学生文化基本特征范例(3篇)

学生文化基本特征范文篇1

关键词：电化学；概念表征；抽象概念；测验法

文章编号：1005-6629（2012）11-0036-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

1、问题提出

化学教学在遵循思维发展规律的前提下，在学生概念的形成发展方面起了怎样的作用，还有哪些问题和不足，如何加以改进？如何缩短这种发展进程，以及有效地提高学生化学学习的思维水平？这些都是概念研究中亟待解决的问题。鉴于我国在学生抽象概念学习尤其是电化学概念学习方面的研究较少，尤其是关于概念认知发展方面的研究甚少，本文将试图围绕以上问题，根据认知发展的有关理论，采用文献法、实验法、访谈法等，揭示学生在学习以电化学概念为代表的抽象概念时存在的心理认知因素以及学习特点，为电化学概念系统的教学提供可借鉴的建议。

2、研究思路

2.1测验编制

本研究主要使用自行编制的测验卷“电化学基本概念测验”。在测验编制过程中，与化学教师、化学教育专家进行探讨，对试题进行了详细论证，保证了测验卷的内容效度。经计算，测验的内在一致性信度系数分别为0.765和0.805，基本符合探索性研究的需要。

本测验选取被试200名，分别为：72名湖北省重点高中高三学生（男女比例约为2：1），他们在高三之前初步学习的是铜-锌原电池和电解饱和食盐水，但没有深入分析和理解；88名某师范院校化学系本科一年级学生（男女比例约为3：5），他们已在铜-锌原电池和电解饱和食盐水的基础上，经过了大量的练习理解相关概念；40名该师范院校化学系大四年级学生（男女比例约为3：5），他们已在高中的基础上学习了多种原电池和电解池及应用，并从电势的角度理解电池。测验和访谈时间总共为45分钟。

2.2测验数据处理

根据电化学概念在电化学知识系统中的作用，本研究将原电池、电解池、正极、负极、阴极、阳极界定为电化学基本概念。将“电化学基本概念测验”中的基本概念分三组，分别为：原电池/电解池、正负极、阴阳极。基本概念评分标准如表1所示。学生以一种表征形式回答且正确给1允错误给0分，用两种表征形式回答且表述正确给2分。数据统计采用SPSS统计处理。

3、研究内容及其结果分析

本研究对“电化学基本概念测验”的总分进行了描述性统计和方差分析，具体结果如表2、表3所示。

由表2可知：整体上看，三个年级在三组基本概念测试中表征形式的数量差异不大，其中大一学生表征形式最多。数据显示，每个学生每个概念的表征测试得分均不高，如“原电池/电解池”的表征中高三学生平均得分为2.31，大一学生为2.59，大四学生最低只有2.28。由表3可知：只有高三学生与大一学生在表征形式的数量上存在显著差异；大一学生与大四学生、大四学生与高三学生之间表征形式数量不存在显著差异。造成这种结果的可能原因是大一、大四学生虽然全面学习过电化学的相关知识，但是他们只是对与高中学过的知识更加理解了，并没有利用大学学习的燃烧电池、电势等知识提高认知水平。

为了进一步分析不同年级学生中存在的迷思概念及三组基本概念表征层次的差异，本研究按照学生理解程度，将学生电化学基本概念的表征分为浅、中、深三个层次。浅层次表征指对概念的外在特征进行的表征，它属于例证性表征，如有学生认为“负极是Zn”；中等层次表征指通过部分例题总结出的规律性表征，如有学生认为“负极指活泼金属”；深层次表征指对概念本质、内在特征的表征，如有学生认为“失去电子的电极是负极”。在此基础上，探讨不同年级学生表征形式的特点，并对电化学概念表征作更具体的统计分析。

3.1“原电池”与“电解池”概念的表征

对学生原电池/电解池的表征进行了分类，将从电池的组成等方面描述的为浅层次表征，从电池的功能角度定义的为中等层次表征，从能量转换的角度和能否发生自发的氧化还原反应等角度定义的为深层次表征，并对不同年级三种层次的表征进行了统计分析，结果如表4和表5所示。

研究显示，随着年级的增长，学生对原电池和电解池的深层次表征所占的比例越高，浅层次表征所占的比例越低。大四学生低、中等层次表征明显减少；高三和大一学生的三种表征层次的人数差异不大。这说明低年级学生对原电池与电解池的表征层次比较分散，没有形成稳定的概念认知结构，而高年级对概念的理解相对较为深刻。

3.2“正极’与“负极”概念的表征

通过测验分析，对学生正极/负极的表征层次进行定义和分类，将根据外部特征的描述定义为浅层次表征，从金属电极活泼性的角度来进行描述的定义为中等层次表征，从电极反应类型和电子得失角度描述的定义为深层次表征。对不同年级三种层次的表征进行了统计分析，具体结果如表6所示。

可见，经过高三复习之后的大一学生和学习了电化学的大四学生对正负极的表征相对较为深刻。高三学生刚刚学习电化学，他们表征知识主要以形象生动的图形和记忆概念为主；经过系统复习后的大一和大四学生以抽象的深层次表征为主。

3.3“阴极”与“阳极”概念的表征

为了深入地了解不同学生对阴阳极概念的认知特点和认知差异，将从外部特征描述的定义为浅层次表征，如电极与外部电源的连接方式；从金属电极活泼性变化角度描述的定义为中等层次表征；从电极反应类型和电子得失角度描述的定义为深层次表征。对不同年级三种层次的表征进行了统计分析，结果见表7。

可见，随着年级升高，学生浅层次表征所占的比例越来越大；三个年级的中等层次表征都比较低，高三和大一学生规律性表征的人数比大四学生多；深层次表征没有表现出随年级升高所占比例越高的现象。不同年级学生对阴、阳极概念的表征程度不一样，低年级学生较多地从与外部电源的连接方式、电极的活泼性等角度表征，而高年级学生较多地从电子得失的角度进行表征。从数据上看大四学生从电子得失的角度去表征也比较少，针对这一现象，对部分学生进行了补充访谈，发现他们因为修习了学科教学论课程，因而倾向于选择教材上最没有争议的表征形式。

4、结论与启示

4.1结论

根据以上测试结果以及访谈分析，可以得出如下结论：

（1）不同年级在同一概念的表征层次上存在差异。随着年级的升高，经过了_一个发展变化的积累和量变时期，学生对电化学基本概念的认知结构发生了变化。这种变化具有一定的稳定性，表现在不同年级学生概念表征层次出现一定的差异，其中低年级学生缺少对概念本质特征的表征。

（2）微观过程的认知有助于促进学生对概念本质的表征。对电化学微观过程没有深刻认识的学生，其注意力分散在问题的表面特征上，不能深入到问题的本质，其表征也不完善。

（3）在不同阶段的基本概念学习中，大一学生经过高考前的复习，他们对概念的理解相对丰富，此时是改善和巩固学生理解概念的重要时期；而对于刚刚学习基本概念的学生，他们对概念的理解相对单一，基本靠死记硬背，或是记下口诀。

4.2启示

第一，在概念教学中，在学习概念的初期应重视基本概念的建立，以避免学生产生错误概念。教师不仅要把概念看作重要的基础性知识，而且要视概念教学为一种手段，用于促进学生对关键性概念和概念性思想的更深层次的理解。教师要能够识别从具体主题中产生的核心概念、深层内容和原则，需要不断地、反复地对核心概念的教学进行实践。

第二，为加强学生对电化学微观过程的本质理解，应在进行化学实验并观察宏观现象的基础上，通过对宏观现象的分析逐步迈入微观世界；另外用形象的图片、模型、动画等形式对微观过程进行模拟，以直观的形式反映微观世界。

学生文化基本特征范文

象征仪式和庆典学校文化

学校文化的形成与发展受多种因素的影响，其中校内外文化渗透起关键作用。在社会发展进程中，学校文化内容不断丰富多彩且复杂多变，出现越来越多大众文化的影响和痕迹，这也就增加了学校文化自身的复杂性和动态性，所以学校要通过各种方式构建既融入社会现实生活，又有崇高理想和境界的学校生活世界，在一个广阔的社会生活背景下和高层次的理想社会中进行整体把握，进而塑造学校文化生活的样态。学校作为师生生活的场所，其作为组织的功能十分复杂，充满不确定性、动态发展性，学生在学校的生活世界实质是一种文化生活的存在和精神的存在样态，这是由日常生活与各种丰富的教育仪式和庆典为主导建构的文化生活，学校中各种仪式和庆典的展演是学校文化表征和生活世界建构的核心。

一、仪式和庆典的内涵与要意

象征视角认为，生活充满偶然性，是流动、变化的。象征包含并体现了一个组织的文化、信仰、价值观、实践以及人为创造的东西等相互交织的模式，这些象征符号帮助成员确定自身的身份、价值和行为规范，并养成行为习惯。象征的主要形式——仪式和庆典本身具有象征性、神圣性、教育性与生成性的特质，“仪式是人类的一种重要文化现象，是人类传承文化、接受生活教育的重要形式，堪称人类文化的‘胚胎’或‘活化石’。仪式使我们的日常生活具有结构和意义”[1]。“仪式与庆典之间的差别很微妙，庆典是更宏大、更精致但不太频繁的仪式；仪式虽然也有意义，但更为简单，属于日常行为。”[2]庆典记录着我们生活中的特殊时刻。毕业典礼、开学典礼及校庆典礼等都在重要的转折点上指明其生存意义与文化精神上的联系。“庆典有四个主要功能：适应社会需要、保持平衡、恢复信心和勇气、向外部的利益相关者传达信息。”[2]庆典创造了一个特殊的高度凝练的文化生活场景，促使内外部成员、新旧成员产生丰厚的心理体验、凝聚的情感认同和高度内化的学校文化品格。

教育仪式和庆典不仅是人类文化生活的一种重要文化现象和有机构成部分，也是构建和展现学校独特文化生活场景的重要载体，在学校场域中构成学校生活世界的文化中心与范本，并与时代教育理念和精神，与时代的社会文化生活形成互动和融合，是积淀和发展学校文化的载体，彰显了学校自身富有特色内涵的文化生活图式，是学校传承文明、联结情感、认同价值观、达成愿景并建构和促进学校文化的要径，具有奠基性和自明性的文化导向功能。同时充满丰富感情和精神内涵的教育仪式和庆典活动可以强化秩序、生成意义、丰富组织文化，提升成员修为能力。教育仪式和庆典不止是师生参与的一项具体活动，更是一场符号的排列、组合、展演、编织的活动。师生置身仪式时空中的位置、活动、行为构成了学校仪式文化的物质基础和基本社会情感信息元素和线索。仪式和庆典中包含着恰当地运用价值观和神话性的象征器物或历史性变型器物，可以激起学校组织成员丰富的想象力、情感的积极性并强化共同信仰，进而可以有效促进创造性、改变意义，巩固组织文化的价值观，生成组织文化传承与创新的动力源泉。概言之，仪式和庆典的教育意蕴在于表现学校文化、构成学校文化、实现学校文化、传承与创新学校文化。

二、仪式和庆典的特性对学校文化生活建构的价值

在学校的仪式和庆典文化中，学校和师生发展自身的独特方式是经由参与各种仪式所建构的意象空间构建教育生活世界来实现的。仪式和庆典是建构学校教育生活的主要途径，富有学校特色文化内涵的教育仪式与庆典的形成、发展、完善、成熟是师生成长的文化之径。仪式和庆典与学校生活世界有错综关联，通过其本身的特性以四种方式与学校文化的发展关联起来。

1.仪式和庆典丰富的象征性是学校生活建构的原型和学校文化发展的依托

象征性是实现仪式和庆典功能的客观基础，也是教育仪式和庆典的根本特征和存在的文化依托，“人类的仪式……不再是面向物体和存在，而是面向它们的副本，实际上就是面向形象和象征”[3]。“所谓象征性，是指教育仪式中的动作、程式、事物、现象等都不仅仅体现为现实性存在，更表现为一种符号性存在。”[4]作为教育仪式和庆典，其存在的意义远远超越当下的语境涵义，理想意义才是其核心。仪式和庆典中人物、程式、内容和器物实质上是意义符号的象征体系，通过意向性来建构仪式文化的辐射影响力和理想色彩。仪式和庆典中的场景布置、人物位置等物理环境实质都是整个学校文化生活结构生成的象征性原型，它预先给师生展示了一种标准的教育生活样式，具有内在的约束力与示范效能。学校文化的构建与发展依托各种教育仪式的象征符号表征其文化特色内涵，并在仪式和庆典的演绎中促进文化不断被更新、被创造，或生成自己学校的独特价值观、信仰精神和交往模式，其中一些无意识心智积淀成为师生集体的潜意识引导和学校文化价值体系支撑。从象征视角看，价值是人类文化存在的支点，也是学校文化发展的基本需要。教育仪式和庆典的价值实质是学校文化价值的原型，是特色文化发展的心理价值依托。

2.仪式和庆典多元生成的教育性是学校文化核心和学校文化发展的隐性课程

仪式和庆典是“具有象征性的、表演性的、由文化传统所规定的一整套行为方式”，是“文化中沟通、过渡、强化秩序与整合社会的方式”。[5]其隐藏的意图在于干预后续现实教育生活的建构。教育仪式和庆典既是教育意象的手段，又是建构教育现实生活的有力武器，它在展示一定教育生活、话语、意识形态的同时，又在建构学校的生活世界和文化生活方式。特纳说：“仪式不仅是控制过程，而且是形成过程；仪式不仅标明界限，而且是唤醒文化中的阶段运转。”[5]教育仪式和庆典展演的最终目的是利用自身独特的语境对学校现实教育生活样式进行干预、控制和改善，在仪式过程中展现学校的文化话语和情感特征，并生成一种独特的文化权力和教育权威，增强对学校现实的教育性文化生活的建构力。其效能远远超过对仪式参演者的直接教化、感染和示范，它既是学校文化的历史积淀、传承与创新，也是引领学生精神和指引学生面向未来社会文化生活的向导。在仪式中国歌奏唱最有利于唤醒和强化公民身份认同，及进行爱国主义教育；学生的各种宣誓仪式都会从不同的角度强化学生对学校生活场域中身份文化的铭刻、记忆与情感认同；开学典礼和毕业典礼是一段特定的学校文化生活时空里学生文化身份唤醒与固着、融入与成熟、形塑与完型的标志性教育内涵的凝练。可见教育仪式不仅是学校文化建设、与创新的文化核心内容，也是学生德育实践、学校文化发展的不可或缺的隐性课程。它以集体文化的高度凝聚力、感召及示范力量，有效形成人知互动互融的情感文化和心理盟约人际场，能快速促进来自不同文化背景并不断受社会文化多元影响的学生在同一个教育过程中发生着濡化和涵化两种方式教育。教育仪式和庆典建构了学校生活的主流文化，是教育话语体系的重要符号，是教育隐性课程的经典课程，是表达时代教育精神与学校文化生活的经典语言核心系统。

3.仪式和庆典的神圣性是学校文化生活的品格和学校文化发展的独特气质

教育仪式和庆典拥有深刻的感召力和强烈的震慑力的一个重要因素是其本身富有的神圣体验性和神秘的庄严感。它一方面促使置身其中的学生高度顺从和认同学校生活的各种习惯、传统、规范等，并自觉与学校文化、学校传统之间产生着密切的交互作用。另一方面使学生在神圣性和庄严性的统摄灵魂的心理体验中体悟学校文化的崇高精髓，进而自为地引导学校文化的精神性发展，这对整个学校文化生活的精神追求和精神风貌产生着深刻的影响。在“仪式场合”中，人的“行为方式将会发生巨大变化，其中的那些标志仿佛表示从世俗转到了神圣”。[6]教育仪式和庆典正是凭借它的神圣性和庄严感引领师生群体从世俗生活走向博雅的教育生活，并不断地追求高尚的精神生活，自觉选择有内涵品位的文化融会到自身的修为过程中。因为教育仪式和庆典的神圣性和庄严感的体验促使学生深刻地理解和认同社会文明，激发其对社会生活现实责任感和美好理想的追求。教育仪式和庆典本身是学校文化力量与特色的体现，蕴涵着学校长期积淀的思想、情感、智慧与创造，可以清楚地揭示并传播组织文化精神信念、生活愿景，是学校文化和精神的基因。此外仪式和庆典、神圣与庄严内隐着深刻的体验性反思，理性文化内涵的提炼，有强烈的方向感、鲜明的价值导向、意蕴深刻的教育目标，是基于深层次的心理文化建构的基础，是开展情感教育的最有效方式，并有强烈的审美影响力和道德感召力，是心灵美的活动，能使学校充满富有神圣意义的生活样态，具有文化生活的育德功效，能体现学校集体文化的独特性、庄严感和和尊严感。仪式和庆典本身只有在象征符号意义丰富的特殊背景下才能发挥最佳的作用，尤其是着装形式、各种仪式的装备、仪式语言的特殊用法和表征意义，充分体现隆重与庄严性，它实质是汇聚一个时代教育精神精华和学校文化品格的神圣展台。

4.仪式和庆典深刻的精神性是学校精神生活的精华和学校文化发展的内生力

教育的精神性生活为仪式和庆典所牵引，走向和融入仪式和庆典文化是学校教育生活的重要特征，也能表达、凝练和提升精神品质核心，因为学校各种仪式和庆典往往标识着一个学校融合时展精神与教育理念的学校文化独特性，构建了师生成长与发展的生态文化环境，主导或渲染了生活于其中的师生精神生活的基调和生活风格，具有巨大的潜移默化的文化力量。教育仪式和庆典不仅是学校教育生活的文化形态，还凝聚一个时代教育精神生活的指向标。时代精神的发展常常通过仪式和庆典的细腻变化来体现、表达和促进，它既是时代精神的显示屏，又是该学校时代精神变动的调整器，其特定的程式，相对固定的仪容、服饰风貌、人际空间关系和时间序列（发言次序安排），精心挑选的背景或场景音乐等，都从侧面烘托出学校的文化特色与精神内涵，并与时代教育精神辉映与融合，彰显出学校文化灵魂和时代精神的教育取向与品质，是建构与时代相吻合的学校独特教育性格、教育生活、人格风貌的原发性力量。学校文化血脉通过反复参演和不断演化这些历史性的相对格式化的动作、姿态、仪容、格局、场景、音乐，使一脉相继的学校文化富有强烈生命力和时代感，实践着与时代教育精神的对话与沟通、交流与融入、同理与贯通。

5.仪式和庆典的细腻的变化性是学校变革的整合力和学校文化发展的驱动力

成功的组织变革往往借助文化符号的力量进行重构，以建立感情联盟。面对组织变革中的内部冲突和危机，一个文化性的目标构念或事件的意义可能远远超过它本身，与珍贵的历史文化记忆和情感联系在一起，就能承载学校的变革性文化发展与积淀。象征会创造文化意义，当承载着组织成员情感的象征被赋予崭新的文化意义时，成员会自觉产生情感唤醒和加强心理联盟，并对学校文化信念更加坚定和执著。仪式和庆典活动中每一个元素和细节都有教育目的和教育语意的内涵，是服务于师生教育生活方式的变革，其象征性元素细微的变化都会引发学校文化生活的新建构。

可见，采用仪式和庆典活动推动学校重大变革是十分重要的。通过仪式细腻的变化来标记新的意义，营造新的场景可以帮助成员摆脱束缚，并且能够提供让他们继续前进的新选择。教育仪式和庆典具有一种参演性变革推动力量，其目的是要在参演中生成一种新的文化权力和话语权威，增强学校对教育文化生活的建构能力或变革能力，其参演效能远远胜于对仪式参与者的直接体验式训导，在更广义和更深层面展现教育生活的审美性新内涵和丰厚性，在保留了自身特有的历史感情的基础上，融会了现代教育艺术的格调，又有专属于自身的文化生活艺术品位和境界。教育仪式的场景、程序、象征物、乐曲和空间意境中每一个元素细微的变化都将赋予其新的意义，引发学校教育生活变革，进而成为学校文化发展的内在驱动力。

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参考文献

[1]邓红蕾.中国古代礼仪文化的哲学思考.江汉论坛，2002（1）.

[2][美]李·G·鲍曼.特伦斯·E·迪尔著.组织重构——艺术、选择及领导.桑强，高杰英，等，译.北京：高等教育出版社，2005.

[3]爱德加·莫兰.迷失的范式：人性研究.陈一壮，译.北京：北京大学出版社，1999.

[4]龙宝新.论仪式文化对教师教育生活的建构功能.扬州大学学报，2011（4）.

[5]宋萑.学校升旗仪式的人种志研究.上海：华东师范大学，2004.

学生文化基本特征范文

关键词：遗传算法；BP神经网络；乳腺肿瘤；计算机辅助诊断

DOIDOI：10.11907/rjdk.161973

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）011014404

0引言

乳腺癌作为全球女性中最为频发的恶性肿瘤疾病和癌症死亡的首要原因，严重危害女性身心健康。近年来，我国乳腺癌的发病率和死亡率逐年上升，且呈明显的年轻化趋势。乳腺癌在初期常无明显临床症状，或仅表征为轻微的疼痛[1]。迄今为止，乳腺癌发病的确切原因还未找到，尽管环境、遗传因素和生活方式是造成乳腺癌的主要因素，但60%以上的乳腺癌患者身上并不存在这些明显的危险因素[2]。因此，早发现、早诊断仍是当前提高乳腺癌治愈率和降低死亡率最有效的途径[3]。

肿瘤作为乳腺癌的直接病理征象和主要诊断依据，大约90%的乳腺癌患者在X影像上有清晰的肿瘤征象。由于X线是一种无创、微辐射的检查方法，检查费用低，而且对肿瘤与钙化比较敏感，因此X线乳腺图像已经成为检测乳腺癌的黄金标准，通过它来检测乳腺异常是预防乳腺癌的重要方法之一[4]。随着医学影像学和计算机辅助诊断技术的发展，基于X线乳腺图像的CAD系统得到了广泛应用，但是不同CAD系统的诊断效果也由系统自身决定[5]。2013年，MarcLobbes比较了两个CAD系统（SecondLook和AccuDetectGalileo）的病灶检测能力，并分析了326份病例，结果显示，AccuDetectGalileo在检测肿瘤与微钙化（尤其是针对致密性乳腺）时效果更佳[6]。目前，针对X线图像的乳腺肿瘤辅助诊断算法主要分为图像增强、肿瘤分割、特征提取和优化，以及良恶性肿瘤识别4部分。

近年来，随着BP神经网络理论的完善和成熟，在计算机辅助诊断领域得到了广泛应用。由于BP神经网络具有强大的非线性映射能力，在使用乳腺肿瘤病灶组织图像时，建立基于神经网络的乳腺肿瘤辅助诊断方法模型，不仅能够提高乳腺癌的诊断准确率，而且可以为临床医生提供帮助。但是BP神经网络在进行辅助诊断建模时，会因其输入特征的多维性而造成模型精度低、建模时间长等问题。所以，本文提出了基于遗传算法―BP神经网络的乳腺肿瘤CAD方法。首先，提取乳腺肿瘤ROI的几何特征、形状特征、灰度特征、纹理特征、频率特征和边缘特征79维；然后用遗传算法（GA）对提取的特征进行约简，去除冗余特征后选择最能体现肿瘤良恶性的特征组合17维；最后基于GA-BP神经网络模型进行乳腺肿瘤良恶性分类，探讨GA-BP模型在乳腺肿瘤分类识别中的性能。

1基础知识

1.1遗传算法

遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）是模拟达尔文生物进化论的自然淘汰与遗传选择生物进化过程的一种计算模型。其核心思想源于适者生存的自然选择规律，具有“生存+检测”的迭代过程。它将所要解决的问题解空间映射到遗传空间，再对解空间进行编码。一般用一串“1、0”数字串表示每个可能的解，并将该解称为一个染色体，解的每一个分量称为一个基因。在算法开始时，先随机选择一群染色体作为候选解，用预先设定好的评价指标计算每个染色体的适应值，并淘汰适应度较低的染色体，保留适应度高的优良染色体，然后对这些染色体进行选择复制、交叉和变异等操作，如此进行一代一代的“进化”，直到找到算法的最优解。

遗传算法相对于一些传统的优化算法，优点表现在：①遗传算法在搜索过程中不易陷入局部最优，能以很大概率找到整体最优解，具有良好的适应性与鲁棒性，是一种经典的全局最优化算法；②遗传算法具有隐含并行性，运算效率高，适用于大规模的并行计算机。然而，遗传算法的缺点表现在易早熟、局部收敛性差等。

1.2BP神经网络

BP网络[7]的拓扑结构由输入层、隐含层和输出层组成。图1为一个典型的三层BP神经网络结构图，层与层之间采用全连接方式，同一层之间不存在相互连接，隐含层包括一层或多层。

2本文算法

本文首先对乳腺肿瘤图像进行分割，提取ROI区域，其次提取几何特征、形状特征、灰度特征、纹理特征、频率特征和边缘特征共79维，然后采用遗传算法进行特征选择，选择17维特征用于BP神经网络的计算机辅助诊断，从而识别乳腺肿瘤的良恶性，最后基于GA-BP神经网络的辅助诊断模型为临床提供参考意见。

2.1基于遗传算法的特征选择

基于BP神经网络的遗传算法优化辅助诊断，是使用遗传算法选择BP神经网络的最佳输入特征，优化后的BP神经网络能够更好地识别乳腺肿瘤的良恶性并减少建模时间，以提高辅助诊断效果。利用遗传算法选择特征，必须经过输入变量编码、初始种群产生、适应度计算、交叉变异选择、优化结果输出等过程[8]。本文GA优化变量的主要步骤如下：（1）输入变量编码。本文首次提取的特征有79维，经GA选择17维特征作为BP神经网络的输入，即输入变量为17个，个体的每个基因只能取“1”和“0”两种情况，1表示输入变量参与建模，0表示输入变量不参与建模。（2）初始种群产生。随机产生20个初始个体组合作为一个种群，遗传算法以这20个个体作为初始点进行迭代。（3）适应度计算。本文选取测试集数据误差平方和的倒数作为适应度函数，对每个个体进行训练和预测，如式（1）所示。

式（1）中，T′={t′1，t′2，…，t′n}为测试集的预测集，T={t1，t2，…，tn}为测试集的期望集，n为测试集的样本数目。（4）选择交叉变异。选择操作使用比例选择算子，计算出所有个体的适应度和各个个体的相对适应度，作为该个体被选中并遗传到下一代的概率。变异操作一般采用单点变异算子，随机产生一个变异点，改变其基因上的基因值，经过一轮选择交叉变异，又可以产生新的适应度更高的种群。（5）优化结果输出。经过一代代的迭代优化，当满足迭代终止条件时，输出的末代种群对应的便是问题最优解，即经过选择后的特征。

2.2BP神经网络模型建立

2.2.1模型拓扑结构设置

BP神经网络的拓扑结构由输入层、隐含层和输出层3部分组成，本文将特征数据作为网络输入，乳腺肿瘤的良恶性类别作为神经网络输出，从而构建基于BP神经网络的乳腺肿瘤辅助诊断模型。

（1）隐含层层数：本文考虑到基于BP神经网络的乳腺肿瘤辅助诊断模型的输入和输出规模较小，选用一层隐含层。

（2）隐含层节点个数：本文采用初始隐含层节点范围公式计算隐含层数目。其中，s表示隐含层节点数目，m表示输入层节点数目，n表示输出层节点数目，a是1～10之间的整数。本文设定隐含层数目为10。

2.2.2模型重要参数设置

要建立一个BP网络，除了对隐含层层数和节点个数的设置，还需要对BP神经网络训练函数、节点传递函数、误差界值、学习率等参数进行初步设置。本文选择系统默认的Levenberg-Marquardt优化算法作为BP神经网络的训练函数[9]；初步设置BP神经网络默认的节点传递函数tansig为隐含层节点传递函数；网络需要输出的值是线性具体值，所以网络输出层的节点传递函数初步选择purelin；误差界值设置为0.01，既足以满足网络的精度要求，又可以保证网络收敛速度；学习率初步设置为0.1，既能避免学习率过大造成的网络不收敛，又避免学习率过小造成的时间复杂度高。具体设置如表1所示。

3算法仿真实验

实验数据：本研究中的乳腺肿瘤病例样本数据来自于DDSM机器学习数据库。选取555例乳腺瘤数据样本作为实验数据，其中包括344例良性乳腺肿瘤数据，211例恶性乳腺肿瘤数据。

实验环境如下：操作平台为Windows7操作系统，仿真平台为MATLAB2012图像处理软件，硬件环境为4G内存、750G硬盘、i5-3230M处理器。

3.1图像分割

首先从555例实验图像中提取ROI，图3为5例良性乳腺肿瘤图像与5例恶性乳腺肿瘤图像以及经过图像分割处理后的ROI。

3.2特征提取

针对3.1节分割后的555个ROI进行特征提取，提取到的特征有79维，基于不变矩的形状特征为：R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7；基于图像内容的几何特征为：周长、面积、圆形度、矩形度、伸长度、紧致度、欧拉数；基于灰度直方图的灰度特征为：平均灰度、一致性（标准差）、灰度波动、倾斜度、峰度、梯度能量；基于灰度共生矩阵的纹理特征为：能量、熵、惯性矩、相关性、逆差距、方差、和的均值、和熵、差熵、和的方差、差分方差、相关信息度量（f12，f13）、最大相关系数；频率特征为空间频率；边缘特征为：边缘锐度、边缘平均梯度，具体特征见表2。

3.3基于遗传算法的特征选择实验

实验数据使用在3.2节实验中所得的555幅图像的79维特征数据。按照遗传算法特征选择的步骤进行仿真，随着进化代数不断增加，群体适应度越来越高，也即预测值与期望值之间的误差越来越小，群体整体表现越来越好。当迭代次数达到设定的最大迭代次数时，终止进化，并输出该种群中适应度最好的个体对应输入变量的基因编号。它们分别是：1，4，8，9，10，12，14，15，17，18，19，22，23，24，25，26，28，即选择后输入特征是：基于不变矩的1阶、4阶等2个矩特征；基于灰度直方图的平均灰度、一致性、灰度波动、峰度等4个灰度特征；基于图像内容的周长、面积、矩形度、伸长度、紧致度等5个灰度特征；边缘锐度、边缘平均梯度等2个边缘特征；基于灰度共生矩阵（0°方向）的能量、熵、惯性矩、逆差距4个纹理特征，共17维特征，具体见表3。即经过遗传算法的选择，确定该17维特征参与下一步的辅助诊断仿真。

3.4基于BP的乳腺肿瘤辅助诊断实验

实验数据使用在3.3节实验中所得的555例图像的17维特征数据。BP神经网络的输入是17维特征数据，期望输出是良性乳腺瘤和恶性乳腺瘤两个类别，通过仿真实验来检验只含有选择后的特征输入的BP网络性能。网络的期望输出值只能取1或2作为己标记的良恶性乳腺肿瘤分类。网络的预测输出值大于0.5且小于等于1.5，则视为良性乳腺瘤；如果该值大于1.5且小于等于2.5，则视为恶性乳腺瘤。

将555份样本数据随机排序并编号后，采用5-折交叉法将其分为5组，其中1～111号为第1组、112～222号为第2组、223～333号为第3组、334～444号为第4组、445～555号为第5组。每次实验使用的训练样本数据和测试样本数据如表4所示。5次仿真实验的结果迭代次数、建模时间和识别率如表5所示。

由表5可知，本文模型的平均迭代次数为8.6次，乳腺肿瘤辅助诊断准确率的平均值为96.75676%，并且每次仿真的迭代次数和准确率非常接近。在仿真过程中发现，建模时间基本在2s左右，建模速度较快。总之，在进行辅助诊断时，输入特征的维数应根据需要筛选核特征，去除无关冗余信息，不仅能提高网络性能，也会降低时间复杂度。

在第5次仿真实验中，良性肿瘤64例，恶性肿瘤47例，训练样本共111例。其中良性肿瘤确诊63例，误诊1例，良性肿瘤检测率为98.44%；恶性肿瘤确诊45例，误诊2例，恶性肿瘤检测率为95.74%。总检测样本111例，确诊108例，误诊3例，检测准确率为97.30%。仿真实验预测结果如图4～图6所示。图4为预测结果图，图5为线性回归曲线图，图6为均方误差收敛图。

4结语

本文在BP神经网络与乳腺肿瘤辅助诊断方法的基础上，利用遗传算法对BP神经网络所需的特征进行选择，优化了BP神经网络辅助诊断模型，从而提高了模型整体性能。首先使用遗传算法对BP神经网络的输入特征进行提取，然后选择17维有效特征用于BP神经网络模型建模。仿真实验结果表明，基于GA特征选择的BP神经网络模型对乳腺瘤的诊断准确率达到96.76%，在减少输入特征的情况下，建模时间更少，识别率更高。因此，基于遗传算法―BP神经网络的乳腺肿瘤辅助诊断模型取得了良好的诊断效果。

参考文献：

[1]胡永升.现代乳腺影像诊断学[M].北京：科学出版社，2001.

[2]刘君，方志沂.乳腺癌的早期诊断[J].中国全科医学，2002，5（6）：431432.

[3]郝欣，曹颖，夏顺仁.基于医学图像内容检索的计算机辅助乳腺x线影像诊断技术[J].中国生物医学工程学报，2009，28（6）：922930.

[4]AFSANEHJALALIAN，SYAMSIAHBTMASHOHOR，HAJJAHROZIMAHMUD，etputeraideddetection/diagnosisofbreastcancerinmammographyandultrasound：areview[J].ClinicalImaging，2013，37（3）：420426.

[5]CDROMAIN，BBOYER，RFERRE，etputedaideddiagnosis（CAD）inthedetectionofbreastcancer[J].EuropeanJournalofRadiology，2013，82（3）：417423.

[6]MARCLOBBES，MARJOLEINSMIDT，KRISTIENKEYMEULEN，etal.Malignantlesionsonmammography：accuracyoftwodifferentcomputeraideddetectionsystems[J].ClinicalImaging，2013，37（2）：283288.

[7]XIAC，YANGZ，LEIB，etal.SCGandLMimprovedBPneuralnetworkloadforecastingandprogrammingnetworkparametersettingsanddatapreprocessing[C].2012InternationalConferenceonComputerScience&ServiceSystem（CSSS），IEEE，2012：3842.