设计理性模型（精选7篇）
设计理性模型 篇1
摘要：结合片上网络的硬件实现结构和先进工艺集成电路物理效应对片上网络存在的故障行为进行分析。进而对现的多种故障模型合理性进行了深入探讨,指出了其存在的缺陷及问题。在此基础上从故障产生的成因出发,对面向片上的容错多种设计方法进行了检讨和反思。通过本文的分析可以看出,需要在结合其自身硬件结构的基础上深入分析物理效应所引起的故障行为,才能有针对性的设计出真正高效、可靠的片上网络。
关键词：片上网络,容错设计,可靠性
0引言
以2000年由瑞典 皇家理工 学院Hemani、Janstch等人首先 在论文中 明确定义 了 “Network on Chip ”的概念为 标志[1], 片上网络 正式成为 一个研究 领域已经15年了 。 自该领域 诞生之初 起 ,片上网络 的可靠性 设计就被 作为一个 重要问题 被各国研 究者所重 视 。 Benini和Micheli分析了片 上通信网 络的分层 模型并且 给出了每 层模型应 该具备的 功能时 , 明确提出 了可靠性 设计的需 求[2]。 片上网络 的可靠性 问题随着 集成电路 工艺的进 步和片上 网络互联 规模的扩 大变得日 趋严重 。 一方面集 成电路工 艺在向纳 米级演进 的过程中 ,由于加工 精度 、功耗密度 、 集成规模 等因素而 导致工艺 误差 、 老化 、 单粒子翻 转等问题 日益严重 ,从而导致 器件的故 障概率极 大增加 。 另一方面 随着片上 网络规模 的扩大而 导致的总 元件数量 的上升 ,导致片上 网络中故 障发生的 总量急剧 上升 。 因此通过 合理的容 错设计方 法提升片 上网络的 可靠性成 为片上网 络进一步 发展过程 中绕不开 的一大难 题 。
集成电路 的故障类 型依据其 发生频率 和产生条 件可以划 分为临时 性故障(Transient Fault) 、间歇性故 障 (Intermittent Fault ) 以及永久 性故障 ( Permanent Fault ) 三类[3]。 参考文献 [4] 中总结了 多种不同 的物理效 应和三类 故障的对 应关系 。 临时性故 障主要由 于孤立事 件翻转 (Single Event Upset , SEU和Single Event Transient , SET ) 以及电子 系统内部 噪声引起 。 此类故障 的主要特 点是临时 出现且发 生位置随 机分布 ,与外界环 境和工作 条件关系 不大 。 与临时性 故障相对 应的是永 久性故障 ,主要由工 艺误差 、老化 、电迁移等 原因引起 的元器件 损伤造成 。 永久性故 障一旦发 生将永久 存在 ,且故障的 总量将随 着集成电 路使用时 间的增加 而持续增 大 。 永久故障 的位置分 布有一定 的随机性 , 但由老化 、 电迁移等 原因引起 的永久性 故障则在 一定程度 上受温度 、功耗密度 等内外部 环境因素 的影响 。 间歇性故 障介于临 时性故障 和永久性 故障之间 , 主要是由 于不同因 素而导致 的时序问 题而诱发 。 虽然某些 因老化等 因素导致 的间歇性 故障会随 着集成电 路使用时 间的增加 而退化为 永久性故 障 ,但更多的 间歇性故 障则是由 于特定时 刻串扰 (Crosstalk)、 温度变化 ( Temperature Variation ) 、 电压紧急 ( Voltage Emergency ) 等内外部 环境因素 造成的时 序问题而 引发 。 因而这些 时序问题 发生的时 间和概率 虽然也呈 现出一定 的随机性 ,但却更容 易发生在 集成电路 中关键路 径 (Critical Path ) 和受环境 因素影响 更大的区 域 。 由于间歇 性故障和 临时性故 障均不会 持续发生 ,在以往的 一些研究 中通常将 其归为一 类故障加 以研究[5]。 但随着集 成电路工 艺的进步 和低压/近阈值集 成电路设 计方法的 兴起 , 间歇性故 障由于其 发生概率 极大提升 而成为了 一个重要 问题[6], 近年来针 对这类故 障的研究 明显增加 。
由于集成 电路故障 成因和类 型的研究 大多属于 器件和工 艺层面的 研究内容 ,在研究容 错设计时 通常需要 根据设计 目标的特 点将其抽 象为特定 的故障模 型以便深 入研究 。 在抽象的 过程中将 不可避免 地简化故 障的某些 特征 ,而不合理 的特征取 舍可能导 致基于此 模型的容 错设计研 究出现偏 差 ,进而设计 出容错效 率较低的 硬件结构或出现过度设计(Over Design)。 对于片上网络而言 , 故障可以 在数据链 路层 、网络层和 传输层分 别被抽象 为不同的 模型 。 数据链路 层主要将 故障抽象 为链路上 信号的阻 塞 (Stuck-at)和翻转 (Upset)[7]。 网络层的 故障模型 主要为自 适应容错 路由研究 服务 ,传统上将 故障划分 为链路故 障和路由 器故障[8]。 在传输层 的故障模 型则主要 是考虑数 据包内容 错误或完 全丢失[9]。 这些模型 在很大程 度上降低 了容错设 计的复杂 度 ,但相应的 也隐藏了 一些关键 特性 。 但更为严 重的是 ,这些模型 大多直接 借鉴传统 的计算机/通信网络 故障模型 , 对片上网 络的特异 性没有给 予足够的 体现 。 造成这种 情况的部 分原因是 因为片上 网络在研 究的初期 大多以架 构设计 、 拓扑分析 、 路由算法 研究等相 对高层次 的研究为 主 ,与之相伴 的容错设 计研究也 大多采用 相对粗糙 的模型 。
随着片上 网络研究 的全面成 熟和片上 多核技术 的普及 ,片上网络 已经从系 统结构设 计层面转 向实现与 应用层面 。 自2007年Tilera公司推出 了基于片 上网络互 联结构的64核处理器Tile64[10]起 ,基于片上 网络的多 核处理器 芯片日渐 增多 。 多伦多大 学ABDELFATTAH M S等人于2014年发布了 面向现场 可编程门 阵列 (FPGA) 的嵌入式 片上网络[11]则标志着 片上网络 开始被用 于多核处 理器芯片 以外其他 类型的芯 片中 。 而在这一 过程中片 上网络的 实现结构 也日益明 确 ,多数关键 模块的实 现形式已 有一些基 本定论 。 因此我们 有条件重 新思考在 当前和未 来集成电 路工艺条 件下片上 网络故障 模型的合 理性 , 从而得到 更加合理 、 可行 、 适用的故 障模型 , 为进一步 提升容错 设计的容 错效率并 减少过度 设计带来 的额外开 销奠定基 础 。 同时正确 地分析导 致故障行 为的物理 效应 ,也将有助 于设计合 理的容错 方案 。 本文将分 别对现有 片上网络 故障模型 和容错设 计方法的 合理性进 行初步分 析 ,为从事片 上网络容 错设计的 相关研究 者提供参 考 。
1片上网络故障模型合理性分析
传统的片 上网络故 障模型在 片上网络 容错设计 的研究中 曾发挥过 重要作用 ,但随着片 上网络的 发展以及 实用化程 度的提高 ,片上网络 故障模型 与实际的 片上网络 故障行为 之间的差 距日益明 显 。 因此需要 从造成片 上网络故 障行为集 成电路物 理效应出 发 ,重新审视 片上网络 故障模型 的合理性 。
1.1传输层故障模型分析
传统网络 的传输层 故障模型 主要分为 数据包内 容错误与 数据包完 全丢失 。 其中数据 包丢失是 传统网络 传输层所 要解决的 主要问题 。 造成传统 网络中传 输层数据 包丢失的 主要原因 包括 :
(1) 数据包内容错误超过底 层协议可以 恢复的极 限而被底 层硬件 (如网卡等 )直接丢弃 而造成的 数据包丢 失 ;
( 2 ) 数据报头 错误导致 错误的传 输 , 如IP报头 、 TCP报头校验 错误时数 据包会被 丢弃而造 成数据包 丢失 ;
(3 ) 由于传输过程中链路拥 塞而导致数据包 超过生存 时间而被 丢弃 。
由于数据 包内容成 果底层协 议可以恢 复的极限 这一问题 和底层故 障概率以 及容错设 计能力有 关 ,传统网络 中数据包 由于传输 距离较远 而容易出 现错误 ,而片上网 络底层的 故障概率 却并不一 定很高 。 对这一问 题的具体 探讨将在1.3节中再详 细讨论 。
相比于传 统网络 ,片上网络 的传输层 故障有其 不同的特 征 。 相对于传 统网络 ,片上网络 的规模偏 小且拓扑 结构相对 固定 ,因而在设 计之初可 以通过多 种仿真方 法对片上 网络的传 输带宽作 较为精确 的分析 。 同时由于 片上网络 所承载的 是多处理 器核心之 间传输的 信息 ,由于信息 传输实时 性要求较 高而导致 拥塞避免 是片上网 络设计优 化过程中 必须要考 虑的重要 问题 。 因此由于 链路拥塞 而丢弃数 据包这种 行为通常 在片上网 络中并不 被允许 ,因而这一 故障原因 在片上网 络中并不 存在 。
与传统网 络大多采 用串行传 输方式不 同 , 片上网络 基本是基于Flit的并行传输方式,通常在首个Flit中包含地址 、控制等重 要信息 。 由于采用 并行传输 的方法 ,不同的位 通常采用 不同的物 理连线传 输并独立 地存储于 不同的存 储单元中 ,因此针对 重要信息 的位所用 物理连线 和存储单 元可以采 用有别于 普通位的 保护措施 以加强 。 如对地址 信息采用 性能更强 的纠错编 码 ,控制信号 采用三模 冗余 (TMR)等[12],这些链路 层容错措 施将有效 降低甚至 消除由于 报头错误 而导致的 数据包丢 失的问题 。
综上 , 在一个容 错设计合 理的片上 网络中 , 传输层故 障模型中 的数据包 丢失故障 可以基本 忽略 。 因此需要 充分地分 析底层设 计的容错 能力以确 定正确传 输层故障 模型是否 需要考虑 丢包故障 。
1.2网络层故障模型分析
在过去10多年片上 网络容错 路由的研 究通常面 向由永久 性故障引 起的片上 网络路由 节点或链 路功能性 问题 , 通常认为 由于制造 缺陷 、 老化等原 因造成的 晶体管失 效是导致 永久性故 障的主要 原因 。 在传统网 络的网络 层故障模 型中 ,故障一般 被分为链 路故障和 路由节点 故障以方 便容错路 由算法的 研究 。 在早期的 片上网络 容错路由 的研究中 也普遍地 采用了这 样的划分 方法 ,这一时期 片上网络 的研究大 多停留在 架构设计 与分析的 层面 。 但随着Intel等公司先 后发布了 一系列基 于片上网 络的多核 处理器芯 片[13]之后 ,片上网络 的硬件实 现结构日 益明确 ,相应的网 络层故障 模型也需 要革新 。
传统网络 中路由节 点故障可 能由多种 原因导致 , 如路由器 的电源失 效导致其 因断电而 无法工作 ,整个路由 器的功能 将完全丧 失而导致 与其相连 的链路均 处于断开 状态 。 片上网络 路由节点 与传统网 络路由节 点不同的 是其功能 完全由晶 体管组成 的逻辑电 路实现 ,而晶体管 并不会出 现大面积 同时失效 的情况 。 因此 ,如果单个 晶体管的 失效不会 导致整个 片上网络 路由节点 的功能完 全丧失 ,则片上网 络路由节 点故障实 质上并不 存在 。
一个典型 的片上网 络路由节 点硬件实 现结构如 图1所示 。
从图1中可以看 出其数据 通路 (Data path)可划分为 输入缓冲 器 、交换矩阵 、输出寄存 器等三个 部分 。 其中输入 缓冲器中 任何晶体 管失效最 多只能导 致与自身 相关的输 入链路出 现故障 ,输出寄存 器中任何 晶体管失 效同样最 多只能导 致与自身 相关的输 出链路失 效 。 因而这两 部分任意 晶体管失 效均无法 造成整个 路由节点 出现工作 不正常的 情况而导 致路由节 点故障 。 交换矩阵 中的故障 行为和其 具体的实 现结构有 关 , 参考文献 [14] 中给出了 三种不同 的交换矩 阵实现方 式 ,可以分别 由传输管 矩阵 、三态门矩 阵以及标 准CMOS逻辑门实 现的多路 复用器 。 传输管矩 阵和三态 门矩阵相 比于标准 的CMOS逻辑门的 多路复用 器而言虽 然具有更 小的面积 和更低的 功耗 , 但由于这 两种方案 均存在延 迟难以确 定 、 驱动能力 偏弱 、可能由于 控制信号 的时序问 题而产生 临时性的 短路等问 题而在实 际的芯片 中较少采 用 。 采用传输 管矩阵构 建交换矩 阵时 ,若某个传 输管由于 某种原因 处于导通 状态 , 则至少有 一对输入 线与输出 线处于短 路状态 ,如图2(a)所示 。 处于这种 状态的交 换矩阵不 但影响故 障传输管 所在的输 出 ,还有可能 通过短接 的输入线 影响到其 他输出的 电平 。 而采用的 三态门矩 阵和标准CMOS逻辑门的 多路复用 器构建的 交换矩阵 由于其单 向传输的 特性 , 则只会影 响到故障 所在的输 出 , 如图2 (b) 所示 。 由此可见 , 在不采用 传输管矩 阵构建交 换矩阵时 , 单个晶体 管的失效 只影响其 所在的输 出端口 ,而不会波 及其余输 出端口 。 因而在大 多数不采 用传输管 实现交换 矩阵的路 由节点中 ,数据通路 上任意位 置出现单 个晶体管 失效均可 以被等效 为输入链 路故障或 输出链路 故障 ,而不会出 现路由节 点功能整 体失效的 情况 。
在对路由 节点的架 构分析中 , 路由节点 控制通路 ( Control path ) 故障通常 被认为会 导致路由 节点整体 功能失效 。 这是因为 架构设计 人员在仿 真中习惯 于调用同 样的功能 函数来模 拟各个输 入和输出 链路的路 由 、仲裁等功 能 。 但在实际 的路由节 点硬件结 构中 ,路由计算 单元通常 与输入缓 冲器配对 实现 ,而仲裁电 路则通常 与输出寄 存器配对 实现 。 这样设计 的原因是 可以保证 多个输入 输出链路 可以同时 完成路由 计算 /仲裁的工 作 , 从而最大 限度地利 用硬件并 行工作的 特性提升 包交换的 速度 。 参考文献[15]中给出了 路由计算 模块和仲 裁模块实 现的示意 图 , 从中可以 较为明确 地获悉这 种配对的 特性 。 因此 ,当某个路 由计算单 元中晶体 管失效而 导致该单 元工作不 正常时 ,可以认为 与之配对 的输入缓 冲器工作 不正常而 将其等价 为输入链 路故障 。 而当某个 仲裁模块 中晶体管 失效而导 致该单元 工作不正 常时也可 以认为与 之配对的 输出寄存 器工作不 正常而等 效为输出 链路故障 。 因此 ,在一般情 况下路由 节点控制 逻辑中单 个晶体管 失效也不 会造成其 整体功能 失效 。 随着失效 晶体管数 量的增加 ,可能出现 多条输入/输出链路 故障 , 从而使得 节点大部 分功能丧 失 。 此时可以 将多条链 路故障等 效为路由 节点故障 。
结合上面 的分析可 以得出这 样的结论 , 在使用常 规的片上 网络路由 器硬件结 构设计方 案时 ,单个或少 量的晶体 管失效通 常不会引 起路由节 点整体功 能的失效 或故障 。 这些故障 基本可以 被等效为 链路故障 而非路由 节点故障 。 但随着一 些新的仲 裁方法或 路由算法 的提出 , 其对应的 电路结构 可能会发 生一些变 化而导致 出现路由 节点故障 的可能 ,但出现这 种故障的 可能性需 要进一步 探讨 。 针对一个 具体的片 上网络设 计其容错 方案时对 片上网络 路由节点 的具体电 路结构进 行适当的 分析 ,即可以确 定是否有 必要采用 路由节点 故障模型 。 目前大部 分容错路 由的研究 者已经开 始更倾向 于使用链 路故障模 型而非路 由节点故 障模型 。
1.3链路层故障模型分析
链路层故 障模型主 要考虑由 于数据在 传输过程 中某些比 特位的翻 转 、呆滞等现 象造成该 位出现错 误 。 造成链路 层故障的 物理效应 有很多 。 元件老化 、电迁移效 应 、制造误差 等原因造 成的某位 信号线短 路或断路 可以被认 为是链路 层的永久 性故障 ,单粒子翻 转效应等 影响存储 单元状态 而造成数 据错误可 以被认为 是链路层 的临时性 故障 ,电压紧急 、串扰 (Crosstalk)等在特定 的外部环 境或特定 工作状态 下引起的 数据错误 可以被认 为是链路 层的间歇 性故障 。 因而链路 层故障实 际包含了 临时性故 障 、 间歇性故 障和永久 性故障三 种不同的 故障分类 。 这三种故 障在链路 层虽然故 障行为表 现相近 ,但由于其 成因的区 别导致使 用链路层 故障模型 时其故障 概率和故 障注入方 式有所区 别 。
临时性故 障由于是 由单粒子 翻转等原 因引起的 , 其发生时 间和位置 均近似呈 随机分布 。 因此针对 临时性故 障的链路 层故障模 型可以视 为以一定 的概率随 机在更改 任意位置 、 任意信号 线的值 , 并不需要 对故障的 注入做特 殊的处理 。 发生间歇 性故障则 明显的受 到环境以 及具体硬 件结构的 影响 ,其发生的 时间和位 置存在一 定的规律 性 ,但故障是 否发生仍 然具有一 定的随机 性 。 永久性故 障根据其 产生原因 不同 ,故障出现 的规律也 有较大区 别 。 由加工误 差引起的 永久性故 障在分布 时具有随 机性 , 但由于老 化引起的 永久性故 障则明显 与环境有 关 , 因而其空 间位置的 分布不是 完全随机 的 。 所以链路 层间歇性 故障和永 久性故障 的发生概 率和空间 分布问题 是一个需 要讨论的 问题 。
首先对链 路层间歇 性故障的 发生概率 和空间分 布加以讨 论 。 串扰 (Crosstalk)被认为是 引起链路 层间歇性 故障的一 个重要因 素 。 一般认为 由于信号 线上特定 的信号跳 变引起某 些信号变 化延迟 ,若恰好与 时钟抖动 等因素相 配合则容 易导致该 信号被保 存为一个 错误的值 ,从而引发 故障 。 一般片上 网络容错 设计研究 者在考虑 串扰引起 的间歇性 故障时 ,通常习惯 于从信号 跳变过程 本身去加 以考虑 , 通过编码 或其他方 式改变跳 变的图案 ( Pattern ) 来对其加 以避免[16]。 但实际上 串扰本身 是否会发 生其实需 要一定的 外部条件 ,同时其是 否会引起 故障实际 上更取决 于其是否 真正破坏 了数字集 成电路的 时序 。 要发生串 扰通常需 要信号线 线距和线 长均满足 一定的条 件 ,因而可能 发生串扰 的位置通 常在两个 路由节点 之间的互 联线上而 非其内部 连线 。 但从参考 文献[17]中明确给 出的路由 节点中各 级流水线 延迟的情 况来看 ,在链路传 输 (Link Transmission ,LT)即两个路 由节点之 间信号传 输阶段的 延迟要远 远小于其 他级流水 线 。 换言之 , 在常规拓 扑结果中 链路传输 本身并不 处于关键 路径 ( Critical Path ) 上 。 因而不管 是否出现 因为串扰 而导致信 号延迟的 情况 ,在链路传 输阶段的 时序余量 可以充分 保证被下 一级路由 节点接收 的信号处 于稳定状 态 。 但对于某 些面向特 定应用的 非规则片 上网络而 言[18],在网络中 存在一定 的长走线 ,因而可能 由于延迟 较大而容 易受到串 扰的影响 。 造成间歇 性故障的 其他因素 诸如电压 紧急 、 温度等同 样导致特 定位置的 信号出现 故障 , 通常这些 故障更多 出现在关 键路径上 。 在设计阶 段虽然设 计者无法 准确地预 知所有故 障发生的 位置与概 率 ,但却可以 通过对设 计方案进 行仿真与 分析确定 容易发生 故障的薄 弱环节 ,从而合理 地设置和 使用链路 层故障模 型 。
链路层永 久性故障 的发生概 率和空间 分布同样 有一定规 律可循 。 由于老化 引起的永 久性故障 与老化条 件有关 ,因而分析 并确定容 易引起老 化的环境 因素对确 定这类故 障发生的 概率和空 间分布是 有很大帮 助的 。 温度是引 起晶体管 老化的重 要原因 ,对于集成 电路的温 度分布可 以在设计 阶段即通 过一系列 的热仿真 得到 。 而由于工 艺误差或 制造过程 引起的永 久性故障 比较难以 精确建模 , 但可以通 过分析电 路模块的 规模简单 等效得到 , 在此不再 赘述 。
2容错设计方法合理性分析
片上网络 的容错设 计方法已 有相当数 量的论文 讨论 , 但这些论 文通常只 注重介绍 容错方法 本身 , 而对容错 设计方法 的使用前 提与使用 场景缺乏 深入分析 与讨论 。 这一现象 导致容错 设计方法 的合理性 存在较大 问题 ,因而本文 结合之前 对故障模 型的分析 对容错设 计方法的 合理性进 行必要的 分析 。
2.1基于离线测试的容错方法
基于离线 测试的容 错方法是 一种最基 本的容错 方法 ,其目的在 于提高芯 片的良品 率 。 较为典型 的基于离 线测试的 容错方法 即为片上 网络自适 应路由 。 大多数自 适应路由 都是在故 障状态已 知的前提 下 ,通过外部 所给出的 故障信息 按自适应 路由算法 调整信息 的传输路 径以避开 出现故障 的链路或 路由节点 。
按具备自 适应路由 能力的路 由节点对 故障信息 的知晓程 度不同 ,自适应路 由可分为 基于全局 信息的自 适应路由 算法 、基于局部 信息的自 适应路由 算法和基 于本地信 息的自适 应路由算 法三类 。 基于全局 信息的自 适应路由 算法需要 使用整个 网络的各 个资源的 状态信息 。 当然 ,一个路由 器需要确 切知晓网 络中所有 资源的状 态信息非常困难,代价非常高。 因而此类算法常采用空间迭代 , 使得每个 路由器获 得等价的 全局信息 , 如Q-Routing[19]。 基于局部 信息的自 适应路由 算法需要 路由节点 知晓临近节点的 信息 ,Fo N[20]以及FRR[21]是此类算 法的典型 代表 。 相比于全 局信息 ,获取局部 信息的代 价要小很 多 。 此类自适 应路由算 法也一直 在优化故 障信息传 输的开销 。 基于本地 信息的自 适应路由 算法则只 关注与路 由节点相 连的链路 或节点的 状态 ,Gradient算法[22]就是该类 算法的代 表 。 这三类算 法中虽然 基于全局 信息的自 适应路由 算法效果 最好 ,但由于其 信息传播 开销最大 而较少有 人研究 。 基于本地 信息的自 适应路由 算法性能 提升受到 较大限制 而导致优 化空间较 小 ,但在故障 概率较低 的情况下 已经足以 满足设计 需求 。 基于局部 信息的自 适应路由 算法是前 几年研究 的热点 ,其难点在 于平衡信 息传播开 销 、算法复杂 度等多方 面的因素 。
在传统的 自适应路 由方法的 研究论文 中几乎不 曾提及如 何检测并 确定某条 链路或路 由节点已 处于故障 状态 ,其通常认 为故障信 息已经确 认并作为 已知前提 开展研究 。 因而 ,离线测试 作为一种 基本的检 测手段可 以直接与 这些自适 应路由算 法相配合 作为提高 良品率的 方法 。 但需要注 意的是离 线测试只 能针对出 厂后的芯 片加以检 测 , 因而主要 检测由于 生产加工 问题而引 起故障 。 这类故障 的成因 、分布及其 行为在前 文已有分 析 。 在选择或 设计合理 的自适应 路由算法 时应对其 充分加以 考虑 ,避免使用 与之不相 符合的故 障模型或 错误估计 故障概率 。
2.2基于在线测试的容错方法
与基于离 线测试的 容错方法 不同 , 基于在线 测试的容 错方法往 往需要与 一定的在 线测试手 段相配合 。 首先通过 在线测试 确定故障 的位置或 发生的概 率 ,再采取相 应的方法 绕开或替 换故障单 元以达到 容错的目 的 。
基于编码 的在线检 测方法是 开销较小 、 实现也较 为方便的 一种 。 这种方法 通过检错 或纠错编 码检测传 输过程中 数据出现 的错误 。 但由于纠 错编码同 时也具备 错误数据 恢复的功 能 ,因而在大 多数研究 中把这类 方法归结 于容错方 法而非在 线检测方 法 。 但实际上 合理运用 纠错或检 错编码并 与测试数 据注入方 法配合是 可以达到 在线检测 效果的 ,在后文中 将对此做 一定的分 析 。 基于编码 的方法可 以很方便 地与重传 机制相配 合构成较 为高效的 混合纠错 重传机制 (hybrid FEC/ARQ )[23], 该方法对 于临时性 故障的容 错效果较 好 。 但使用混 合纠错重 传机制会 导致比较 大硬件开 销和传输 延迟 ,因而通常 被用于传 输层容错 。
按照特定 的规则向 网络注入 专门的测 试数据包 , 可以根据 包的到达 情况和接 受到的数 据对片上 网络的链 路和路由节点加以检测。 与基于编码的方法不同的是,由于发送 的数据包 内容是确 定的 ,可以在接 收端通过 比对检测 出链路中 多个数据 故障 。 由于其传 输路径可 以提前设 置 , 可以对路 由节点中 不同的传 播路径加 以测试[24]。 使用特定 的测试数 据包不但 可以判断 链路层故 障引起的 数据错误 ,还可以通 过数据包 能否正常 地通过特 定的传输 路径来判 断路由节 点中某些 控制逻辑 是否出错 。 当测试出 路由节点 的问题后 将其映射 为链路故 障模型 ,再配合自 适应路由 算法即可 以实现网 络层容错 设计 。 采用专门 测试数据 包的另外 一个优点 在于通过 统计已到 达数据包 的错误概 率 ,在明确数 据包传输 路径的基 础上可以 求解出不 同链路或 传输路径 上包的错 误概率 ,进而对于 诊断间歇 性故障有 极大的好 处 。
在线测试 的另外一 种方式是 采用在线 的内建自 测试(BIST)电路 。 这类在线 测试方法 需要针对 片上网络 设计专门 的电路测 试电路[25],并用适当 的方法将 被测电路 与其他的 部分电路 隔离 。 采用内建 自测试电 路可以在 更细粒度 的层面检 测故障 ,有利于采 用更细粒 度的错误 恢复机制 。 但内建自 测试电路 测试的规 模与其测 试粒度有 关 ,测试粒度 越细则电 路复杂度 和规模越 大 。 近年来将 内建自测 试电路用 于片上网 络容错设 计的研究 者主要把 精力放在 如何平衡 在线检测 性能 、粒度和代 价 。
2.3基于纠错和硬件冗余的容错方法
纠错与硬 件冗余从 本质上来 说属于同 一类方法 。 纠错依靠 传输更多 的信息使 得数据错 误可以被 修复 ,硬件冗余 则通过在 网络中增 加更多的 硬件资源 以使当部 分硬件出 现故障时 片上网络 仍然可以 正常运行 。 在传输更 多信息时 必然涉及 到使用更 多的硬件 资源如连 线或存储 单元来 ,因而也是 一种意义 上硬件冗 余 。 严格意义 上说 ,片上网络 自适应路 由算法就 是利用了 片上网络 互联资源 的硬件冗 余来达到 容错目的 。
纠错的效 果与纠错 编码的复 杂度以及 传输过程 中出现错 误的概率 有关 。 在端到端 传输的错 误概率显 然大于在 两个路由 节点之间 传输的错 误概率 。 因而在两 个路由节 点之间才 有纠错编 码的效果 显然好于 端到端传 输 , 但后者的 面积 、延迟 、功耗等开 销要远远 小于前者[26]。 各种开销 的增加实 际上会导 致片上网 络的整体 性能下降 , 在很多时 候使得容 错设计失 去了原本 的意义 。 换言之 , 如果主动 降低片上 网络的性 能如运行 速度等 ,往往可以 使得间歇 性故障概 率下降而 在使用端 到端纠错 达到同样 的效果 。 这方面的 研究目前 尚缺乏比 较全面和 深入的分 析 。
最普通的 硬件冗余 容错方法 是三模冗 余 (Triple Modular Redundancy , TMR )[27], 即通过将 同样的硬 件资源复 制为3份同时运 算 ,通过投票 选取最可 能的结果 。 三模冗余 被广泛的 应用各种 高可靠要 求的硬件 设备中 。 但三模冗 余的劣势 也非常明 显 ,由于其三 倍于正常 硬件开销 而带来的 极大硬件 资源和功 耗增加 。 同时由于 三模冗余 导致硬件 开销增大 ,变相地也 使得错误 发生的概 率有很大 增加 。 因此 ,一种采用 硬件资源 相对精简 的模块作 为三模冗 余替代方 案的研究 思路也正 在兴起[28]。 这种方法 一方面减 小了各种 开销 ,另一方面 可以使得 系统的可 靠性进一 步提升 。
就纠错与 硬件冗余 的容错方 法而言 , 其面临的 最重要的 问题在于 设计本身 是否存在 过度设计 (Over Design) 而导致不 必要的开 销甚至影 响片上网 络可靠性 最大限度 地提升 。 这一方面 的研究由 于需要对 片上网络 从物理效 应 、故障概率 到容错设 计方法做 比较完整 的建模与 深入分析 而一直未 取得较大 突破 。
2.4其他容错方法
除上述多 种容错设 计方法外 , 还有一些 其他的容 错设计方 法可以被 应用到片 上网络的 容错设计 中 。 目前这些 方法已经 在其他电 路设计领 域被采用 了 ,但片上网 络领域研 究还相对 较少 。 基于感知 的容错方 法和基于 设计优化 的容错方 法就是比 较重要的 两种 。
基于感知 的设计方 法其实质 在于通过 测量环境 参数 、 分析电路 的工作状 态 , 进而判断 电路是否 在当前环 境条件下 工作在不 稳定的临 界状态 。 当判明当 前状态后 ,通过调整 电路的工 作状态使 得错误率 降低到可 以被纠正 的程度 。 目前这种 方法已经 被应用于 高能效处 理器可靠 性设计中[29]。 片上网络 领域还较 少见到采 用类似的 设计方法 。
基于设计 优化的容 错方法是 指在设计 优化时不 但考虑优 化系统性 能 、 资源或功 耗开销等 , 同时可以 把可靠性 问题加以 优化 。 例如可以 通过优化 专用片上 网络的拓 扑结构来 减少或避 免串扰引 起的故障 。 这一容错 设计方法 已经在专 用集成电 路中逐步 被采用 ,但同样在 片上网络 研究领域 使用还相 对较少 。
3结语
本文结合 片上网络 的硬件实 现结构和 先进工艺 集成电路 物理效应 对片上网 络存在的 故障行为 进行了总 结 , 分别就传 输层 、 网络层和 链路层的 故障模型 进行了详 细的分析 。 通过分析 表明现有 的故障模 型是存在 一定的适 用范围的 。 在此基础 上对不同 故障模型 所适用的 应用场景 也进行了 归纳总结 。 在分析故 障模型的 基础上对 现有的片 上网络容 错方法进 行了总结 ,对其合理 性和应用 方法作了 初步分析 。 从本文的 研究可以 看出 ,片上网络 容错设计 虽然经过 多年的发 展已经取 得了长足 的进步 ,但目前各 个研究点 还相对孤 立而未形 成全面完 善的解决 方案或研 究结论 。 片上网络 容错设计 还有赖于 各国研究 者的进一 步大力研 究 。
神经病理性疼痛动物模型 篇2
1 外周神经损伤模型
目前大部分外周神经损伤模型的建立是对啮齿类动物(大鼠或小鼠)单侧坐骨神经及其上游神经或下游分支进行处理而实现的。常见的有:坐骨神经慢性压迫(chronic constriction injury,CCI)模型、坐骨神经部分结扎(partial sciatic nerve ligation,PSNL)模型、脊神经结扎(spinal nerve ligation,SNL)模型、坐骨神经分支选择损伤(spared nerve injury,SNI)模型(见图1)等[1]。这些动物模型可表现痛觉过敏、痛觉异常以及自发痛等神经病理性疼痛症状,但是它们之间又有区别。
Wall 等人于20世纪70年代首先介绍的坐骨神经切断模型(sciatic nerve axotomy model)在手术几天后动物开始自噬或咬掉其受伤侧肢体和足趾,这种继发性的自残行为以前用于观察持续性疼痛行为学改变。但目前认为动物的自残行为由于后肢失去运动和感觉神经的支配,被动物当作异物咬掉,与神经病理性疼痛不同。Bennett 和Xie于1988年报道了CCI模型,他们用铬制肠线轻度结扎大鼠坐骨神经干,5~7d后,大鼠逐渐出现类似人类神经病理性疼痛的症状,具体表现为对热刺激、冷刺激和机械性刺激的痛觉过敏以及自发痛,但伤肢自噬现象较少。该模型极大地促进了神经病理性疼痛的研究,现在仍被广泛使用。其致病机制是大鼠对铬制肠线特异性的免疫反应,引起神经干肿胀,进而出现神经压迫和神经干部分切断,从而导致神经病理性疼痛的表现。1990年,Seltzer 报道了PSNL模型,他们用丝线紧紧结扎动物1/3或1/2处坐骨神经干,症状与CCI模型类似,但是出现疼痛相关行为的时间比CCI模型早,一般在几个小时之后即可出现,可持续数月。1992年,Kim和Chung报道了SNL 模型,方法是结扎大鼠的L5、L6脊神经或单独结扎L5脊神经,动物的机械性痛觉过敏症状明显,该模型的优点是损伤神经和未损伤神经的脊髓节段完全分开,有利于对比研究初级传入纤维是否或如何参与疼痛的发生机制,该模型制作相对复杂,较易感染。Decosterd和Woolf在2000年介绍了持续性神经病理性疼痛的动物模型即坐骨神经分支选择损伤(spared nerve injury,SNI)模型。他们结扎坐骨神经的3个终末分支中的2根(胫神经和腓总神经),发现有持续性疼痛存在,表现为大鼠周期性自发性地后肢退缩动作,另外大鼠对机械性刺激痛觉过敏,但是热痛阈改变不明显。
其他周围神经损伤模型有:背根神经节慢性压迫(chronic compression of DRG,CCD)模型,模拟椎间盘突出引起的神经根性痛,方法是将金属棒塞于L4和L5椎间孔压迫背根神经节,背根神经节内神经原性上升、出现异常和自发性疼痛。CCD模型特点是,保留了外周初级神经传入和传出功能,其DRG神经元胞体受直接持续压迫和继发炎症的刺激,与临床根性痛的情况相似。脊神经根切断(rhizotomy model)模型,尽管背根切断术被认为有治疗神经病理性疼痛的作用,但是大鼠的脊神经背根切断后可观察到机械性痛觉过敏,但痛阈改变值和持续时间均不及其他周围神经损伤模型。Back等在2002年介绍了部分损伤支配动物尾巴神经的神经病理性疼痛模型,表现为动物尾巴对温度痛觉过敏和对机械性刺激和冷温度痛觉异常。Idanpaan-Heikkila和Guilbaud结扎大鼠三叉神经,制作出三叉神经痛的模型。
2 中枢神经损伤模型
脑部和脊髓损伤后也可以出现严重的神经病理性疼痛。损伤脊髓的动物模型目前研究较多,包括脊髓创伤模型、脊髓缺血模型和脊髓兴奋毒性损伤模型等[2]。
Allen在1911年描述了脊髓撞击(或挫伤)模型(也称Allen模型),也是最古老和使用最广泛的脊髓损伤模型,模拟脊髓横断伤。方法是先手术暴露大鼠(或小鼠)胸腰段脊髓,然后用重物(砝码)砸在脊髓暴露部位,损伤脊髓节段可完全坏死,出现严重的后肢麻痹,排便功能障碍,数天后大鼠(或小鼠)出现了对躯体下部、后肢和尾部的搔抓、舔咬和自发嘶叫等现象,并长期存在。但是Allen模型无法研究感觉功能的改变。对于脊髓的机械性损伤,有人认为脊髓背角、背索及背外侧束均受损才能引发大鼠的神经病理性疼痛。
光化学脊髓损伤模型,在背部中线切开皮肤,暴露T8~T12节段的椎体。将光敏感染料赤藓红B静脉注射入动物体内,用氩离子激光照射暴露的椎体,可激活赤藓红B引起光化学反应,导致血管阻塞,内皮损伤,引起被照射脊髓区域缺血性损伤。这种模型模拟脊髓的缺血损伤,可以观察到动物自噬现象、有机械性和热痛觉异常以及痛觉过敏。
兴奋性中毒脊髓损伤模型,方法是在脊髓内注射兴奋性氨基酸,模拟脊髓损伤后兴奋性氨基酸水平增高的现象,可以观察到机械性和热痛觉过敏,有自发性痛的表现(过多的理毛行为)。常用的兴奋性氨基酸是使君子氨酸,使君子氨酸属于代谢型AMPA受体激动剂,脊髓内注射使君子氨酸可以诱发长时程的自发性痛,触觉痛觉异常和热痛觉过敏。其他的兴奋性氨基酸和致痛化学物质如:谷氨酸、5-HT、强啡肽、3-氨乙基吲哚椎管内或鞘内注射也可产生脊髓损伤后神经病理性疼痛症状。
3 糖尿病模型
糖尿病引起的神经病理性疼痛在动物身上也复制出类似的模型。一般是给予动物注射β细胞毒性药物四氧嘧啶或链佐星(STZ)。经静脉或腹腔内注射STZ最常用[3]。注射STZ引起糖尿病神经病理性疼痛模型出现坐骨神经功能、生化和结构方面的异常,与人类的糖尿病神经病理性疼痛很相似。神经病理性疼痛症状如接触性痛觉异常、机械和温度痛觉过敏都可在模型上观察到。但是动物模型的痛觉异常很明显,这一点与人类的糖尿病性神经病理性疼痛的症状中少见痛觉异常不符。
4 肿瘤模型
疼痛是癌症患者的常见症状,癌症相关疼痛的机制仍然在研究之中,目前认为癌性痛可能是由于肿瘤浸润或者压迫神经神经节或神经根、释放免疫活性物质,肿瘤释放的前伤害性感受物质作用等原因,化疗、放疗或者手术也可能引起神经病理性疼痛。严重的癌性痛通常与骨组织破坏和神经浸润有关。
目前报道的啮齿类动物癌痛模型已有多种[4]。较为常用的是将Meth a肉瘤细胞种植在BALB/c小鼠的坐骨神经制造出癌症侵犯引起的疼痛模型[1]。这些动物表现出痛觉异常、对热痛觉过敏以及自发性疼痛(表现为抬动肢体)。该模型有助于比较肿瘤模型和坐骨神经结扎模型在机械和/或化学方面的改变。肿瘤破坏骨组织的模型有:小鼠股骨癌痛模型,C3H/HeJ小鼠股骨接种小鼠溶骨肉瘤细胞NCTC2472后1~2周引起小鼠自发性以及诱发性痛行为;小鼠跟骨癌痛模型,小鼠跟骨接种溶骨肉瘤细胞NCTC2472后1~2周引起小鼠自发痛(舔爪)和诱发痛(机械痛、冷痛超敏);大鼠胫骨癌痛模型,SD(Wiatar)大鼠胫骨内接种大鼠乳腺癌细胞MRMT-1(Walker256)引起骨质破坏,表现机械痛超敏、痛过敏[2]。另外还有皮下癌痛模型,C57BL6小鼠脚掌皮下接种黑色素瘤细胞B16-BL6引起同侧脚掌热痛觉过敏。
不同的动物模型对骨保护素、阿片、环氧化酶-2抑制剂以及其他治疗方法反应不同,这说明存在不同的机制。无髓鞘传入纤维自发活性和敏化可能与骨癌诱导的疼痛有关。
5 化疗药物模型
可引起神经病理性疼痛的化疗药物有长春新碱、紫杉醇、顺铂等,化疗药物神经毒性引起的神经痛动物模型也已经建立。临床上关于化疗药物引起的神经痛报道有许多,紫杉醇是较受关注的一种[5]。紫杉醇是一种从太平洋地区生长的短叶红豆杉树皮内提取出来的抗肿瘤药物,可用来治疗卵巢肿瘤、乳腺肿瘤和非小细胞肺癌。紫杉醇通过促进微管稳定、干扰有丝分裂发挥抗肿瘤作用。由于它有较高的诱发严重的外周神经痛的发病率,因而其应用受到了限制。这类神经痛的特征为,感觉迟钝、麻木感和烧灼样疼痛。紫杉醇引起的神经病理性疼痛可能是由促炎因子介导的,这些促炎因子来自脊髓背角神经节激活的免疫细胞。
上述模型模拟人类疾病的不同发病原因,极大地促进了对神经病理性疼痛的研究。但是动物模型仍有很多不足之处,其中一个就是无法与动物进行语言交流,评估疼痛只能通过观察其行为反应,如甩尾反射、缩足反射等等。Viervk认为[6],动物“反射”指标有着本质缺陷,因为反射涉及运动神经元,运动神经元的功能很大程度上影响了测量值,故并非单纯反映疼痛改变。另外“反射”指标不能反映头端延髓腹内侧区信号传导通路的病理改变。他建议使用“operant model”代替“反射”指标,经过比较,operant model适合反映作用于大脑药物的作用,“反射”指标适合反映作用于外周神经和脊髓背角药物的作用。另外各种“反射”指标体现了动物的痛阈值改变,即痛觉过敏和痛觉异常症状的严重程度,但是临床上持续性疼痛患者占多数,单纯表现为痛觉过敏(轻微伤害性刺激引起过度疼痛)或痛觉异常(非伤害性刺激如触摸引起的疼痛)的患者较少,因此通过非刺激依赖性疼痛的定量指标进行研究更有价值,目前还没有找到合适对象。有人提出用自发抬足次数作为定量指标[7]。细胞标记物(如脊髓背角c-fos蛋白)表达量的改变、功能性磁共振(fMRI)、PET扫描成像也可能成为合适的指标,这些均有待于进一步研究。尽管动物模型不断改进,尽量模仿临床患者的病理状况,但是仍然存在着临床患者对各种干预措施的反应与试验动物不一致的情况。总体来说,神经病理性疼痛的动物模型还有待进一步改进。
摘要：神经病理性疼痛动物模型的不断发展极大地促进了对神经病理性疼痛机制的研究。但是,目前的动物模型仍有很多缺陷,需要不断地完善,对疼痛的观察方法也需要改进。
关键词：动物模型,神经病理性疼痛,神经损伤
参考文献
[1]Wang LX,Wang ZJ.Ani mal and cellularmodels of chronic pain[J].Advanced Drug Delivery Re-views,2003,55(8):949-965.
[2]Chao M.Ani mal models of pain[J].International Anes-thesiology Clinics,2007,45(2):121-131.
[3]Si ma AA,Sugi moto K.Experi mental diabetic neuropa-thy:an update[J].Diabetologia,1999,42(7):773-788.
[4]Hiroshi Ueda.Molecular mechanisms of neuropathic pain-phenotypic switch and initiation mechanisms[J].Pharmacology&Therapeutics,2006,109(1):57-77.
[5]Ledeboer A,Jekich BM,Sloane EM,et al.Intrathecal in-terleukin-10gene therapy attenuates paclitaxel-induced mechanical allodynia and proinflammatory cytokine ex-pressionin dorsal root ganglia in rats[J].Brain Behav I m-mun,2007,7(21):686-698.
[6]James N,Campbell,Richard A Meyer.Mechanisms of neuropathic pain[J].Neuron,2006,52(1):77-92.
设计理性模型 篇3
1.1 模型假设
1) 套餐中赠送的通话时长包括长途和市话, 而且长途和市话每分钟费用不同, 由于大部分的国内长途和本地通话每分钟的费用相差不大, 取长途和市话的每分钟费用平均值作为每分钟所花的费用。
2) 为简化模型, 进行套餐选取时不再考虑短信包、流量包、漫游, 来电显示, 彩铃等, 即套餐内能最大化的满足人的需求。
3) 在问题二模型建立的时候, 进行花费的计算默认为通话时长、短信数、流量都会超出套餐给定值。在问题求解认为当其中某一项小于套餐给出的值时, 使得差值为0.
4) 问题二中关于模型的求解时, 消费者是理性的, 对自己的需求有比较清晰的了解, 可以给出每个月自己的通话时长、短信数、流量的具体数值。即在赋值的时候, 所赋的值都能准确反映用户的消费情况。
5) 由于三大运营商都给出了忙闲时不同的每分钟话费, 在通话费用时每分钟话费不考虑忙闲时, 即使用闲时的价格作为最终使用的每分钟话费。
1.2 符号说明
设为每月的总话费 (元) ;t、m、f分别为每月实际通话时分钟数 (分钟) 、短信条数 (条) 、上网流量 (兆) ;Ti、Mi、Fi为每种套餐内包含的通话时长 (分钟) 、短信条数 (条) 、上网流量 (兆) ;为超出套餐包含量后市话和长途每分钟的费用 (分钟/元) 、上网流量费用 (兆/元) ;Ci为每种套餐月基本费用。
1.3 问题的求解
1) 模型的建立
通过对大学生手机消费统计数据和现有在校大学生和教职工的消费需求筛选出了51种资费套餐。每一个套餐中都包含了赠送的通话时长数 (t) 、短信数 (m) 、流量数 (f) 。当套餐赠送的数额不够时, 话费按照超出的单价与数量乘机计算。即当通话时长、短信数、流量数中的某一项的赠送量不够时, 需要对超出的数量进行单独计费。
由于t、m、f每一个变量对于花费单独的影响是线性的, 即总花费是由月基本费用加上每部分的花费。表示如下:
模型为多元线性方程, 三个变量对于话费的单独影响是一元线性的。
首先由于很多套餐会给出一定的通话时长, 给出的时长有的是本地通话, 有的包括国内长途和本地通话。在建议给出的51种套餐中, 由于大部分的国内长途和本地通话每分钟的费用相差不大。在进行计算时, 不对两种通话方式进行单独处理, 单位分钟费用按两者的平均值计算。且三大运营商对于单条短信费用的收取都是按照每条0.1元收取。
式 (1) 中由于三项的费用不一定都超出给定值, 这三者的费用对于话费的影响是或的关系。即当其中某一项的值小于套餐中给的值的时候, 这一项的费用为0。
2) 模型的求解
本文将51种套餐的三个数据用矩阵的形式表现, 给出51种话费在给定每月通话时长、短信数、流量时计算出各个套餐对应的话费。在这51种套餐中取话费最小值的套餐, 而话费最小的就是我们要求的最理想的套餐。
首先将挑选出来51种套餐赠送的分钟数、短信数、流量数等以矩阵形式表达出来, 见附录一。
对于任意一个套餐, 当用户每个月实际的通话时长 (t) , 短信数 (m) , 流量 (f) , 当实际所用值小于套餐所给的值的时候, 即套餐已满足我们需要的时候, 用户不需要再另外花钱。
模型建立时假定每个都超出套餐给出量计算。即可以用矩阵的形式表示如下:
当式2中某一项小于零时, 该项为0, 即不可能存在负值的情况。
运用52种套餐数据, 借助phonefare软件进行编程, 程序见附件二。为增强实用性, 我们将编制的程序编制成了一个软件。借助这个软件, 用户可以直接将自己的需求值代入, 既可以输出话费最小值时的套餐。
例如当[t, m, f]=[500, 0, 0]时, 我们在输入窗口输入:call=500, messages=0, traffic=0, 点击go得到结果 (见图3) 。
结果给出了当一个月通话500分钟, 短信数为0, 流量为0兆时的所有套餐应花费用。其中话费最小值是移动神舟行津门通3, 消费61.15元。
3) 模型检验与可行性分析
为了检测模型给出的结果是否客观, 根据不同人群的需求, 对[t, m, f]赋予不同的值, 旨在反映不同人的需求。
这10组数据中使得某一项数够多, 其余两项相对比较少;使得其中两项比较多, 另一项相对比较少。最后给出对三项要求都比较少, 还有一个就是三项都足够多。这样给出的十组数据就相对比较客观, 比较有代表性。数据列出如下:
操作同上, 可以得到给出的建议是移动动感地带网聊2、移动动感地带上网3、电信年轻群体、移动动感地带上网3、移动动感地带上网3、电信年轻群体、移动动感地带上网3、移动动感地带上网1、联通沃派。
其中移动占有60%, 联通10%, 电信30%。这个比重和调查中得到的现在市场占有量是十分接近的。证明这个模型描述相对客观与准确。
3 基于直觉模糊理论的手机套餐选择模型
我们应用直觉模糊理论, 结合TOPSIS法, 构建手机套餐直觉模糊决策分析方法。最后, 以适合大学生使用的手机套餐为例, 通过建立购买评价模型, 对消费者的手机套餐购买决策进行实证分析, 得出相应的结论。
3.1 直觉模糊理论和TOPSIS方法简介
保加利亚学者K.T.Atanassov拓展了模糊理论, 把仅考虑隶属度的传统模糊集推广到同时考虑隶属度、非隶属度和犹豫度这三方面信息的直觉模糊集。直觉模糊集的定义如下:
定义X是一个非空集合, 则称为直觉模糊集, 其中分别为X中元素。
x属于A的隶属度和非隶属度, 即
且满足条件, 此外表示X中元素x属于A的犹豫度或不确定度。为了方便起见, 称为直觉模糊数。
TOPSIS法是黄庆来 (Hwang Chinglai) 在1981年为解决单个决策者的多目标问题先提出的一种接近线性加权法的排序方法, 的基本思想是:所选择的满意方案应尽可能地接近理想方案, 同时又尽可能地远离负理想方案。南江霞研究了属性值和属性权重都是用直觉模糊集表示的一类多属性决策问题, 拓展TOPSIS法, 提出了一种能解决直觉模糊多属性决策问题的新方法。TOPSIS方法考虑正理想点和负理想点, 来对购买排序选优, 是处理多属性决策问题的一种很流行的方法, 具有可靠性高、误差小等特点。
3.2 手机套餐选择模型
对于手机套餐选择的决策问题, 设为候选产品集;设为属性集, 当中的属性包括套餐价格, 套餐所包含的通话分钟数、短信数、流量以及超出套餐包含量的资费情况。
在选择套餐的过程中需要给出各个指标的权重系数, 决策矩阵以及加权规范决策矩阵等, 步骤如下:
首先运用非结构性模糊赋权法确定权重系数, 步骤如下:
(1) 重要性定性排序
设存在因素集, 在ck与cl间作重要性二元比较, fkl表示重要性排序指标标度。
若ck比cl重要, 取fkl=1, flk=0;若cl比ck重要, 取fkl=0, flk=1;若ck与cl同样重要, 取fkl=flk=0.5;且有:0<fkl<flk<1, fkl+flk=1, fkk=fll=0.5,
则可根据因素集构成其重要性的二元对比一致性标度矩阵为:
重要性定性排序一致性标度矩阵F各行和数由大到小的排列, 给出因素集在满足排序一致性条件下的重要性定性排序。其中, 标度为0.5的两个元素, 对应行的和数相等排序相同。
(2) 因素集权重定量确定
根据重要性排序一致性标度矩阵F, 按最重要、次重要、…、最不重要的顺序, 依次记以序号1、2、…、m, 则因素集对重要性按F给出的定性排序作二元比较, 则因素集对重要性的有序二元比较矩阵为:
满足条件:
上式中:
gik:因素ci对ck就重要性作二元比较时, 因素ci对ck的重要性定量标度;
gki:因素ck对ci就重要性作二元比较时, 因素ck对ci的重要性定量标度;
i, k:排序下标, i, k=1, 2, …, m;序号根据矩阵F各行和数由大到小的次序排列。
再经运算, 可得权重为, 且有, 其中:
3.3 基于直觉模糊的电信套餐购买决策实证分析
下面选取了6种适合大学生使用的套餐进行实证分析。见表1。
通过上述步骤计算可得距离和贴近度见表2。
根据贴近度对电信产品进行排序:
可知在六个候选套餐中, 手机套餐2 (移动动感地带网聊2) 为最合适的方案, 套餐3 (联通新势力校园1) 为次优的方案, 再次则是套餐4 (移动动感地带网聊3) 和套餐5 (联通新势力校园3) 两者比较接近。通过分析可以得出该消费者的一些特征:
(1) 消费者对价格比较敏感。在实例分析中, 各个手机套餐最后的贴近度分别为
0.1077, 1, 0.6008, 0.3162, 0.1899, 0。价格适中的套餐2、3贴近度较高, 其中套餐2为1说明完全满足消费者的需求。而价格较高的套餐4、5、6的贴近度则明显较低。
(2) 消费者实用性强, 又有娱乐休闲的需求。套餐1的短信条数太少, 而套餐4、5、6的短信条数太多。消费者对手机上网消费者又有一定的要求。消费者选择了短信条数适中, 也包含流量的套餐3, 满足了消费者对不同业务均存在不同程度的需求。
以上分析可以发现该套餐符合运营商设计的初衷, 能满足目标群体即收入不高, 对价格敏感, 同时又有娱乐, 休闲的消费者的需求。
4 结语
基于直觉模糊决策模型与最小花费模型得出的结果有所相似, 但并不完全相同。相同点在于大家对移动动感地带网聊的偏好实证分析得出的结果一致, 可以说动感地带的套餐对于大学生这个群体来说是“货真价实”的。但由于对流量的偏好, 联通所占的市场份额有所提升, 这与其开展了3G业务, 套餐中所包含更多流量的原因有关。
本文分别运用了两个模型对大学生的手机套餐选择提出合理化建议。最小花费模型基于理性人假定, 要求消费者对自己的消费结构及数量有清晰的了解, 将确定的值代入消费函数后, 可得到唯一的确定的最优解。但该模型的不足之处在于, 如果消费者本身对自己的需求情况并不十分了解, 则该方法算出的最优解就会产生偏差。而直觉模糊模型正是基于消费依赖于过往的经验以及个人的偏好和直觉, 将主观因素引入模型, 使模型更贴近于现实, 但不足之处在于, 主观性过强, 最后得到的套餐从客观上讲可能不是最优的。两个模型各有千秋, 综合使用可得到更好的效果。
参考文献
[1]胡翠红, 杜文.消费者购买决策的不确定因素研究.统计与决策, 2007, (16) :52-542007, (16) :52-54
[2]张卫君, 朱佳伟.大学生手机消费现状调查分析报告.青年研究, 2010, (7) :25-28
[3]王小容, 卫贵武.选聘优秀管理人员的直觉模糊决策模型[J].统计与决策, 2008, (4) :166-167
[4]万树平.直觉模糊多属性决策方法综述[J].沈阳:控制与决策, 2010, (11) :1601-1606
[5]陈春华, 叶飞.基于多目标决策的综合客观赋权方法研究.甘肃科学学报, 2001, 13 (2) :83-87
[6]王松.我国通信产品资费套餐设计之我见[J].通信世界, 2005, 8:21-22
[7]赵小剑.大学生消费现状及发展趋势的社会学研究[J].网络财富·理论探讨, 2009 (2) :184-187
[8]谢萌.关于我国移动电信资费套餐制定的研究:硕士学位论文.南京航空航天大学, 2007
设计理性模型 篇4
关键词：局部溃坝,溃坝洪水,堰流公式,一维模型,二维模型
0 引 言
一般情况下,大坝是能够保证安全的。但是由于某些偶然的因素,使得溃坝现象时有发生,给下游造成巨大的生命财产损失。为减轻因溃坝造成的损失,大坝设计阶段需要通过溃坝洪水计算对下游可能造成的风险性灾害进行预测,提出相应的减灾和避险措施。
由于溃坝洪水计算问题难度大,重要性高,各国学者做了大量研究[1,2,3,4,5]。溃坝洪水影响的河段范围一般较长,工程中多采用一维数学模型模拟。用一维非恒定流数学模型进行局部溃坝水流模拟计算时,由于坝址断面的水流存在间断,溃口处的流量不能通过模型本身算出。溃口流量计算较常用的方法是引用水力学中的堰流流量公式,坝址断面的流量可由坝前后断面的水位根据堰流公式算出。但宽顶堰流量计算公式是在恒定流情况下得到的,能否适用于溃坝水流这种非恒定性很强的情况,以往的文献中未见报道。与一维数学模型不同,二维数学模型能自动计算溃口处的流量,为验证宽顶堰流流量计算公式用于溃口流量计算的合理性,本文将采用平面二维数学模型对其进行验证计算。
1 一、二维数学模型介绍
计算中用到的数学模型有一维和平面二维数学模型。与一维数学模型不同,二维数学模型能自动计算溃口处的流量,使验证计算成为可能。
1.1 一维模型
洪水演进计算的基本方程是水流连续方程及运动方程,一般以圣维南方程组表示。
水流连续方程:
undefined
水流运动方程:
undefined
式中:x为里程,m;Q为流量,m3/s;Z为水位,m;g为重力加速度;t为时间,s;A为过水断面面积,m2;R为断面水力半径;β为动能修正系数;n为糙率系数。
求解采用有限体积法,此方法的特点是水量保持守恒。对运动方程中对流项用一阶迎风格式离散。文献[6]曾对一阶守恒型迎风格式用于一维对流方程计算的精度问题进行过讨论,发现用于计算一维线性纯对流方程时,虽然其形式简单,但因有一定的数值扩散问题,其计算结果的精度不够理想,但当用于计算非线性对流方程时却是可以获得较高精度的。离散后的方程如下。
连续方程:
undefined
运动方程:
undefined
离散时水力要素在网格上的布置如图1所示。
在局部溃决的坝址断面,由于水流存在间断,须引用堰流流量公式计算坝址断面的流量,其计算式为:
undefined
式中:σs为淹没系数,由hs/H0的比值确定;hs为从堰顶起算的下游水深;H0为包括行近流速水头的堰前水头,即H0=H+undefined;v0为行近流速;σc为侧收缩系数;b为每孔净宽;n为闸孔孔数;m为流量系数,它与堰型、堰高等边界条件有关(σs、σc、m等参数由水力学中相应表格和公式确定[7])。
1.2 二维模型
平面二维水流基本方程包括水流连续方程和水流运动方程:
undefined
式中:h为水深;u和v为x和y方向的流速;M和N为x和y方向的单宽流量,M=uh, N=vh;zb为河床高程;n为糙率系数;γt为紊动黏性系数。
方程离散时采用有限体积法,运用守恒格式对水流连续方程进行离散,保证计算域内水量守恒,时间采用蛙跳法,计算物理量使用交错网格。方程离散后的形式如下。
水流连续性方程:
undefined
x方向水流运动方程:
undefined
y方向水流运动方程(8)可用与上式相同的方法离散,这里不再列出其离散结果。方程(6)～(8)进行上述形式的离散后,结合初边界条件即可进行计算[8]。
2 溃口流量计算公式合理性验证
计算区域设定为河段长20 km,宽1 000 m。假设河道断面为矩形,断面形状沿程不变,河道底坡为零。采用平面二维模型进行溃坝水流计算模拟时,计算网格大小50 m×50 m,共400×20个网格;一维模型断面间距为50 m,共401个断面。坝址断面位于计算河段正中间,初始坝前各点水深 相同,各点流速均为零,坝下游水深为零,坝址断面瞬时局部溃决。
计算中一、二维模型的糙率均取0.03,计算出口由谢才公式得到的水位流量关系控制。以下列出了局部溃口宽度为300 m、500 m、700 m时,坝址断面流量过程的一维模型和宽顶堰流量公式结合计算的结果与二维模型计算结果。
(1)算例一:溃口宽度300 m。
(2)算例二:溃口宽度500 m。
通过上述多个算例的计算结果可以看出,一维数学模型与二维模型计算得到的溃坝流量过程符合良好,二者的流量峰值差值在±5%以内。说明用一维数学模型计算局部溃坝洪水时,溃口处的流量采用宽顶堰流量公式计算是可行的。
为进一步论证数学模型计算的合理性,将上述所有条件下计算得到的坝址断面最大流量的结果与瞬时局部溃决时坝址断面处最大流量计算经验公式(美国水道试验站公式)进行了比较。美国水道试验站公式[1]的形式为:undefined。经验公式计算结果和一维、二维数学模型的结果比较列于表1。从表1可以看出,数学模型的计算结果与经验公式结果也十分接近。
3 结 论
(1)本文通过采用二维数学模型与一维模型与宽顶堰流量计算公式相结合模拟局部溃决洪水对比的方法,对宽顶堰流量公式是否适用溃坝洪水计算进行了验证。
(2)通过多个计算算例的结果得出,一维数学模型与二维模型计算得到的溃坝流量过程符合良好,流量峰值差值在±5%以内,与经验公式结果也很接近,满足局部溃决情况下洪水过程模拟所要求的精度。表明一维数学模型模拟局部溃坝时,溃口断面处的流量采用一般宽顶堰流量计算公式是可行的。对今后局部溃坝洪水计算具有参考价值。
致谢:本文编写过程中得到了武汉大学水利水电学院张小峰教授的指导,在此表示衷心感谢!
参考文献
[1]谢任之.溃坝水力学[M].济南:山东科学技术出版社,1993.
[2]Savic L J,Holly F M.Dambreak flood waves computed by modifiedGodunov method[J].Hydraul.Res.,1993,31(2):187-204.
[3]Jha A K,Akiyama J,Ura M.First-and second-order flux differ-ence splitting schemes for dam-break problem[J].J.Hydraul.Eng.,1995,121(12):877-884.
[4]Fraccarollo L,Toro E F.Experimental and numerical assessmentof the shallow water model for two-dimensional dam-break type[J].J.comput.Phys.,1995,33(6):843-864.
[5]Rahman M,Chaudhry M H.Simulation of dam-break flow withgrid adaptation[J].Adv.Water Resour.,1998,21(1):1-9.
[6]张小峰,中川一,许全喜.一阶迎风格式的精度问题[J].武汉大学学报(工学版),2001,34(1):6-10.
[7]武汉水利电力学院水力学教研室.水利计算手册[M].北京:水利出版社,1979.
设计理性模型 篇5
关键词：工作流,工作流模型,Petri网,模型验证
1 工作流模型验证的意义
应用Petri网的分析技术对工作流模型进行验证的目的是在过程设计中检验工作流的正确性,避免执行时出现异常,过程异常包括死锁、死任务和活锁等。工作流建模是开发工作流管理系统的先行任务,所以在工作流投入使用之前就要进行很好的分析验证。如果一个工作流过程定义模型在其正确性、合理性没有得到充分验证时就投入使用,在工作流管理系统运行后再去进行修改,代价将远远高于前期的修改。因此在工作流模型实际实施之前,对其进行合理性分析,探索其中可能存在的各种过程异常,可以大大降低工作流运行时停产、检查和修复的成本,具有重大的意义[1]。
2 工作流网的合理性定义
工作流网的合理性定义是[1,3]:
一个工作流网PN=(P,T,F)建模的过程是合理的,当且仅当满足下面的三个条件:
1)对于每一个状态i可达的状态M,存在一个实施序列,从状态M肘通往状态o,形式化表示为:;
2)状态o是从状态i可达的唯一最终状态,且结束时其中至少会有一个标记,形式化表示为:;
3)在(PN,i)中没有死活动(不可能执行到的活动),形式化表示为:。
其中条件一是规定了从初始库所总能到达终止库所;第二个条件规定了当托肯转移到终止库所时,其他所有库所都要是空的,也就意味这整个工作流的结束;第三个条件是规定不能有死活动,即所有的活动都能得到执行。
3 工作流网模型的合理性验证算法
在研究分析各种文献的工作流网的合理性验证理论和方法的基础上,对原有的算法进行综合改编,使算法更容易被人所理解,总结出合理性算法的基本思路和验证步骤[1,2,5]。
算法的基本思路是:根据工作流网模型建立矩阵,用矩阵表示每个活动的前后顺序;根据模型表示出每个活动的前后库所,用来确定托肯转移时的向量表示规则;从初始库所出发,根据活动的前后库所和矩阵判断后续触发的活动,并重复此工作,直到没有活动变迁可以发生;如果终状态是形如(0,0,…,1)的终止状态(此时托肯存放在最后一个库所,其余所有库所中都没有托肯存在),并且所有的活动都触发过,托肯也经历了所有的库所,这时可以说改模型是合理的、正确的,否则模型中就存在错误。
在算法中要描述出状态从(1,0,0,…)到状态(0,0,…,1)的推算过程,并且要用另一个集合表示所执行的活动,最终检查是否合理的依据就是a、状态向量是否变成(0,0,…,1);b、表示活动的集合是否包含所有的活动。算法的具体描述为:
(1)用矩阵表示各个活动之间的前后顺序,方法如下:
(2)根据矩阵构造各个活动的输入库所集合和输出库所集合,用·t表示活动t的输入库所集合,用t·表示活动t的输出库所集合。构造方法是,矩阵t列中所有为1的元素的行号的前驱库所即t的输出库所集合;t行中所有为1的元素的列标的前驱库所即t的输入库所集合;没有前驱活动的活动的输入库所集合为起始库所i,没有后续活动的活动的输出库所集合为终止库所o。
(3)构造初始条件,初始条件有一个向量和一个集合,向量P0=(1,0,0,…),具体向量的维数是库所的个数,表示托肯在第一个库所内;集合T0为空,表示没有执行任何活动。
(4)根据活动t的输入库所集合·t和输出库所集合t·,更改向量P,并把活动t添加到集合T中,并根据矩阵判断下一个活动。
(5)反复进行执行步骤(4),直到没有活动可以执行且执行一遍所有活动。
4 总结
通过矩阵列举出活动序列,说明所有的活动都处于起始库所和终止库所之间,满足了合理性条件一;由于在列举活动序列时,序列中包含了所有活动,说明没有活动是死活动,满足了合理性条件三;演算的结果中向量P={0,0,0,0,0,0,0,0,0,1},证明在工作流结束时,托肯只存在于终止库所中,其他所有的库所中均不存在托肯,满足了合理性条件二。通过以上演算,证明了模型能够满足合理性定义中的三个条件,所以可以得出结论,此工作流模型是正确、合理的。[6]
参考文献
[1]郝文,王道平.基于Petri网的工作流建模合理性验证算法[J].计算机工程与应用,2008,44(13).
[2]van der Aalst W M P.The application of Petri nets to Workflow Management[J].The Journal of Circuits,Systems,and Computers,1998,8(1).
[3]袁崇义.Petri网原理[M].北京:电子工业出版社,1998.
[4]van der Aalst,W M P.Workflow Management:Models,Methods,and Systems[M].Boston:MIT Press,2002.
[5]周福明.基于Petri网的工作流建模与正确性分析[J].计算机科学,2005,32(2).
[6]李嶒.基于Petri网的工作流模型应用研究[D].合肥:安徽大学硕士论文,2008,28-29.
设计理性模型 篇6
作为互联网重要参与者, 大学生接触网络口碑的机会越来越多, 大学生非理性消费行为特点以及网络口碑如何影响大学生非理性消费行为等问题, 具有现实的研究意义。为了更好研究网络口碑对大学生非理性消费行为的影响, 本文拟构建出网络口碑对大学生非理性消费行为影响的模型。
2 网络口碑与非理性消费界定
2.1 网络口碑
网络口碑处以一个发展的环境中, 其内涵处于不断发展之中。国外学者Henning Thurau等 (2004) 、Subramani和Ra jopopalan (2003) 等将网络口碑定义为:潜在、实际或先前的顾客对产品或者公司的任何正面或者负面的评论, 该评论能通过网络传递给大众群体或者组织。Dellarocas (2003) 将网络口碑定义为在线的客户反馈系统, 又称其为声誉系统, 利用网络的双向沟通能力, 个人就公司、产品、服务甚至某事件, 在网络上分享经验和意见。结合新的网络环境, 本文对网络口碑界定为, 网络口碑是指公司或消费者通过论坛、博客、视频分享等网络渠道和其他网民共同分享关于公司、产品或服务的文字及各类多媒体信息。
2.2 非理性消费
丘秋水、陈碧霞 (1999) 认为消费非理性是指影响消费者行为的某些心理和精神层面的因素, 如消费欲望、情感、观念。王丹 (2001) 将非理性消费定义为违背社会相关消费法规和道德、不利于消费者健康和发展的、有损于他人和社会的消极消费行为。黄守坤 (2005) 认为, 非理性消费是指消费者在消费能力允许的条件下, 按照追求效用最大化原则进行的消费。从心理学角度看, 非理性消费是指消费者在各种因素影响下做出的不合理的消费决策, 一般表现为消费者不按追求效用的最大化进行消费, 或是消费时没有考虑收入的约束, 或是不按边际效用递减规律进行消费, 或是对消费品的判断认识不足等。本文倾向于黄守坤提出的非理性消费的定义。所以本文将非理性消费界定为消费者在各种因素影响下做出的不合理的消费决策, 表现为消费者不按追求效用的最大化进行消费, 或是消费时没有考虑收入的约束, 或是不按边际效用递减规律进行消费, 或是对消费品的判断认识不足等。
3 相关文献回顾
3.1 网络口碑对消费者购买决策的影响
Gilly et.al. (1998) 认为口碑信息的三个因素会影响信息接收者的购买决策:信息来源的特性, 如信息来源专业程度等;信息接收者;信息接收者本身的特性, 如专业程度。
Duncan, Mortarty (1998) 在其口碑信息传播改进模型中, 认为口碑传播的影响因素包括信息来源者、信息本身和信息接收者三方面。信息来源者, 即传播者, 指主动在互联网上发表对某产品或服务的意见和评价的消费者, 也指在网络上转载或转贴他人评论的消费者。信息指传播者在网络上发布的文字、声音、视频等数字化的文档和文件。接收者, 指主动搜寻或被动获取了口碑信息的消费者。Bansal.Voyer (2000) 提出感知风险也是决定消费者购买决策因素之一。当感知风险随着对产品信息不足而提升时, 消费者购买意愿也随之下降。
Smith (2002) 研究了虚拟社区中的推荐信息对于消费者决策的影响机制。结果表明, 推荐来源特性 (专业性和联结强度) 对消费者购买决策有影响作用;所有的变量都影响信任, 信任在自变量与结果变量之间都有中介作用, 个人信任倾向影响信任。其他个体变量如涉入程度、先前知识和知觉任务难度直接影响消费者的决策过程。Bansal和Voyer (2000) 和Dawn (2007) 认为在消费者做出购买决策前, 为了降低感知风险, 都会主动搜寻目标产品的相关口碑。所以, 网络口碑接收者的感知风险对消费者购买决策具有影响。
徐伟青, 黄孝俊 (2004) 在其构建的基于应用的口碑沟通模型中, 认为口碑沟通的主动搜寻、关系强度、感知风险、传播者和接收者的专门知识对口碑沟通的结果有影响。徐琳 (2007) 认为, 网络口碑影响力的大小和网络口碑营销的成功与否主要取决于网络口碑可信度的高低。其证研究结果发现, 消费者和信息发布者的关系强度、消费者对于网络口碑传播平台的依赖程度、消费者感知的网站有用性、风险程度和信任倾向都显著影响消费者的网络口碑可信度和口碑效果。
综合以上观点, 本文认为网络口碑对消费者购买决策的影响主要可分为内外因作用影响。网络口碑作为外因, 以其来源专业性、信息类型、关系强度和可信度分为四个维度产生影响, 消费者个体作为内因, 具有个体差异, 因其专业能力、涉入程度、感知风险和信任倾向的不同组合对其购买决策产生调节作用。
3.2 非理性消费购买决策的研究
Herbert.Smion (1956) 首次提出“有限理性”模型, 认为个体决策不是完全建立在数学和逻辑基础之上, 而建立在人的情感、理念和经验基础上。Daniel Kah-neman基于实证研究, 肯定了人在不确定条件下的判断和决策行为的确存在偏离理性的非理性经济行为。
Richard Thaler (1985) 提出决策行为的“心理账户”理论, 认为无论是个体、家庭还是集团、公司, 都存在一个或多个明确或潜在的账户系统, 这些系统往往遵循一些有悖于经济学运算规律, 在个体做经济决策时以非预期的形式影响着个体, 使个体决策违背最简单的经济法则。
黄德海 (2000) 认为消费决策主要包括三方面内容:一是从实际出发确定消费目标和数量;二是运用科学方法从多种可行方案中选择最优方案;三是确定适合个人实际情况的消费模式。凡是符合以上消费决策的消费活动都是理性的或者理智的。朱晓丹 (2010) 肯定非理性消费受到产品特性、消费者所处消费环境的间接驱动。消费者受到的影响因素分为内部因素和外部因素, 内部因素是消费者个人消费心理, 外部因素包括产品特征和购买情境。网络的介入使得购买情境发生改变, 有可能导致非理性消费大幅增加。
综合以上观点, 本文认为个体决策不可能遵循完全理性的模式, 非理性消费行为往往存在购买决策当中, 而在信息爆炸的网络环境下, 面对前所未有多的信息量, 消费者更有可能发生非理性消费行为。
4 模型构建
在前人研究的基础上, 本文发现, 针对网络口碑及非理性消费的研究各有一定成果, 但研究网络口碑对非理性消费的影响却寥寥可数。当前, 大学生为主要网络参与者, 具有一定消费能力和消费倾向, 合理推断下大学生更可能受到网络口碑影响而发生非理性消费的行为。然而, 针对大学生的关于非理性消费的研究亦处于相对空白的状况, 而针对特定消费群体大学生来研究网络口碑对其非理性消费影响更是屈指可数。在网络高速发展的环境下, 研究网络口碑如何发挥作用、大学生如何接收处理大量网络口碑及因其产生的具体非理性行为, 有利于为相关研究带来新的理论依据和实证研究依据, 有利于引导大学生非理性消费行为, 也有利于为商家开展营销提供参考。因此, 本文拟研究网络口碑对大学生非理性消费的影响, 考察不同来源、不同类型等的网络口碑产生作用是否不同, 存在何种差别, 而大学生个体差异如大学生专业能力、网络涉入程度以及风险感知程度、信任倾向等是否会影响到对于网络口碑的信息接收以及对自身非理性消费的影响及其影响机理如何。结合本文研究的三个对象:网络口碑、大学生和非理性消费, 可以构建出如下图1的研究模型。
模型主要分为三部分:网络口碑, 大学生个体差异和大学生非理性消费购买决策。大学生非理性消费购买决策不是受单一因素影响, 是在内外部因素的共同影响下发生的。网络口碑表现形式多样、来源渠道多元、与接收者关系强弱有别、可信度程度存在差异, 多样化的网络口碑在影响信息接收者是否存在差异、差异程度如何, 而大学生在面对差异化的网络口碑, 在自身个体差异如不同专业能力、不同涉入程度、对风险感知程度不同以及对网络口碑信任倾向不一致是否会使得对网络口碑的接收发生差异, 是否会影响到非理性消费以及如何影响到非理性消费行为, 引发大学生做出非理性购买决策, 这都值得深入探讨。
网络口碑对大学生非理性消费决策影响为外部影响, 其能否产生影响以及产生多大的影响由口碑影响因素 (来源专业性、信息类型、关系强度、可信度) 决定。
来源专业性, 是指信息接收者所感知到信息发送者提供正确信息, 并表现出专业行为的能力, 即接收者认为发送者所提供的信息是具有说服力的。来源专业性包括来源网站专业性 (权威网站、专业网站等) 和发送者专业性 (发送信息者对领域具有专业性) 。
信息类型, 按照信息内容可分为事实型 (口碑信息是介绍产品或服务的客观物理属性如价格、功能等) 和评价型 (口碑信息是描述产品或服务的感受和评价) ;按照信息倾向可分为正面网络口碑和负面网络口碑。
关系强度, 是联系口碑接收者与发送者的关系, 指口碑接收者所感觉到的与口碑发送者之间的关系亲密程度。
可信度, 指信息接收者对信息专业性和可靠性的感知程度, 由来源可信度、渠道可信度、内容可信度组成。
大学生个体差异对非理性消费决策影响为内部因素作用, 其产生作用取决于个体的专业能力、涉入程度、感知风险和信任倾向。
专业能力, 指针对某一商品领域, 大学生对于该商品的知识、经验、技术等专业能力的自我主观认定。
涉入程度, 受到个人、产品、情境或其他特殊刺激的影响, 感受到对自身的重要性和攸关性, 进而产生不同程度的关注水平。
感知风险, 指消费者在购买产品或服务时所感知到的不确定和不利后果的可能性, 主要有六种:财务风险、功能风险、身体风险、心理风险、社会风险和时间风险。
信任倾向, 是指对口碑发送者发出的口碑信息、内容等表现出来的能够信赖的期望, 分为认知信任倾向和情感信任倾向。
5 结语
随着网络口碑来源途径的不断增多以及表现形式的日益丰富, 消费者特别是大学生更易受其影响而产生非理性消费。本文在借鉴前人研究成果的基础上, 针对特定消费群体大学生构建出网络口碑对其非理性消费行为影响模型。虽然此模型具有一定的合理性, 但没经过实证分析, 尚缺乏说服力, 这有待本文进一步探讨和研究。
参考文献
[1]李欣.网络口碑、感知价值对顾客购买意向的影响研究[J].河南社会科学, 2010, (3) .
[2]毕继东.网络口碑对消费者购买意愿影响实证研究[J].情报杂志, 2009, (11) .
[3]葛晓燕.网络口碑对消费者购买的影响[J].企业导报, 2009, (3) .
设计理性模型 篇7
(一) 柠檬市场在瘦狗区域向现金牛区域转化中的新应用。
阿克尔罗夫在其论文《柠檬市场:产品质量的不确定性与市场机制》中指出, 在二手市场中卖家比买家拥有更多的信息, 双方信息不对称。此时, 买者的最优策略就是压低价格以规避信息不对称的风险。价格的压低使得卖着不愿意提供质量高的车子。结果, 二手车市场充斥者质量差的车子, 即“劣币驱逐良币”现象泛滥。其实, 这一现象隐含的假设是买卖双方的不信任及有效制度的缺失。
在瘦狗业务区域, 理性人的理性度为利他主导型, 社会参与者处于次级秩序之中。次级秩序是一种熟人社会, 其包括的微观组织有小部落或小群体或个体家庭或朋友圈等。那么, 如果作为二手车市场的销售者无论其买车还是卖车在很大程度上都会碰到熟人, 此时便会克服逆向选择。销售者只有对于陌生人才会进行逆向选择。二手车质量的好坏取决于熟人与陌生人的概率。而概率又与微观秩序的范围大小有关。倘若微观秩序的范围比较小, 那么二手车定价会相对公平一些。这时, “劣币驱逐良币”现象得到遏制。如果更进一步, 制度的公平度有所提高到了现金牛业务区域。此时, 制度会进一步规范二手车市场比如第三方评估机构的介入。它们给二手车做出合理的估值且公布信息, 参与的市场主体都可以合理地得到信息。那么二手车市场的销售者对陌生人的逆向选择也没有了可能。市场的内生交易费用降低, 市场运行更加有效率, “良币驱逐劣币”现象发生。
中国大陆与香港是典型的利他主导型社会。这些地方深受儒家文化的影响, 在价值观上奉行休戚与共的集体主义价值观。具体到利他主导型社会中, 理性决策的人大多落在本能利他及机会主义这一层次, 少部分落在自利利他这一层次。这样的组合称为假言命令型, 其可将自利利他、机会主义及本能利他三者相容与一体。在弱制度约束条件下, 在实际理性决策中本能利他和机会主义的人数极度膨胀, 自利利他的人数锐减。本能利他者按照宗法血缘关系法则行事, 对圈内采取本能利他甚至纯粹利他;对圈外可能采取机会主义。这样, 社会运行杂乱无章, 社会效率低下。在食品安全、大股东坑害中小股东、地方债务平台违约及PPP项目的不规范等问题上都出现了“劣币驱逐良币”的现象。在强制度约束条件下, 在实际理性决策中自利利他的人数会增多, 机会主义的人数严格受限, 本能利他可调整的范围极度压缩。在香港法治社会条件下, 食品安全问题消失殆尽, 因为香港对假冒伪劣商品生产及销售打击的力度相当之大。三聚氰胺奶粉、地沟油、毒胶囊在香港无处遁形。企业产假售假的违法成本高。在大陆, 产假售假的企业及个人的违法成本低。甚至官商勾结共同分享产假售假利润。香港关税制度与大陆关税制度相比, 香港的关税大多为零关税而大陆关税特别是与百姓生活息息相关的商品的关税较高。因而, 消费者购买不到境外质优价廉的商品, 只能接受国内的价高质低的商品。所以, 大陆消费者抢购香港奶粉及到日本买马桶现象的出现就很正常了。
其次, 影响更大的是国家机会主义。杨小凯 (2000) 认为, “中国政府利用其对银行部门、批发网络、城市地产部门和其他一些重要部门的垄断权, 获取大量的有形和无形的租金。”[2]结果导致劣银行驱逐良银行、劣网络驱逐良网络及劣“房价”驱逐良“房价”。而到了香港由于其是英式民主, 前述现象则是相反的情景。
在同样是利他主导型社会的条件下, 当制度由低到高发展的时候, “劣币驱逐良币”现象被“良币驱逐劣币”现象所取代, 社会运行效率提高, 市场参与者的福利才能不断提高。
(二) 现金牛区域向明星区域的帕累托改进
在制度高公平度的条件下, 理性度由利他主导型向利己主导型的演化意味着帕累托改进。利他者自愿效率损失及由此导致的发展潜力损失得到规避。
当受西方的民主制度影响后, 社会制度变得公平公正。理性度由利他主导型向利己主导型转变。在公平制度的约束之下, 理性度由利他主导型跨入利己主导型。本能利他的规则逐渐与扩展秩序规则接近, 从而使得本能利他的圈子不断缩小而更多地由与扩展秩序相适应的社会规则调节与规范。利他者自愿效率损失及由此导致的发展潜力损失得到规避。社会效率进入明星业务区域。
日本传统上受佛教、儒家思想的影响大。其在自身孕育的过程中吸收了前者的精华, 形成了封建道德精神信仰———武士道。武士道是一种精神信仰, 其灵魂为道义, 其生命为勇毅, 其基石为礼仪, 其根本为诚信, 其使命为捍卫武士的荣誉与尊严。武士道与儒家思想有许多共同的地方, 也有不同。相同之处都是本能利他主义。不同在于儒家思想以仁为核心, 武士道以忠为核心;在行为方式上, 武士道对道德的贯彻比儒家思想更为彻底, 其耻感文化比儒家思想更强。如受武士道影响的人在处理人与人的关系时遵循一种义理的原则。假如你出于好心馈赠一个日本东西时, 日本人可能会认为你是在侮辱他而不接受。如果他确实由于其他的原因接受了你的馈赠, 那么他都会时时刻刻想着去报答你的馈赠。时间间隔的越长, 将来回报你的礼物就会越重。在日本人的礼数上也能反映出这一点, 所以其敬语很多, 如初次见面, 请多多关照。这就在很大程度上制约了日本人在处理人与人的关系时的关系依赖路径, 因为其觉得这是耻辱。从而, 其能够更加依靠社会的规则与制度来为人处事。这样, 本能利他的规则逐渐与扩展秩序规则接近, 从而使得本能利他的圈子不断缩小而更多地由与扩展秩序相适应的社会规则调节与规范。自利利他这一理性决策方式为大多数日本人所接受, 虽然其理性层次未能上升到纯粹理性这一层次。因为这与武士道的教育方式有关, 导致日本人的哲学思辨不能达到欧美国家水平。他们不能使得遵守道德法生成的命令则作为理性认识而自觉定言执行。纯粹理性的人数较欧美国家相比要少得多。但在制度高公平度的条件下, 其理性程度通过有意识的培养, 总体而言其理性程度不断提高。利己主导型的人数逐渐占绝大部分, 利他者自愿效率损失及由此导致的发展潜力损失得到规避。社会效率进入明星业务区域。“劣币驱逐良币”现象较现金牛区域更加增多。社会效率进一步提高, 市场均衡逼近帕累托最优。
二、结论及政策建议
根据上述分析, 制度低公平度或无效率制度是格雷欣法则即劣币驱逐良币发生的重要原因。格雷欣法则发生则产生高额的内部交易费用, 市场效率损失大。有效制度的建立则可以降低内部交易费用, 提高市场效率。同时, 格雷欣法则向其逆法则转换。
公正与效率不是替代关系, 恰恰公正是效率的前提。无公正则无效率。罗尔斯认为, 正义是社会制度的首要价值。中国社会效率低下的深层次原因是缺乏公正的制度。公正的制度是保证参与社会生活起点公正、过程公正和结果公正的必要条件。因此, 在政府层面上来讲, 政府应致力于公平顶层制度的设计与执行。其中具有现实可能性和可操作性的就是致力于法治建设。探索司法独立的途径和方法, 形成私权力与公权力的制衡, 将权力关在制度的笼子里, 才是国家繁荣、民族崛起的关键。
摘要：本文通过应用理性度—制度模型, 说明格雷欣法则与其逆法则如何在瘦狗区域向现金牛区域以及现金牛区域向明星区域转换的。
关键词：格雷欣法则,逆法则,完备理性人,制度
参考文献
[1]李建生, 张忠俊.格雷欣法则与其逆法则转换机制探究[J].金融发展研究, 2016, 06 (6) :14.