(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910192544.5
(22)申请日 2019.03.14
(71)申请人 山东超越数控电子股份有限公司
地址 250100 山东省济南市高新区孙村镇
科航路2877号
(72)发明人 齐乐 李凯一 彭福来 吴登勇
(74)专利代理机构 济南信达专利事务所有限公
司 37100
代理人 孙园园
(51)Int.Cl.
G06F 16/22(2019.01)
G06F 16/2453(2019.01)
G06F 5/06(2006.01)
(54)发明名称
基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法及
系统
(57)摘要
本发明公开了一种基于FPGA -DDR的哈希连
接算子加速方法及系统，属于内存数据库加速领
域，要解决的技术问题为如何在哈希连接算法的
构建阶段和探测阶段实现加速运算，方法包括通
过DDR存储器存储元组、哈希表和链表，通过FPGA
芯片进行哈希计算、更新哈希表和链表、以及控
制FPGA芯片面向DDR存储器的交互通信；在上述
DDR存储器和FPGA芯片的配合下，通过在哈希连
接的构建阶段和探测阶段执行并行多线程操作
实现哈希表的构建和匹配。系统包括DDR存储器
和FPGA芯片，DDR存储器用于存储元组、哈希表和
链表，FPGA芯片用于存储基地址、执行哈希计算、
更新哈希表和链表，并用于控制其面向DDR存储
器的交互通信。权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 109977116 A 2019.07.05
C N 109977116
A
权 利 要 求 书1/2页CN 109977116 A
1.基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于通过DDR存储器存储元组、哈希表和链表，通过FPGA芯片的片内寄存器存储基地址和构建数据库元组，并通过FPGA芯片进行哈希计算、更新哈希表和链表、以及控制FPGA芯片面向DDR存储器的交互通信；
元组包括构建元组和探测元组；哈希值相同的连接键归于同一个哈希桶，每个哈希桶中的元素通过一个链表链接，每个链表的头结点存储于哈希表中；
在上述DDR存储器和FPGA芯片的配合下，通过在哈希连接的构建阶段和探测阶段执行并行多线程操作实现哈希表的构建和匹配。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于在哈希连接的构建阶段和探测阶段均包括：
在FPGA芯片内为每个元组创建一个对应的线程，并生成对其连接键的请求；
FPGA芯片通过多个通道向DDR存储器发送元组连接键请求，哈希表应答元组连接键请求并向FPGA芯片返回链表的头结点，完成元组请求；
完成元组请求后，相应的线程被激活；
在FPGA芯片内计算连接键的哈希值，并将连接键和连接键的哈希值保存至线程的状态中。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于向DDR存储器发送元组连接键请求时，如果元组的连接键在两个内存位置之间被拆分，则发送两个元组连接键请求，并将上上述两个元组连接键请求的应答信息进行合并。
4.根据权利要求2所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于在哈希连接的构建阶段还包括如下操作：
通过FPGA芯片将连接键键值和元组指针写入相应链表的新节点中。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于在哈希连接的构建阶段还包括通过提出原子请求来读取并更新哈希表，包括如下分步骤：通过FPGA芯片向DDR存储器发送原子请求；
通过链表应答原子请求，并向FPGA芯片返回哈希桶的头指针；
原子请求应答后，线程被激活；
通过新节点的指针替换哈希桶的头指针，以更新链表和哈希表。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于在FPGA 芯片内通过新节点的指针替换哈希桶的头指针时，如果返回的哈希桶头指针对应的链表中不存在与所述新节点的匹配项，所述原子请求返回为空桶的哈希桶的头指针。
7.根据权利要求2所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于在哈希连接的探测阶段还包括哈希表读取，其包括如下分步骤：
通过FPGA芯片向DDR存储器发送哈希表查看请求，通过探测元组应答哈希表查看请求，并向FPGA芯片返回连接键，线程通过连接键的哈希值查找对应的哈希桶的头指针，如果所述哈希桶为存储桶，则判定所述探测元组匹配并将线程写入FPGA芯片的FIFO模块；
如果所述哈希桶为空桶，则判定所述探测元组不匹配，并将所述探测元组在FPGA芯片的数据路径中删除。
8.根据权利要求根据权利要求2所述的基于FPGA-DDR的哈希连接算子加速方法，其特征在于在哈希连接的探测阶段还包括检测链表的所有节点是否匹配，其包括如下分步骤：
2
实验1双绞线的制作 一、实验目标： 1、通过RJ－45水晶头制作网络连接线，进一步理解EIA/TIA-568-B（简称T568B）规范标准； 2、熟练掌握网络连接线的制作方法。 二、实验要求 1、实训环境： RJ－45头2个、双绞线1.2米；RJ－45压线钳若干把、测试仪一套。 2、实训重点：按推荐T568B规范标准制作；摸索并掌握双绞线理序、整理的要领，尽可能总结出技巧；用测试仪测试导通情况并记录，完成实验报告，总结成败经验。 三、实验基础知识 1、EIA/TIA-568-B标准 EIA/TIA-568-B简称T568B。其双绞线的排列顺序为：白橙，橙，白绿，兰，白兰，绿，白棕，棕。依次插入RJ－45头的1~8号线槽中。参见图8-1 图8-1 如果双绞线的两端均采用同一标准（如T568B），则称这根双绞线为：直连线式。这是一种用得最多的联接方式，能用于异种网络设备间的联接，如计算机与集线器的联接、集线器与路由器的联接。通常平接双绞线的两端均采用T568B联接标准。 如果双绞线的两端采用不同的联接标准（如一端用T568A，另一端用T568B），则称这根双绞线为：跨接线式或交叉线。能用于同种类型设备联接，如计算机与计算机的直联、集线器与集线器的级联。如果有些集线器（或交换机）本身带有“级联端口”，当用某一集线器的“普通端口”与另一集线器的“级联端口”相联时，因“级联端口”内部已经做了“跳接”处理，这时只能用“直连线式”双绞线来完成其联接。 同一局域网内部，连接到各工作站的双绞线应使用同一规范标准制作（T568A或T568B，推荐使用T568B标准），否则可能导致局域网工作不正常。值得注意。 2、双绞线理序、整理技巧 双绞线的四对八根导线是有序排列的，对于100M及以上的网络传输速率，每一根线都有定义（即各有分工），八种颜色的线如何实现快速排序并对应到RJ－45水晶头的导线槽内，不难总结出技巧： 第一步：将四对双绞线初排序，如果以深颜色的四根线为参照对象，在手中从左到右可排成：橙，兰，绿，棕； 第二步：拧开每一股双绞线，浅色线排在左，深色线排在右，深色、浅色线交叉排列；
遗传算法编码及算子简介 遗传算法主要是通过遗传操作对群体中具有某种结构形式的个体施加结构重组处理，从而不断地搜索出群体中个体间的结构相似性，形成并优化积木块以逐渐逼近最优解。由此可见，必须把群体中的个体转化成按一定基因结构组成的染色体或个体，即编码。编码原则包括两条： 1.有积极积木块编码规则，即所定编码应当易于生成所求问题相关的短距和低阶的积木块。 2.最小字符集编码规则，即所定编码应用最小字符集以使问题得到自然的表示或描述。 规则一是基于模式定理和积木块假设；规则二提供了一种更为实用的编码规则。评估编码策略常采用的规范有： 1.完备性：问题空间中的所有点都能作为GA空间的点表现。 2.健全性：GA空间中的染色体能对应所有问题空间中的候选解。 3.非冗余性：染色体和候选解一一对应。 这些评估规范是独立于问题领域的普遍准则。对某个具体的应用领域而言，应该客观化地比较和评估该问题领域中所用的编码方法。应用遗传算法进行优化，首先将问题描述成串的形式，以模拟染色体。选择何种编码方式对算法的运行有很大的影响。现在，流行的观点认为二进制编码能在相同的范围内表示最多的模式，能充分地体现所谓的隐含并行性。但是，二进制编码方式的精度依赖于染色体的基因位数及设计变量的范围。因而对于高精度、多变量问题，n值需很大，降低遗传算法的收敛速度。另外，二进制编码不直接反映真实的设计空间。其它的编码方式还有：格雷码编码、浮点编码、树结构编码、参数动态编码和多维编码等。 遗传算法主要有选择、交叉和突变算子 选择算子 遗传算法使用选择算子或称复制算子来对种群中的个体进行优胜劣汰操作：选择算子使适应性高的个体在后代中生存的概率较大，而适应度低的个体生存的概率很小甚至被淘汰。遗传算法中的选择操作就是来确定如何从父代群体中按某种方法选取那些个体以传到下一代群体的一种遗传算法。选择操作是建立在群体中个体的适应度评价基础上的。选择操作的主要目的是为了避免基因缺失、提高全局收敛性和计算效率。在遗传算法中级很重要的作用。选择操作有多种方法，最常用的是轮盘赌法。在具体使用中，应根据问题求解的特点采用合适的方法或者混合使用。下面简单介绍各种选择算法： (1) 比例选择算法 基本思想是：各个个体被选中的概率与其适应度大小成正比，即适应度越高的个体被选中的概率也越大，反之则小。 (2) 最优选择算法 在遗传算法的运行过程中，通过对个体进行交叉、变异等遗传操作而不断地产出新的个体。虽然随着群体的进化过程会产出越来越多的优良个体，但由于选择、交叉、变异等遗传操作的随机性，它们也有可能破坏掉当前群体中适应度最好的个体。由于随机操作的原因，这种选择方法的误差比较大，有时甚至连适应度较高的个体也选择不上，由此会降低群体的平均适应度，对算法的运行效率、收敛性都有不利的影响。一般说来，适应度最好的个体要尽可能地保留到下一代群体中。为此可以使用最优保留策略进化模型，即当前群体中适应度最高的个体不参与交叉运算和变异运算，而是用它来替换掉本代群体中经过交叉、变异等操
冲关麻将算子方法
冲关麻将算子方法 冲关麻将算子方法 一、最大的特色：烂风、十三烂、德国、冲关、霸精、霸胡、小七、大七、点炮 二、使用了“正精”和“副精”，使得天胡、地胡的出现频度相对增加。 精就是万能牌，可以代替任何一张牌。精是在四家抓完牌后由庄家投骰子，根据取两粒骰子的和的点数，从牌桌上牌的末端算起，数到该墩把上面的一张牌翻开，即为精，一副牌里有7张精，翻开的那张不算。例如翻开的牌为一万，即一、二万为精，其中一万为正精，二万为副精，如为北风则北东风为精，其中北风为正精，东风为副精。计算奖励时正精算两个精，副精算一个精。 三、德国就是没有精的状态下胡牌，分德国点炮、德国自摸、精吊德国、杠吊德国、德国十三烂、小七德国、大七德国等。 四、一般规则： 1、汉字牌不重复三个可为一体：中发白东西北南东北
13+4+4=21 7、庄家点闲家有精平胡：不能胡 8、庄家点闲家德国平胡： 13+2+2=17 9、闲家点闲家有精平胡：不能胡 10、闲家点闲家德国平胡：4+9+2=15 B组：小七、十三烂 1、庄家小七有精自摸： 8+8+8=24 2、庄家小七德国自摸： 21+21+21=63 3、闲家小七有精自摸： 8+4+4=16 4、闲家小七德国自摸： 21+13+13=37 5、闲家点庄家有精小七：8+4+4=16 6、闲家点庄家德国小七： 21+8+8=37 7、庄家点闲家有精小七：8+2+2=12 8、庄家点闲家德国小七： 21+4+4=29 9、闲家点闲家有精小七：4+4+2=10
10、闲家点闲家德国小七：8+13+4=25 C组：大七 1、庄家大七有精自摸：16+16+16=48 2、庄家大七德国自摸：37+37+37=111 3、闲家大七有精自摸：16+8+8=32 4、闲家大七德国自摸：37+21+21=79 5、闲家点庄家有精大七：16+8+8=32 6、闲家点庄家德国大七：37+16+16=69 7、庄家点闲家有精大七：16+4+4=24 8、庄家点闲家德国大七：37+8+8=43 9、闲家点闲家有精大七：8+8+4=20 10、闲家点闲家德国大七：16+21+8=45 D组：精吊 1、庄家有精平胡精吊：8+8+8=24 2、庄家有精小七精吊：16+16+16=48 3、庄家有精大七精吊：32+32+32=96 4、闲家有精平胡精吊：8+4+4=16 5、闲家有精小七精吊：16+8+8=32 6、闲家有精大七精吊：32+16+16=64 7、庄家平胡精吊德国：21+21+21=63 8、庄家小七精吊德国：37+37+37=111 9、庄家大七精吊德国：69+69+69=207
附件4： 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ～2011学年第二学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作部门： 一、课程设计题目 哈希表应用 二、课程设计内容（含技术指标） 【问题描述】 利用哈希表进行存储。 【任务要求】 任务要求：针对一组数据进行初始化哈希表，可以进行显示哈希表，查找元素，插入元素，删除元素，退出程序操作。 设计思想：哈希函数用除留余数法构造，用线性探测再散列处理冲突。 设计目的：实现哈希表的综合操作 简体中文控制台界面：用户可以进行创建哈希表，显示哈希表，查找元素，插入元素，删除元素。 显示元素：显示已经创建的哈希表。 查找元素：查找哈希表中的元素，分为查找成功和查找不成功。 插入元素：在哈希表中，插入一个元素，分为插入成功和失败。 删除元素：在已有的数据中，删除一个元素。 退出系统：退出程序。 【测试数据】 自行设定，注意边界等特殊情况。
三、进度安排 1．初步设计：写出初步设计思路，进行修改完善，并进行初步设计。 2．详细设计：根据确定的设计思想，进一步完善初步设计内容，按要求编写出数据结构类型定义、各算法程序、主函数。编译分析调试错误。 3．测试分析：设计几组数据进行测试分析，查找存在的设计缺陷，完善程序。 4．报告撰写：根据上面设计过程和结果，按照要求写出设计报告。 5．答辩考核验收：教师按组（人）检查验收，并提出相关问题，以便检验设计完成情况。 四、基本要求 1．在设计时，要严格按照题意要求独立进行设计，不能随意更改。若确因条件所限，必须要改变课题要求时，应在征得指导教师同意的前提下进行。 2．在设计完成后，应当场运行和答辩，由指导教师验收，只有在验收合格后才能算设计部分的结束。 3．设计结束后要写出课程设计报告，以作为整个课程设计评分的书面依据和存档材料。设计报告以规定格式的电子文档书写、打印并装订，报告格式严格按照模板要求撰写，排版及图、表要清楚、工整。 从总体来说，所设计的程序应该全部符合要求，问题模型、求解算法以及存储结构清晰；具有友好、清晰的界面；设计要包括所需要的辅助程序，如必要的数据输入、输出、显示和错误检测功能；操作使用要简便；程序的整体结构及局部结构要合理；设计报告要符合规范。 课程负责人签名： 年月日
在组建局域网的过程中，人们往往会不惜重金去购买高档网卡、交换机、路由器，而忽略了这“不起眼”的网线质量。其实网线的质量对局域网的传输性能影响最直接，因此对网线进行测试是选购网线过程中的一个很重要的环节，只有多看、多测试才能在鱼龙混杂的网线市场中选到真正令自己放心的产品，也只有多测试，大家才能获得对网线的真实感受，为此笔者就和大家详细谈一谈如何对网线进行全方位测试。 1、测试网线的速度 对网线的传输速度进行测试是鉴别网线质量真伪的最有效手段;测试时为了更贴近实际使用环境，同时减少外界干扰环节，笔者建议采用双机直联的方式进行。同时为了保证测试的准确性，尽量使用质量好的品牌网卡，保证测试时不会发生硬件瓶颈现象;同时也要保证计算机系统干净、整洁，运行速度快，不然计算机本身的运行速度会影响网线传输速度。此外，在做连接网线时，尽量使用质量好的水晶头，也要保证线头做得规范，只有这样才能将外界因素对网线传输速度的影响降低到最小程度。 2、检查网线柔韧性 品质良好的网线在设计时考虑到布线的方便性，尽量做到很柔韧，无论怎样弯曲都很方便，而且不容易被折断。而目前市场上有许多奸商为了能获得高额销售利润，在本来是纯铜质量的网线中参入了其他廉价的金属成分，这样网线的成本就会下降，但网线本身的质量和性能却大不一样，表现出来的现象是网线线缆的质地不再那么柔软，网线的传输速度也大打折扣。要是在布线的过程中，反复弯曲这样的网线的话，网线里面的铜线缆可能就会被折断。当然如果发现网线太柔软的话，也要注意它可能是假冒伪劣产品。 3、测试网线的可燃烧性
一般来说组成网线的材料必须要求有抗燃烧性，不然的话出现个火灾什么的话，那就损失惨重了。因此大家在选择网线时，一定要检查网线外皮的可燃烧性，以辨别真伪。在具体测试时，大家可以先用剪刀切取2厘米左右长度的网线外皮，然后用打火机对着外皮燃烧，正品网线的外皮会在焰火的烧烤之下，逐步被熔化变形，但外皮肯定不会自己燃烧起来;要是发现网线的外皮禁不住烈火的考验，一点就燃烧起来的话，那网线的传输速度再怎么高也应该放弃选择，毕竟这样的网线在布线工程中是很不安全的，使用它会留下很大的安全隐患。笔者曾经找来一段正品网线与伪劣网线，并同时用打火机点燃它们，发现6秒钟后，正品网线只是冒白烟并随着时间推移，逐步熔化变形，而伪劣网线不到2秒钟，就被轻易点燃了，而且伴有大量黑烟产生。 4、测试网线的抗温性 布线工程中对网线抵抗外界温度的变化有相当高的要求，不说能抵抗任何环境变化吧，至少网线不能在高温或者低温环境下被软化或者被冻裂。为了保证在高温环境下网线的性能不受影响，正品网线采用的外皮材料可以抵抗高达50度左右的高温考验，不会出现类似网线被软化或者变形的现象发生。如果截取一小段网线外皮，放在火炉旁边一段时间，发现该外皮比正常的外皮变软的话，就说明该网线的质量肯定不过硬。 在实际挑选网线的时候，有时缺少测试的环境或者条件，无法通过上面的方法对网线的质量或者材料进行测试时，大家不妨通过观察网线外皮上的标识来鉴别网线的真伪。通常情况下，正规品牌的网线外皮上都有网线的种类标识以及厂家的商标，例如CAT5标识是表示该网线是五类线，CAT6标识就代表网线是六类线;如果网线的外皮什么标识也没有的话，大家就应该提高警惕，想办法创造条件，来按照上面的方法对网线进行测试鉴别。
一、实验目的与任务 算术表达式和赋值语句的文法可以是（你可以根据需要适当改变）： S→i=E E→E+E|E-E|E*E|E/E|（E）|i 根据算符优先分析法，将赋值语句进行语法分析，翻译成等价的一组基本操作，每一基本操作用四元式表示。 二、实验涉及的相关知识点 算符的优先顺序。 三、实验内容与过程 如参考C语言的运算符。输入如下表达式（以分号为结束）：（1）a = 10; （2）b = a + 20; 注：此例可以进行优化后输出（不作要求）：(+,b,a,20) （3）c=(1+2)/3+4-(5+6/7); 四、实验结果及分析 （1）输出：(=, a,10,-) （2）输出：(=,r1,20,-)
(+,r2,a,r1) (=,b,r2,-) （3）输出：(+,r1,1,2) (/,r2,r1,3) (/,r3,6,7) (+,r4,5,r3,) (+,r5,r2,4) (-,r6,r5,r4) (=,c,r6,-) 五、实验有关附件（如程序、附图、参考资料，等） ... ... h == '#') o][Peek(n0).No]; if(r == '<') h == 'E'&& Peek(1).ch == '#' && Token[ipToken].ch == '#') return TRUE; else return FALSE; } h) { k = TRUE; h == 'E') { n ++; } return n; } 词结束（遇到“#”号），无法移进，需要规约，返回：1 词没有结束，需判断是否可以移进 栈单词<=单词：移进后返回：2 栈单词>单词：不能移进，需要规约，返回：1 单词没有优先关系：出错，返回：-1 int MoveIn() { SToken s,t; h = '#';
双绞线一般有三种线序：直通（Straight-through），交叉（Cross-over）和全反（Rolled） 1. 直通（Straight-through）线一般用来连接两个不同性质的接口。一般用于：PC to Switch/Hub，Router to Switch/Hub。直通线的做法就是使两端的线序相同，要么两头都是5[font=隶书]68A 标准，要么两头都是568B 标准。 Hub/Switch Host 1 <------------>1 2 <------------>2 3 <------------>3 6 <------------>6 2. 交叉（Cross-over）线一般用来连接两个性质相同的端口。比如：Switch to Switch，Switch to Hub， Hub to Hub， Host to Host，Host to Router。做法就是两端不同，一头做成568A，一头做成568B 就行了。 Hub/Switch Hub/Switch 1 <------------>3 2 <------------>6 3 <------------>1 6 <------------>2 3. 全反（Rolled）线，不用于以太网的连接，主要用于主机的串口和路由器（或交换机）的console 口连接的console 线。做法就是一端的顺序是1－8，另一端则是8－1 的顺序。 Host Router/Switch
1 <------------>8 2 <------------>7 3 <------------>6 4 <------------>5 5 <------------>4 6 <------------>3 7 <------------>2 8 <------------>1 补： ＥＩＡ／ＴＩＡ的布线标准中规定了两种双绞线的线序５６８Ａ与５６８Ｂ。 ５６８Ａ标准： 绿白——１，绿——２，橙白——３，蓝——４，蓝白——５，橙——６，棕白——７，棕——８ ５６８Ｂ标准： 橙白——１，橙——２，绿白——３，蓝——４，蓝白——５，绿——６，棕白——７，棕——８ （"橙白"是指浅橙色，或者白线上有橙色的色点或色条的线缆，绿白、棕白、蓝白亦同）。 双绞线的顺序与ＲＪ４５头的引脚序号要—一对应。 为了保持最佳的兼容性，普遍采用ＥＩＡ／ＴＩＡ５６８Ｂ标准来制作网线。注意：在整个网络布线中应该只采用一种网线标准。如果标准不统一，几个人共同工作时准会乱套；更严重的是施工过程中一旦出现线缆差错，在成捆的线缆中是很难查找和剔除的。笔者强烈
几种常用边缘检测算法的比较摘要:边缘是图像最基本的特征，边缘检测是图像分析与识别的重要环节。基于微分算子的边缘检测是目前较为常用的边缘检测方法。通过对Roberts，Sobel，Prewitt，Canny 和Log 及一种改进Sobel等几个微分算子的算法分析以及MATLAB 仿真实验对比，结果表明，Roberts，Sobel 和Prewitt 算子的算法简单，但检测精度不高，Canny 和Log 算子的算法复杂，但检测精度较高，基于Sobel的改进方法具有较好的可调性，可针对不同的图像得到较好的效果，但是边缘较粗糙。在应用中应根据实际情况选择不同的算子。 0 引言 边缘检测是图像分析与识别的第一步，边缘检测在计算机视觉、图像分析等应用中起着重要作用，图像的其他特征都是由边缘和区域这些基本特征推导出来的，边缘检测的效果会直接影响图像的分割和识别性能。边缘检测法的种类很多，如微分算子法、样板匹配法、小波检测法、神经网络法等等，每一类检测法又有不同的具体方法。目前，微分算子法中有Roberts，Sobel，Prewitt，Canny，Laplacian，Log 以及二阶方向导数等算子检测法，本文仅将讨论微分算子法中的几个常用算子法及一个改进Sobel算法。 1 边缘检测
在图像中，边缘是图像局部强度变化最明显的地方，它主要存在于目标与目标、目标与背景、区域与区域( 包括不同色彩) 之间。边缘表明一个特征区域的终结和另一特征区域的开始。边缘所分开区域的内部特征或属性是一致的，而不同的区域内部特征或属性是不同的。边缘检测正是利用物体和背景在某种图像特征上的差异来实现检测，这些差异包括灰度、颜色或纹理特征，边缘检测实际上就是检测图像特征发生变化的位置。边缘的类型很多，常见的有以下三种: 第一种是阶梯形边缘，其灰度从低跳跃到高; 第二种是屋顶形边缘，其灰度从低逐渐到高然后慢慢减小; 第三种是线性边缘，其灰度呈脉冲跳跃变化。如图1 所示。 (a) 阶梯形边缘(b) 屋顶形边缘 (b) 线性边缘 图像中的边缘是由许多边缘元组成，边缘元可以看作是一个短的直线段，每一个边缘元都由一个位置和一个角度确定。边缘元对应着图像上灰度曲面N 阶导数的不连续性。如果灰度曲面在一个点的N 阶导数是一个Delta 函数，那么就
目录 摘要....................................................................... I 1简介. (1) 1.1MATLAB 简介 (1) 1.2数字图像处理简介 (1) 2边缘检测 (3) 2.1边缘的含义 (3) 2.2边缘检测的含义 (3) 2.3边缘检测的步骤 (3) 3常用的边缘检测算子 (5) 3.1微分算子 (5) 3.1.1 Sobel算子 (5) 3.1.2 robert算子 (6) 3.1.3 prewitt算子 (6) 3.2 Laplacian算子 (6) 3.3 Log算法 (7) 3.4 Canny边缘检测法 (7) 4程序设计 (8) 5运行结果 (10) 6边缘检测结果比较 (12) 7心得体会 (13) 参考文献 (14)
摘要 边缘检测是利用边缘增强算子，突出图像中的局部边缘，然后定义象素的“边缘强度”，通过设置阈值的方法提取边缘点集。本设计利用MATLAB软件分析几种应用于数字图像处理中的边缘检测算子,根据它们在实践中的应用结果进行研究,主要包括:Robert 边缘算子、Prewitt 边缘算子、Sobel 边缘算子、LoG边缘算子以及Laplacian 算子等对图像边缘检测,根据实验处理结果对几种算子进行比较。 关键词：Matlab边缘检测算子
1简介 1.1MATLAB简介 Matlab是国际上最流行的科学与工程计算的软件工具，它起源于矩阵运算，已经发展成一种高度集成的计算机语言。有人称它为“第四代”计算机语言，它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化界面设计、便捷的与其它程序和语言接口的功能。随着Matlab语言功能越来越强大，不断适应新的要求并提出新的解决方法，可以预见，在科学运算，自动控制与科学绘图领域，Matlab语言将长期保持其独一无二的地位。 Matlab 的特点如下： (1) 高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来; (2) 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化; (3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握; (4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具. Matlab的优势如下： （1）友好的工作平台和编程环境 （2）简单易用的程序语言 （3）强大的科学计算机数据处理能力 （4）出色的图形处理功能 （5）应用广泛的模块集合工具箱 （6）实用的程序接口和发布平台 （7）应用软件开发（包括用户界面） 1.2数字图像处理简介 数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，以提高图像的实用性，达到人们所要求的预期结果。从处理的目的来讲主要有：
一,哈希表(Hashtable)简述 在.NET Framework中，Hashtable是System.Collections命名空间提供的一个容器，用于处理和表现类似key/value的键值对，其中key通常可用来快速查找，同时key是区分大小写；value用于存储对应于key的值。Hashtable中key/value键值对均为object 类型，所以Hashtable可以支持任何类型的key/value键值对. 二,哈希表的简单操作 在哈希表中添加一个key/value键值对：HashtableObject.Add(key,value); 在哈希表中去除某个key/value键值对：HashtableObject.Remove(key); 从哈希表中移除所有元素：HashtableObject.Clear(); 判断哈希表是否包含特定键key：HashtableObject.Contains(key); 下面控制台程序将包含以上所有操作： using System; using System.Collections; //使用Hashtable时，必须引入这个命名空间 class hashtable { public static void Main() { Hashtable ht=new Hashtable(); //创建一个Hashtable实例 ht.Add("E","e");//添加key/value键值对 ht.Add("A","a"); ht.Add("C","c"); ht.Add("B","b"); string s=(string)ht["A"]; if(ht.Contains("E")) //判断哈希表是否包含特定键,其返回值为true或false Console.WriteLine("the E key:exist"); ht.Remove("C");//移除一个key/value键值对 Console.WriteLine(ht["A"]);//此处输出a ht.Clear();//移除所有元素 Console.WriteLine(ht["A"]); //此处将不会有任何输出 } } 三,遍历哈希表 遍历哈希表需要用到DictionaryEntry Object，代码如下： for(DictionaryEntry de in ht) //ht为一个Hashtable实例 { Console.WriteLine(de.Key);//de.Key对应于key/value键值对key Console.WriteLine(de.Value);//de.Key对应于key/value键值对value
实训1 双绞线跳线制作与测试 一、实训目的： 1. 掌握使用网线钳制作具有RJ45接头的双绞线跳线的技能； 2. 能够使用网线测试仪测试双绞线跳线的正确性； 3.培养初步的协同工作能力。 二、实训设备： 1. RJ45压线钳一把 2. 超5类双绞线若干 3. 测线仪一个 4. 水晶头两个 三、实训任务 任务1：制作一条超5类双绞线的直通线 任务2：制作一条超5类双绞线的交叉线 四、实训步骤 （一）制作标准与跳线类型 每条双绞线中都有8根导线，导线的排列顺序必须遵循一定的规律，否则就会导致链路的连通性故障，或影响网络传输速率。 1. T568-A与T568-B标准 目前，最常用的布线标准有两个，分别是EIA/TIA T568-A和EIA/TIA T568-B两种。在一个综合布线工程中，可采用任何一种标准，但所有的布线设备及布线施工必须采用同一标准。通常情况下，在布线工程中采用EIA/TIA T568-B标准。 （1）按照T568B标准布线水晶头的8针（也称插针）与线对的分配如图1.1所示。线序从左到右依次为：1-白橙、2-橙、3-白绿、4-蓝、5-白蓝、6-绿、7-白棕、8-棕。4对双绞线电缆的线对2插入水晶头的1、2针，线对3插入水晶头的3、6针。 （2）按照T568A标准布线水晶头的8针与线对的分配如图1.2所示。线序从左到右依
次为：1-白绿、2-绿、3-白橙、4-蓝、5-白蓝、6-橙、7-白棕、8-棕。4对双绞线对称电缆的线对2接信息插座的3、6针，线对3接信息插座的1、2针。 2. 判断跳线线序 只有搞清楚如何确定水晶头针脚的顺序，才能正确判断跳线的线序。将水晶头有塑料弹簧片的一面朝下，有针脚的一方向上，使有针脚的一端指向远离自己的方向，有方型孔的一端对着自己，此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余依次顺序排列。 3. 跳线的类型 按照双绞线两端线序的不同，通常划分两类双绞线。 （1）直通线 根据EIA/TIA 568-B 标准，两端线序排列一致，一一对应，即不改变线的排列，称为直通线。直通线线序如表1-1所示，当然也可以按照EIA/TIA 568-A标准制作直通线，此时跳线的两端的线序依次为：1-白绿、2-绿、3-白橙、4-蓝、5-白蓝、6-橙、7-白棕、8-棕。 表1-1 直通线线序 （2）交叉线 根据EIA/TIA 568-B 标准，改变线的排列顺序，采用“1-3，2-6”的交叉原则排列，称为交叉网线。交叉线线序如表1-2所示： 表1-2 交叉线线图 两类。当同种类型的接口通过双绞线互连时（两个接口都是MDI或都是MDIX），使用交叉线；当不同类型的接口（一个接口是MDI，一个接口是MDIX）通过双绞线互连时，使用直通线。通常主机和路由器的接口属于MDI，交换机和集线器的接口属于MDIX。例如交换机与主机相连采用直通线，路由器和主机相连则采用交叉线。表1-3列出了设备间连线。表1-3中N/A表示不可连接。 表1-3 设备间连线
冲关麻将算子方法 冲关麻将算子方法 一、最大的特色：烂风、十三烂、德国、冲关、霸精、霸胡、小七、大七、点炮 二、使用了“正精”和“副精”，使得天胡、地胡的出现频度相对增加。 精就是万能牌，可以代替任何一张牌。精是在四家抓完牌后由庄家投骰子，根据取两粒骰子的和的点数，从牌桌上牌的末端算起，数到该墩把上面的一张牌翻开，即为精，一副牌里有7张精，翻开的那张不算。例如翻开的牌为一万，即一、二万为精，其中一万为正精，二万为副精，如为北风则北东风为精，其中北风为正精，东风为副精。计算奖励时正精算两个精，副精算一个精。 三、德国就是没有精的状态下胡牌，分德国点炮、德国自摸、精吊德国、杠吊德国、德国十三烂、小七德国、大七德国等。 四、一般规则： 1、汉字牌不重复三个可为一体：中发白东西北南东北 2、可吃上家，可碰任何一家 3、精可还原作无精 4、同一轮中点炮胡牌：胡前不胡后 5、有精平胡不能抓点炮 6、相公：多牌或少牌称为相公 7、和牌：摸牌到翻精处无人胡牌，则称和牌，此局全作废. 8、计子方式：分精计子和胡计子（即没胡牌不一定输子） 9、已构成精吊结构，不能作德国点炮和抢杠。 五、计子规则（分胡计子和精计子两项）
A组：平胡 1、庄家平胡有精自摸： 4+4+4=12 2、庄家平胡德国自摸： 13+13+13=39 3、闲家平胡有精自摸： 4+2+2=8 4、闲家平胡德国自摸： 13+9+9=31 5、闲家点庄家有精平胡：不能胡 6、闲家点庄家德国平胡： 13+4+4=21 7、庄家点闲家有精平胡：不能胡 8、庄家点闲家德国平胡： 13+2+2=17 9、闲家点闲家有精平胡：不能胡 10、闲家点闲家德国平胡： 4+9+2=15 B组：小七、十三烂 1、庄家小七有精自摸： 8+8+8=24 2、庄家小七德国自摸： 21+21+21=63 3、闲家小七有精自摸： 8+4+4=16 4、闲家小七德国自摸： 21+13+13=37 5、闲家点庄家有精小七： 8+4+4=16 6、闲家点庄家德国小七： 21+8+8=37 7、庄家点闲家有精小七： 8+2+2=12 8、庄家点闲家德国小七： 21+4+4=29 9、闲家点闲家有精小七： 4+4+2=10 10、闲家点闲家德国小七： 8+13+4=25
1. 引言 哈希表（Hash Table）的应用近两年才在NOI（全国青少年信息学奥林匹克竞赛）中出现，作为一种高效的数据结构，它正在竞赛中发挥着越来越重要的作用。 哈希表最大的优点，就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低，几乎可以看成是常数时间；而代价仅仅是消耗比较多的内存。然而在当前可利用内存越来越多的情况下，用空间换时间的做法是值得的。另外，编码比较容易也是它的特点之一。 哈希表又叫做散列表，分为“开散列” 和“闭散列”。考虑到竞赛时多数人通常避免使用动态存储结构，本文中的“哈希表”仅指“闭散列”，关于其他方面读者可参阅其他书籍。 2. 基础操作 2.1 基本原理 我们使用一个下标范围比较大的数组来存储元素。可以设计一个函数（哈希函数，也叫做散列函数），使得每个元素的关键字都与一个函数值（即数组下标）相对应，于是用这个数组单元来存储这个元素；也可以简单的理解为，按照关键字为每一个元素“分类”，然后将这个元素存储在相应“类”所对应的地方。 但是，不能够保证每个元素的关键字与函数值是一一对应的，因此极有可能出现对于不同的元素，却计算出了相同的函数值，这样就产生了“冲突”，换句话说，就是把不同的元素分在了相同的“类”之中。后面我们将看到一种解决“冲突”的简便做法。 总的来说，“直接定址”与“解决冲突”是哈希表的两大特点。 2.2 函数构造 构造函数的常用方法（下面为了叙述简洁，设h(k) 表示关键字为k 的元素所对应的函数值）： a) 除余法： 选择一个适当的正整数p ，令h(k ) = k mod p ，这里，p 如果选取的是比较大
的素数，效果比较好。而且此法非常容易实现，因此是最常用的方法。 b) 数字选择法： 如果关键字的位数比较多，超过长整型范围而无法直接运算，可以选择其中数字分布比较均匀的若干位，所组成的新的值作为关键字或者直接作为函数值。 2.3 冲突处理 线性重新散列技术易于实现且可以较好的达到目的。令数组元素个数为S ，则当h(k)已经存储了元素的时候，依次探查(h(k)+i) mod S , i=1,2,3…… ，直到找到空的存储单元为止（或者从头到尾扫描一圈仍未发现空单元，这就是哈希表已经满了，发生了错误。当然这是可以通过扩大数组范围避免的）。 2.4 支持运算 哈希表支持的运算主要有：初始化(makenull)、哈希函数值的运算(h(x))、插入元素(i nsert)、查找元素(member)。设插入的元素的关键字为x ，A 为存储的数组。初始化比较容易，例如： const empty=maxlongint; // 用非常大的整数代表这个位置没有存储元素 p=9997; // 表的大小 procedure makenull; var i:integer; begin for i:=0 to p-1 do A[i]:=empty; End; 哈希函数值的运算根据函数的不同而变化，例如除余法的一个例子：
双绞线测试 当今首选的局域网布线系统就是双绞线系统。其中主流的选择是超 5 类或更高的性能的系统。 对于布线系统来说，安装人员进行的最最基本的测试就是使用连通性测试仪验证链路端到端的连接。这些测试仪提供完整的接线图测试，使用TDR 技术测量长度以及其他一些附加信息。这类仪器对于测试语音线路，快速检查数据链路以及高速增长的住宅局域网布线市场是非常有帮助的。 目前适用于布线系统的标准要求测量几个参数以便于认证布线系统满足一定的传输性能要求。一些测试在全世界范围内都是要进行的，另一些测试是有所差别的。每个标准都有其特定的通过/失败极限值，这些极限值取决于链路的类别和链路模型的定义。 所有的标准对于已安装的链路度要求进行三项测试。第一个就是接线图测试。接线图测试用于验证线缆链路中每一根针脚端至端的连通性，同时检查串绕问题。任何错误的接线形式，例如断路，短路，跨接，反接，串绕等都应能够检测出来。 判断局域网布线系统性能的另一个重要的参数是衰减。任何电子信号从信号源发出后在传输过程中都会有能量的损失，这对于局域网信号来说也不能例外。衰减随着温度和频率的增加而增加。高频信号比低频信号衰减得更严重。这也是为什么链路有正确的接线图，在10Base-T 网络中运行得非常好，而不能在100Base-T 网络中正常工作的原因。对于5 类布线系统，各个厂商的产品在衰减方面的性能非常接近。比5 类标准所要求的衰减性能更好的线缆通常是因为加大了芯线的线径或是稍微提高了特性阻抗。 判断网络布线系统性能的最重要的参数是近端串扰（NEXT）。串扰是由于一对线的信号产生了辐射并感应到其他临近的一对线而造成的。串扰也是随频率变化的，同衰减类似的，3 类线可以很好地支持10Base-T 的应用，但却不能用于100Base-T 网络。 保持线对紧密地绞结和线对间的平衡可以有效地降低串绕。较小的绞距可以形成电磁场的方向相反以有效地相互抵消彼此间的影响，从而降低线对向外的辐射。超5 类线的绞距比3 类线的要小，而且绞距的一致性比3 类线也好，还使用了性能更好的绝缘材料，这些都进一步抑制了串扰并降低了衰减。TIA/EIA-568-B 标准要求所有UTP 连接在端接处未绞结的部分不能超过1.3 厘米（0.5 英寸）。 标准还要求测量链路的长度。长度测量看起来简单，实际上也是大有学问的。在标准规定中永久链路的长度不能超过90 米，通道的长度不能超过100 米。精确测量长度受几个方面的影响，包括线缆的额定传输速度（NVP），绞线长度与外皮护套的长度，以及沿长度方向的脉冲散射。 当使用现场测试仪器测量长度时，通常测量的是时间延时，再根据设定的信号速度计算出长度值。 额定传输速度（NVP）表述的是信号在线缆中传输的速度，已光速的百分比形式表示。NVP 设置不正确是常见的错误。如果NVP 设定为75%而线缆实际的NVP 值是65%，那么测量还没有开始就有了10%以上的误差。此外，每对线之间的NVP 都可能差别，还会随频率的变化而变化。对于3 类线和混用的5类线来说，线对间NVP 值最大可能有12% 的差别。 另外，UTP 中的铜质芯线处于绞结状态的，所以它的实际长度比线缆最外层的护套要长。对于305米一箱的线缆来说，芯线可能会有310 米。 基于以上的原因，从测试仪得道的长度测量结果只能是较好的近似值而不会是精确值。 衰减串扰比（ACR）表示的是链路中有效信号与噪声的比值。简单地将ACR 就是衰减与NEXT 的比值，测量的是来自远端经过衰减的信号与串扰噪声间的比值。例如有一位讲
实习6、哈希表设计 一、需求分析 1. 问题描述 针对某个集体（比如你所在的班级）中的“人名”设计一个哈希表，使得平均查找长度均不超过R，完成相应的建表和查表顺序。 2. 基本要求 假设人名为中国人姓名的汉语拼音形式。待填入哈希表的人名共有30个，取平均查找长度的上限为2。哈希函数用除留余数法构造，用伪随机探测再散列法处理冲突。 3. 测试数据 取读者周围较熟悉的30个人的姓名。 4. 实现提示 如果随机数自行构造，则应首先调整好随机函数，使其分布均匀。人名的长度均不超过19个字符（最长的人名如：庄双双（Zhuang Shuangshuang））。字符的取码方法可直接利用C语言中的toascii函数，并可先对过长的人名先作折叠处理。 二、概要设计 ADT Hash { 数据对象D：D是具有相同特征的数据元素的集合。各数据元素均含有类型相同，可唯一标识数据元素的关键字。 数据关系R：数据元素同属一个集合。 InitNameT able() 操作结果：初始化姓名表。 CreateHashT able() 操作结果：建立哈希表。 DisplayNameTable() 操作结果：显示姓名表。 DisplayHashT able() 操作结果：显示哈希表。 FindName() 操作结果：查找姓名。 }ADT Hash 三、详细设计（源代码） （使用C语言） #include
哈希表设计数据结构课程设计
实习6、哈希表设计 一、需求分析 1. 问题描述 针对某个集体（比如你所在的班级）中的“人名”设计一个哈希表，使得平均查找长度均不超过R，完成相应的建表和查表顺序。 2. 基本要求 假设人名为中国人姓名的汉语拼音形式。待填入哈希表的人名共有30个，取平均查找长度的上限为2。哈希函数用除留余数法构造，用伪随机探测再散列法处理冲突。 3. 测试数据 取读者周围较熟悉的30个人的姓名。 4. 实现提示 如果随机数自行构造，则应首先调整好随机函数，使其分布均匀。人名的长度均不超过19个字符（最长的人名如：庄双双（Zhuang Shuangshuang））。字符的取码方法可直接利用C语言中的toascii函数，并可先对过长的人名先作折叠处理。 二、概要设计 ADT Hash { 数据对象D：D是具有相同特征的数据元素的集合。各数据元素均含有类型相同，可唯一标识数据元素的关键
字。 数据关系R：数据元素同属一个集合。 InitNameTable() 操作结果：初始化姓名表。 CreateHashTable() 操作结果：建立哈希表。 DisplayNameTable() 操作结果：显示姓名表。 DisplayHashTable() 操作结果：显示哈希表。 FindName() 操作结果：查找姓名。 }ADT Hash 三、详细设计（源代码） （使用C语言） #include
梯度算子中5种图像锐化方法及MATLAB实现 一、实验目的 掌握图像空间域锐化的原理和程序设计；观察对图像进行锐化的效果。学习如何用锐化处理技术来加强图像的目标边界和图像细节，对图像进行梯度算子、拉普拉斯算子、Sobel 算子设计，使图像的某些特征（如边缘、轮廓等）得以进一步的增强及突出。 二、实验设备 高性能计算机，操作系统为Windows XP, Matlab程序平台。 三、实验原理 图像锐化处理的目的是使模糊的图像变得更加清晰起来。 图像的模糊实质就是图像受到平均或积分运算造成的，因此可以对图像进行逆运算如微分运算来使图像清晰化。从频谱角度分析，图像模糊的实质是其高频分量被衰减，因而可以通过高通滤波操作来清晰图像。但要注意，进行锐化处理的图像必须有较高的信噪比，否则锐化后图像信噪比反而更低，从而使噪声增加得比信号还要多，因此一般是先去除或减轻噪声后再进行锐化处理。 根据梯度计算式可以计算Roberts、Prewitt和Sobel梯度。一旦梯度算出后，即可根据不同的需要生成不同的梯度增强图像。锐化滤波一般有两种方法：一种是空间域微分法，另外一种是频域中的高通滤波法。下面介绍常用的微分锐化方法。 1.梯度算子 梯度算子是边缘检测的一种方法，有水平垂直差分法和Roberts梯度正比于相邻像素灰度值之差分。 第一种输出形式 第二种输出形式第三种输出形式 第四种输出形式第五种输出形式 四、实验步骤程序如下： ) , ( ) , (y x grad y x g= ? ? ?≥ = ), , ( ) , ( ), , ( ) , ( 其它 y x f T y x grad y x grad y x g ? ? ?≥ = ) , ( ) , ( , ) , ( 其他 ， y x f T y x grad L y x g G ? ? ?≥ = , ) , ( ), , ( ) , ( 其他 B L T y x grad y x grad y x g ? ? ?≥ = , ) , ( , ) , ( 其他 B G L T y x grad L y x g