(5)where c d equals1/(d(2d+1)2d+2).This gives the following lower bound:ρ≥V|O(d,t)|−1d−1−1d−1−1l+(1−2dd−1 .(7)In general,assuming that the cache associativity a is larger than the diameter of the operator K,the order of this lower bound can not be improved,as shows the following example(remember that our lower bound is valid for a cache with any associativity,including a fully associative cache).Let the spatial extents of a two-dimensional grid be n1and n2, respectively,with n1equal to kS and n2arbitrary,and perform calculations of the star stencil (i.e.r=1)in the following order:do i=0,k*a-1do j=2,n2-1do i1=max(2,1+i*(S/a)),min(n1-1,(i+1)*(S/a))q(i1,j)=u(i1,j)+···end doend doend doSince n1equals kS,all values of q and u having the same value of the second index are mapped into the same cache location within a set.Since a exceeds2r+1,none of the values required for the computation of q will be replaced in the cache,except those at a distance r around the line defined by i1=i*S/a.The total number of elements of u read into the cache for execution of this loop nest will therefore be n1n2+(n2−2)2r(ka−1)−4,which equals n1n2(1−2/n1+2a(1−2/n2)/S).Similar examples in higher dimensions show that the order of our lower bound(Equation7)can not be improved.4An upper bound for cache loads for local operators.Cachefitting algorithmIn order to obtain an upper bound we present a cachefitting algorithm which has a small number of replacements.Wefind a set P of cache conflict-free indices of u and calculate Ku at the points of P.Then we tile the index space of u with P to minimize the total number ofreplacements.For the analysis we assume an cache associativity of one,which is the worst case for replacement loads.Let L be a set in the index space of u having the same image in cache as the index (0,...,0),Figure2.L is a lattice in the sense that there is a generating set{b i},i=1,...,d, such that L is the set of grid points{(0,...,0)+ d i=1x i b i|x i∈Z}.We call this the interference lattice of u.It can be defined as the set of all vectors(i1,...,i d)such thati1+n1i2+n1n2i3+···+n1···n d−1i d≡0mod S.(8)In[4]this lattice is defined as the set of solutions to the cache miss equation.Let P be a fundamental parallelepiped of L∗.For future reference we note that vol(P)= det L=S.The second equality follows form the fact that L has a basis{v i}of the form:v1=S e1,v i=−m i e1+e i,2≤i≤d,m i+1=ij=1n j.(9)Obviously,the vectorsνi satisfy Equation8.Conversely,any vector satisfying Equation8can be represented as a linear combination of v1,...,v d,with coefficients x k=i k for k=2,...,d, and x1=(i1+m2i2+···+m d i d)S−1.x1is an integer number,since i1+m2i2+···+m d i d is divisible by S according to Equation8.Since v1,...,v d are linearly independent vectors, they form a basis of the lattice.Let F be a face of P(see Figure2),and let v be a basis vector of L such that P= {f+x v|f∈F,0≤x<1}.Then shifts F+(k/g)v,k=...,−1,0,1,...contain all integer points of a pencil Q,with Q={f+x v|f∈F,x is any number}for an appropriate value of g†.The values of q at the points of Q can be computed without replacing reusable values of u except at a distance of r or less from the boundary of Q.Let h1,...,h s be the signed projections along F of the stencil vectors of K onto v,and let h+and h−be the maximum and the minimum of the projections,respectively.We assume also that|h+−h−|/g<|v|a, meaning that the extent of P in the direction of v is big enough to allow to compute q on F without replacements.It may be impossible to satisfy this condition when the shortest vector in L is shorter than the diameter of K divided by the cache ttices with short vectors are discussed in Section6.The associated grids are called unfavorable grids.The Cache Fitting Algorithm for computing q is as follows(see Figure2);here K(R)is the set of points where u must be available in order to compute q in all points of R(i.e.the K-extension of R):set w=(1/g)vdo Q=Qmin,Qmaxdetermine face F inside pencil Qdo k=kmin,kmaxload in cache all values of u inside K(F+k∗w)compute q at F+k∗wend doend doIn this algorithm the parameters Qmin,Qmax,kmin and kmax are determined such that the scanning face F sweeps out the entire grid.Whenever a point is not contained in the grid,it is simply skipped in the nest.Since we defined the algorithm in such a way that the scanning face in the direction of v with step g passes through all integer points of Q,the values of q at all points inside Q will be computed.Figure2:The Interference Lattice.Cachefitting set F+k w,k∈Z,sweeps across pencil Q in the direction of v.Only values of u at points at a distance r or less from the pencil boundariesβ1andβ2will be replaced in the cache when K is evaluated inside of Q.Replacements misses can occur only at points at a distance of r or less from the boundaries of the pencils.For each of these points at most s replacement need to take place,where s, the size of the stencil,is defined by s=|K|≤(2r+1)d.So the number of replacements will not exceed r(2r+1)d A,where A is the total surface area of all pencils.To minimize A we choose P so that Q has a good surface to volume ratio.Let P be the fundamental parallelepiped of a reduced basis of L.A basis b1,...,b d of a d-dimensional lattice L is called reduced ifi||b i||≤c d det L,(10)where c d is a constant which depends only on d‡.Let b1be the shortest vector of the basis, and let the eccentricity e of the basis be defined by e=max(||b i||/||b1||).If we define∂P as the surface of P,we can derive an estimation for the surface-to-volume ratio of P: |∂P|det L≤2c d i1||b1||≤ec′d i||b i|| −1d,(11)where we twice used the Hadamard inequality: i||b i||≥det L,and the abovementioned fact that L=S.The constant c′d is defined by c′d=2dc d.Since A does not exceed the surface area of all fundamental parallelepipeds covering the grid,the total number of these parallelepipeds(which equals|G|/det L)gives us:A≤|∂P||G|/det L,so that the total number of replacementsρcan be bounded by:ρ≤r(2r+ 1)d|∂P||G|/det L.This,combined with Equation11,gives an upper bound for the total number of elements to be loaded into the cache in the cachefitting algorithm:µ≤|G|+ρ≤|G| 1+ec′′d S−1f d−1||b1||≤fc d.In Appendix B we show that there are grids whose interference lattices feature f’s that are independent of S(provided that S is a prime power,which is true in most practical cases).For these lattices the relative gap between the upper bound(Equation12)and the lower bound(Equation7)of the previous section goes to zero as S increases.When the cache associativity exceeds the diameter of K,this gap can be closed.In that case a parallelepiped, built on a reduced basis of the interference lattice of the array indices with x d=0,can be swept in the d th coordinate direction,similar to the example at the end of Section3.In general,the cachefitting algorithm gives full cache utilization,in contrast to the algorithm forfinding grid-aligned parallelepipeds devoid of interference lattice points,as proposed in [4].See Table2,[4],where the sizes of blocks without self interference are approximately 20%smaller than S.5Lower and upper bounds for multiple RHS arrays In this section we consider the case where there multiple arrays involved in the computation of q.Let p be the number of arrays(we call these the RHS arrays),all having the same sizes, and let the stencil of each RHS array include the star stencil.This means,in particular, that for each boundary point of any region R i(see Figure1)values of p RHS arrays are necessary§for computation of q in R i.Hence,we have to replace at leastρi values,withρi=max(p( j<i|B ij|)−S,0)values of RHS arrays.Now we can repeat the arguments of Section3,with|V|and|G|replaced by p|V|and p|G|,respectively,and S replaced by⌈S/p⌉, to obtain the following lower bound for the number of cache loads for stencil computations with p RHS arrays:µ≥p|V|+ρ≥p|V| 1+c d S d−1−1l+ 1−2d p −1S ⌉,i=2,...,p.Sweeping through the pencil by units of tile P1in thedirection of v we can compute Ku without any cache conflicts,except on the boundary of the pencils.The number of replacement loads of this algorithm can be estimated similarly to the number of replacement loads of a single-array algorithm,taking into account that for calculation of a value u at any point values of all p RHS arrays in the neighbor points may have to be in cache,thus reducing the effective cache size to[S/p]:µ≤p|G|+ρ≤p|G| 1+ec′′d S d (14) where c′′d is a constant which depends only on d,and e is the eccentricity of L.Figure3:Tiling of a fundamental parallelepiped of a reduced basis of the lattice L.We assume that|h+−h−|≤a|v/p|(a is the cache associativity).The tiling effectively reduces the size of the parallelepiped by a factor of at most2p(since x/p≥⌊x/p⌋≥x/(2p)),and increases the cost of a replacement in the cache per point of the boundary of the pencil by at most a factor of p,since elements of all p RHS arrays will be replaced at the same time. 6Unfavorable array sizesWe have implemented our cachefitting algorithm and compared its actually measured num-ber of cache misses with those of the compiler-optimized code for the corresponding naturally ordered loop nest on a MIPS R10000processor(SGI Origin2000).For comparison we chose a second order difference operator(the common13-point star stencil)an a test set includ-ing three-dimensional grids of sizes40≤n1<100,n2=91,and n3=100(the value of the second dimension was chosen to show a typical picture;that of the third dimension is irrelevant).A plot of measured cache misses for both codes is shown in Figure4.The pro-gram was compiled with options“-O3-LNO:prefetch=0,”using the MIPSpro f77compiler, version7.3.1.1m.The prefetchflag disables the prefetching compiler optimization.Without this option the number of cache misses increases significantly,because the compiler does aggressive prefetching to try to reduce execution time.The upper bounds for the cache misses from the previous sections would suggest that the number of replacement cache misses will increase in the cases where the interference lattice has a very short vector.Very short means that the length is smaller than the diameter of the operator divided by the cache associativity.In this case the self interference would increase significantly.This result suggests how to pad arrays to improve cache performance:the padding should be organized in such a way that the shortest vector in the lattice is not too short,though short enough to minimize the number of pencils(large index of scanning face F).The sweeping is organized such that pencils are as wide as possible(i.e.the smallest total number of pencils),while avoiding—in the case of multiple RHS arrays—tiles that are406080100second array dimension (n )0500100015002000c a c h e m i s s e s (n o r m a l i z ed )natural loop order cache fitting algorithm1Figure 4:Plot of measured cache misses for 40≤n 1<100,n 2=91for 13-point star stencil.The top line corresponds to the naturally ordered nest,optimized by the SGI Fortran com-piler.The bottom line corresponds to our cache fitting algorithm.A typical ratio between the two is 3.5.The large fluctuations correspond to grids with short lattice vectors (n 1=45and n 1=90yield shortest vectors (1,0,1)and (2,0,1),respectively).The fluctuations of cache misses of the cache fitting algorithm for such grids can be so big that their cache misses become more numerous than for the compiler-optimized nest.thinner than the diameter of the stencil operator divided by the cache associativity.To demonstrate these unfavorable grids we again choose the second order stencil and force computations in the nest to follow the natural order ¶.Figure 5a shows the correlation between spikes in the number of cache misses and the presence of a very short vector in the lattice.We call these lattices unfavorable for cache utilization.Arrays having such lattices should be avoided on the target machine.When the shortest vector of the interference lattice is shorter than the diameter of the operator,the number of cache misses sharply increases.The application developer should avoid such unfavorable array sizes,and compilers should avoid the sizes using appropriate padding of array dimensions.Note that similar unfavorable cache effects have been mentioned in [1].nn A)B)n 1n1Figure 5:Plot A shows measured fluctuations of cache misses (above 15%of the upper bound).Plot B shows the interference lattices with short (less than 8in the L 1norm)vectors.Array sizes are 40≤n 1,n 2<100.The plots can be fitted well by hyperbolae defined by n 1n 2=1of the scanning face direction within each pencil(positive or negative sweep direction),and of the visit order of subsequent pencils.This is always possible for a one-dimensional data dependency.Our results can also be extended to arrays that store more than one word per grid point (tensor arrays).The lower bound of Section3for operations with multiple right hand sides immediately applies to tensor arrays.The upper bound of that section also applies,provided the tensor components can be stored as independent subarrays.In a future study we plan to extend the results of this paper to more general implicit operators,to operators on unstructured grids,and to tensor arrays with restricted storage models.We intend to study more closely the dependence of cache misses on the size of the operator’s stencil.We also plan to enhance the presented results by taking into account a secondary cache and TLB,and to formulate bounds for cache misses more directly than through the determination of cache loads.Appendix A:The simplex and the octahedronIn this section we list some basic facts on the number of integer points in the octahedron and simplex.The standard octahedron is defined as:O(d,t)= x∈Z d|d i=1|x i|≤t (15) and the standard simplex as:S(d,t)= x∈Z d|0≤x1,...,x d,d i=1|x i|≤t .(16)If we consider sections of the octahedron by planes x1=k,k=−t,...,t,then for the number of integer points in the octahedron we get the following recurrence relation:|O(d,t)|=|O(d−1,t)|+2t−1k=0|O(d−1,k)|.(17)This relation can be used to prove that|O(d,t)|=dk=02k d k t k (18)and that|δO(d,t−1)|=|O(d,t)−O(d,t−1)|=dk=12k d k t−1k−1 .(19)Also,the relation|δO(d,t)|=|δO(d,t−1)|+|δO(d−1,t)|+|δO(d−1,t−1)|(20)shows that|δO (d,t )|≤(2d +1)|δO (d,t −1)|.(21)For the number of integer points in the simplex we have the following recurrence relation:|S (d,t )|=|S (d −1,t )|+|S (d,t −1)|.(22)This can be used to prove that cf.[6],Table 169,seealso[12],Section5:|S (d,t )|=d k =1 dk t k = d +t d .(23)From Equations 18and 21it follows that |O (d,t )|≤2d |S (d,t )|.Also,since δO (d,t −1)contains at least two nonoverlapping simplices S (d −1,t )and can be covered by 2d such simplices,we see that2|S (d −1,t )|≤|δO (d,t −1)|≤2d |S (d −1,t )|,d ≥2.(24)Hence,if |S (d −1,t )|equals S ,we have for d ≥2:|δO (d,t )||O (d,t )|≥2|S (d −1,t )|d −1≥2−d +1S −1The standard sphere,defined in [12],is the integer point set of minimal surface area for any given number of interior points.Corollary:Since grids with dimensions n i+k i S,i=1,...,d have the same interference lattice for any non-negative integers k i,any grid can be embedded in a favorable larger grid. Proof:Step a:Let a lattice L have a basis of the form of Equation9.Any lattice vector x,whichincludes all basis vectors of L,with L∞norm at most l must be a solution of the following system of inequalities:|x i|≤l,i=2,...,d|Sx1+m2x2+···+m d x d|≤l .(26) Existence of a solution to this system is equivalent to that of the system|x i|≤l,i=2,...,dm2S x d ≤ll d−1(28)for all nonzero x satisfying|x i|≤l,i=2,...,d.If we choose the nonzero integers m i in such a way that|m i−Sµi|≤2for i=2,...,d, then we getm2S x d ≥c′′′d S= S S(29)which shows that Equation26has no integer solutions if l<(c′′′d/(Sd))1/d.Hence,f in Section4can be chosen as:f=d/c′′′d,and the lattice with the basis given by Equation 9has a reduced basis with eccentricity depending only on d.Step b:In order tofind a grid whose interference lattice is L,wefirst sort the m i in order of increasing gcd(m i,S).Since we assume that S=p n,where p is prime,we know that gcd(m i,S)divides gcd(m i+1,S),and the appropriate grid dimensions n i can be found directly by solving the congruencies(n i m i−m i+1)mod S=0.Acknowledgements.We are grateful to professor Leonid Khachijan for some help with the theoretical part of the paper,and to Jerry Yan and Henry Jin for discussions on the practical aspects of the paper. This work is partially supported by the HPCC/CAS NASA program,and was executed under NAS task order A61812D.References[1]D.H.Bailey.Unfavorable Strides in Cache Memory Systems.Scientific Programming,Vol.4,pp.53–58,1995[2]J.W.S.Cassels.Introduction to Diophantine Approximations.Cambridge Univ.Press,1957(Ch.I,Theorem VIII)[3]S.Coleman,K.S.McKinley.Tile Size Selection Using Cache Organization and DataLayout.In Proc.SIGPLAN’95,Conf.on Programming Language Design and Imple-mentation,June1995,pp.279–289[4]S.Gosh,M.Martonosi,S.Malik.Cache Miss Equations:An Analytical Representationof Cache Misses.ACM ICS1997,pp.317–324[5]S.Gosh,M.Martonosi,S.Malik.Automated Cache Optimization using CME DrivenDiagnostics.ACM ICS2000,11p.[6]R.Graham,D.Knuth,O.Patashnik.Concrete Mathematics.Addison-Wesley,1989[7]J.L.Hennessy,puter Organization and Design.Morgan KaufmannPublishers,San Mateo,CA,1994[8]J.W.Hong,H.T.Kung.I/O Complexity:The Red-Blue Pebble Game.IEEE Symposiumon Theoretical Computer Science,1981,pp.326-333[9]G.Rivera,C.W.Tseng.Data Transformations for Eliminating Conflict Misses.PLDI1998,pp.38–49[10]G.Rivera,C.W.Tseng.Eliminating Conflict Misses for High Performance Architec-tures.ACM ICS1998,pp.353–360[11]A.Schrijver.Theory of Linear and Integer Programming.John Wiley and Sons,1986[12]D.L.Wang,P.Wang.Discrete Isoperimetric Problems.SIAM J.Appl.Math.,Vol.32,pp.860–870,1977[13]M.E.Wolf,m.A Data Locality Optimizing Algorithm.In Proc.SIGPLAN’91,Conf.on Programming Language Design and Implementation,June1991,pp.30–44。

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