实验7 Spark初级编程实践 一、实验目的 1. 掌握使用Spark访问本地文件和HDFS文件的方法 2. 掌握Spark应用程序的编写、编译和运行方法 二、实验平台 1. 操作系统：Ubuntu18.04（或Ubuntu16.04）； 2. Spark版本：2.4.0； 3. Hadoop版本：3.1.3。 三、实验步骤（每个步骤下均需有运行截图） 实验前期准备： Spark是Apache软件基金会下的一个大数据处理框架，以其高效、易用和灵活性著称。在"大数据技术原理及应用课实验7：Spark初级编程实践"中，我们主要关注Spark的两个核心知识点：数据读取和Spark应用程序的开发流程。 Spark提供了一种简单的方式去访问不同的数据源，包括本地文件系统和Hadoop Distributed File System (HDFS)。在Spark Shell中，可以通过`textFile()`函数读取文件，例如读取本地文件"/home/hadoop/test.txt"，只需一行命令`sc.textFile("/home/hadoop/test.txt")`。若要读取HDFS上的文件，需要指定HDFS的URL，如`sc.textFile("hdfs://namenode:port/user/hadoop/test.txt")`。在这里，`sc`是SparkContext的实例，是Spark与集群交互的入口。 Spark应用程序的编写通常使用Scala、Java、Python或R语言。在实验中，推荐使用Scala编写独立的应用程序，这需要对Spark的API有一定的了解。比如，统计文件行数可以使用`count()`方法，而创建Spark应用并打包成JAR文件则涉及到构建工具如sbt或Maven的使用。一旦应用编写完成，可以通过`spark-submit`命令提交到Spark集群执行。 接下来，实验中还涉及到了两个具体的编程任务： 1. 数据去重：这个任务要求合并两个文件A和B，并去除其中重复的内容。在Spark中，可以使用`reduceByKey`或`distinct`操作来实现。将两个文件的内容合并为一个DataFrame或RDD，然后通过`reduceByKey(_ + _)`对键值对进行合并，最后用`distinct()`去除重复项。 2. 求平均值：这个任务需要计算多个文件中所有学生的平均成绩。将所有包含成绩的文件加载到Spark，然后将数据转换为键值对形式，键是学生名字，值是成绩。接着，可以使用`groupByKey`和`mapValues`操作，`groupByKey`将相同名字的学生聚合在一起，`mapValues`用于计算这些学生的平均分，最后将结果写入新文件。 Spark在处理大数据时，其核心是弹性分布式数据集(RDD)，RDD提供了容错性和并行计算的能力。此外，Spark还提供了DataFrame和Dataset API，它们提供了更高级别的抽象，便于数据处理和SQL查询。 在实验总结中提到，Spark的应用程序优化涉及数据分区、缓存和序列化等策略。数据分区可以提高并行度，缓存可以减少数据读取的开销，而选择合适的序列化方式能优化内存使用和传输效率。 优化和改进方面，可以考虑使用更高效的Join策略，如Broadcast Join来处理大型数据集，或者使用DataFrames和Datasets API来利用其编译时检查和优化。另外，还可以研究Spark的动态资源调度，以适应数据量的变化和集群资源的波动。 Spark作为大数据处理的重要工具，其编程实践涵盖了数据读取、分布式计算、数据操作和应用程序优化等多个方面，对理解和掌握大数据处理流程具有重要的实际意义。通过这样的实验，可以提升对Spark的理解和应用能力。

包括数据背景、数据介绍、问题分析、数据预处理、特征提取、多机器学习算法构建模型，同时采用多种异常变量定位方法定位异常变量，以及simulink仿真过程 报告中包括具体的实验步骤与代码（MATLAB）、simulink仿真 【田纳西伊斯曼故障诊断实验报告】是一个深入研究化工过程异常检测的案例，它基于美国Eastman化学公司的Tennessee Eastman (TE)仿真平台，该平台模拟了复杂的化工反应，涉及多步骤的物质转化和控制变量。实验包含了数据背景、数据介绍、问题分析、数据预处理、特征提取和多种机器学习算法的模型构建，以及Simulink仿真的应用。 1. **数据背景与数据介绍** - **TE过程**：这个过程包括8种物料成分，其中A、C、D、E作为反应物，B是惰性组分，G和H为主产物，F为副产物。物料通过不同流路进入反应器进行化学反应，然后通过冷凝和分离步骤进行产品提纯。 - **数据特性**：包括12个控制变量、22个过程测量变量和19个成分变量，涵盖了流量、压力、温度等多维度信息。此外，TE过程还设计了21种异常运行状态，样本每3分钟采集一次，故障从第161个样本开始引入。 2. **问题分析与数据预处理** - **异常诊断**：问题被视为一个多分类任务，需要将数据分为正常状态和21种故障状态。由于正常数据多于异常数据，可能需要进行欠采样处理以平衡样本分布。 - **预处理**：考虑到数据量纲不一，为了适应机器学习算法，需要对数据进行标准化处理，消除量纲影响，提高模型的训练效果和稳定性。 3. **机器学习算法应用** - **模型构建**：实验采用了决策树、判别分析、贝叶斯模型、K近邻和随机森林等多种多分类算法，通过五折交叉验证选取最佳模型，并进行超参数调优以提升预测准确率。 - **异常变量识别**：利用SHAP值和LIME算法，这两个局部可解释性方法能揭示特征变量对预测结果的影响，有助于定位异常变量。 4. **Simulink仿真** - **验证模型**：通过Simulink模型设置人工故障并重新仿真，收集新数据，用训练好的机器学习模型进行检测，以此检验模型的准确性和实用性。 实验的代码示例展示了数据加载和标准化处理的方法，使用`zscore`函数进行标准化，确保所有特征在同一尺度上，以便于不同机器学习算法的训练和评估。 这个实验全面地探讨了化工过程故障诊断的流程，从数据处理到模型构建再到验证，充分展示了机器学习在解决实际工业问题中的应用潜力。通过这样的实验，我们可以学习到如何处理多元异构数据，如何选择和优化机器学习模型，以及如何结合仿真工具进行模型验证。

1.1 设计要求 1、设计抢答电路。允许8人参加，并有锁定功能；用数码管显示最先回答的人的号码；并设置清除键，能让数码管清零灭灯。 1.2 设计目的 通过这次课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。 1.3 设计内容 本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。主持人有复位键。主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答选手号，主持人可按键结束，新一轮抢答开始。 通过研究并在设计后发现，采用数字电路技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都能通过数字电路完成，第二，工作性能可靠，抗千扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。

三相SVPWM整流器仿真与双闭环PI控制：电压外环与电流内环的讲解，输出电压调节至700V，单位功率因数运行及负载实验详解。,三相SVPWM整流器仿真讲解：双闭环PI控制实现单位功率因数运行与负载实验,三相电压型SVPWM整流器仿真matlab simulink，双闭环pi PI控制（电压外环电流内环），输出电压700V,（可自行调节）单位功率因数1运行，含负载实验。 资料讲解。 ,三相电压型SVPWM整流器;Matlab Simulink仿真;双闭环PI控制;单位功率因数运行;负载实验。,Matlab Simulink仿真：三相电压型SVPWM整流器双闭环PI控制策略与实践

根据提供的文档信息，本次实验报告主要关注的是设计三种不同类型的计算器用户界面(UI)，这涉及到UI设计的基本原理和技术，特别是对于Android平台的应用开发来说至关重要。以下是根据实验报告中的内容所提炼的关键知识点。 ### 实验背景 - **实验人员信息**： - 姓名：汤岚淇 - 学号：2225060346 - 专业年级：网络工程 2022 - 班级：未提及 - 实验室：未提及 - 指导教师：刘俊男 - 实验日期：未提及 - 课程名称：移动应用开始技术 - **实验类型**：设计性实验 ### 实验目的 掌握用户界面的设计，具体包括以下三个方面的内容： 1. **简单的计算器**：实现基本的加减乘除运算。 2. **科学计算器**：除了基本运算外，还需要支持更复杂的数学函数，如三角函数、对数等。 3. **程序计算器**：该计算器可能具有编程功能或者特殊的计算模式，例如支持编程语言中的变量定义与计算等。 ### 实验内容概述 - **实验环境**：Android Studio 或 HarmonyOS 平台 - **实验重点与难点**：容器及View的边界轮廓设计 - **实验步骤及结果**：文档提供了部分XML代码示例，用于展示如何使用`TableLayout`和`LinearLayout`来构建用户界面。 ### 实验内容详解 #### 简单的计算器 简单计算器通常只需要实现基本的算术操作，因此在设计用户界面时，主要关注数字输入区以及运算符按钮的设计。可以采用线性布局(`LinearLayout`)或网格布局(`GridLayout`)来排列这些按钮。 #### 科学计算器 科学计算器相比于简单计算器，其复杂程度更高，需要支持更多类型的运算，如指数、平方根、三角函数等。因此，在设计用户界面时，需要考虑如何合理地安排这些额外的功能键，确保界面既直观又易于操作。可以使用嵌套的布局结构，例如在主界面使用`LinearLayout`，而在某些特定区域使用`RelativeLayout`或`Gridview`。 #### 程序计算器 程序计算器是一种高级计算器，可能具有编程功能，能够处理复杂的计算任务。设计这种计算器的用户界面时，不仅要考虑基本的数学运算，还需要支持变量定义、函数调用等功能。可以采用多页面布局(`ViewPager`)来实现不同的功能模块，每个模块对应一个特定的界面。 ### XML代码示例解析 文档中的XML代码片段展示了如何使用`TableLayout`和`LinearLayout`来构建用户界面。其中，`TableLayout`作为顶层布局，负责整体的结构布局；`LinearLayout`则被用来创建具体的行或列。通过调整`LinearLayout`中的属性，如`android:orientation`来控制子元素的水平或垂直排列，可以灵活地设计出满足需求的用户界面。 ### 总结 通过本次实验，学生不仅能够学习到如何设计和实现不同类型的计算器用户界面，还能够深入了解Android平台上UI设计的基本原理和技术。这对于未来从事移动应用开发的学生来说是非常宝贵的实践经验。此外，实验过程中还会遇到一些挑战，如如何优化界面布局使其更加美观实用，如何通过合理的代码组织提高开发效率等，这些都是实际工作中经常会遇到的问题。

根据提供的文档内容，本次实验报告主要涉及的是移动应用开发中的关键技术点，具体为布局管理、基本控件的应用以及Activity的数据传递。以下是对这些知识点的详细阐述： ### 一、实验背景与目标 #### 实验背景 本次实验由河南大学软件学院网络工程专业2022级学生汤岚淇完成，实验旨在加深对Android移动应用开发的理解，特别是针对界面设计与交互逻辑方面的能力提升。 #### 实验目标 - **掌握线性布局和相对布局的使用方法**：线性布局和相对布局是Android应用中最常用的两种布局方式，掌握它们对于构建灵活多变的应用界面至关重要。 - **掌握基本控件的属性功能及使用方法**：熟悉各种控件（如TextView、ImageView等）及其属性设置，能够实现更丰富的用户界面。 - **掌握Activity的数据回传**：了解如何在不同Activity之间传递数据，这是实现复杂交互逻辑的基础。 ### 二、实验重点与难点 #### 布局与控件的用法 - **线性布局（LinearLayout）**：线性布局是最简单的布局方式之一，它以水平或垂直的方式排列其内部的控件。 - **相对布局（RelativeLayout）**：相对布局则更加灵活，可以通过定义控件间的相对位置关系来决定控件的位置。 #### 使用Activity的数据回传 - 在Android应用中，Activity之间的通信是非常重要的。通过Intent可以在Activity之间传递数据，而使用Bundle可以封装要传递的数据。 ### 三、实验内容概述 #### 实验内容 实验内容主要是通过线性布局和相对布局来搭建两个Activity界面，第一个界面包含一个“去竹园”按钮，点击该按钮后跳转到第二个界面，在第二个界面上有多个竹子图片，点击这些竹子图片可以实现计数并使对应的图片消失。点击“退出竹园”按钮返回第一个界面，并在该界面上显示出之前摘取的竹子数量。 #### 实验环境 - **实验平台**：使用Android Studio或者Harmony平台进行开发。 - **实验工具**：需要安装相应版本的Android SDK以及必要的插件。 ### 四、实验步骤详解 #### 布局文件分析 实验报告中给出的部分XML代码示例展示了如何使用线性布局和相对布局来构建界面： ```xml 实验，不仅能够熟练掌握线性布局和相对布局的基本用法，还能够深入了解如何利用基本控件构建复杂的用户界面，以及如何在不同的Activity之间传递数据。这对于开发出具有良好用户体验的应用程序具有重要意义。未来还可以进一步探索其他高级布局方式和控件，以及更复杂的Activity间通信机制，以应对更加复杂的开发需求。

基于小梅哥Zynq开发板的简易自制示波器源代码 在电子设计领域，Zynq开发板是一种高度集成的平台，它结合了ARM处理器和FPGA（Field-Programmable Gate Array）的功能，为开发者提供了强大的硬件灵活性和处理能力。本项目“基于小梅哥Zynq开发板的简易自制示波器源码”旨在利用这些特性构建一个简单的示波器应用，这对于学习嵌入式系统、数字信号处理以及FPGA编程具有很高的实践价值。 我们要理解Zynq开发板的核心组件。Zynq系列是Xilinx公司推出的一种SoC（System on Chip），它包含了一个可编程逻辑部分（FPGA）和一个处理系统（PS），这个处理系统通常是一个双核或四核的ARM Cortex-A9或A53处理器。在这个项目中，FPGA将用于实时采集模拟信号，而ARM处理器则负责数据处理和用户界面显示。 "ADC128S_Acq_LCD"这一文件名暗示了该项目的关键组件：ADC（Analog-to-Digital Converter）和LCD显示。ADC是模拟信号与数字信号之间的桥梁，它将接收到的模拟电压转换成数字值，这对于示波器来说至关重

### Romax-DOE1-实验设计 #### 一、基础知识与理论背景 ##### 1.1 设计研究，文件法 在Romax软件中，实验设计（Design of Experiments, DOE）是一种统计方法，用于识别哪些因素对过程输出的影响最大，并通过控制这些因素来优化过程性能。文件法是实验设计的一种基础形式，它通过记录和分析现有的实验数据来进行初步的假设检验或模式探索。这种方法通常用于缺乏足够实验资源的情况下，通过对已有文献资料的整理与分析，形成对问题的基本理解。 ##### 1.2 敏感度分析 敏感度分析是一种用于评估模型输出对输入变化响应程度的技术。通过改变一个或多个输入参数的值并观察其对输出的影响，可以确定哪些参数对结果具有最大的影响。在Romax软件的实验设计中，敏感度分析能够帮助用户了解不同参数变动对传动系统性能的影响程度，从而更有效地进行设计优化。 ##### 1.3 设计研究，全因子法 全因子法是一种系统地考虑所有因素及其相互作用的方法。在Romax软件中，全因子法通过设计一个完整的实验矩阵来涵盖所有可能的因素组合。这种方法虽然消耗资源较多，但能够提供全面的信息，有助于发现因素之间的交互效应。通过全因子设计，工程师可以全面了解每个因素如何独立以及相互作用影响输出结果。 ##### 1.4 设计研究，蒙特卡罗法 蒙特卡罗法是一种基于随机抽样的模拟技术，通过模拟大量试验的结果来估计系统的性能。在Romax软件中的蒙特卡罗模拟可以用来评估传动系统在不确定因素下的表现，如零件尺寸公差、材料属性等的变化。这种方法对于处理复杂的非线性关系特别有效，能够提供关于系统稳定性和可靠性的深入见解。 #### 二、DOE工具的使用 ##### 2.1 指定方法 在开始实验设计之前，用户需要指定一种特定的DOE方法。Romax软件提供了多种方法供用户选择，包括但不限于全因子法、部分因子法、中心复合设计等。每种方法都有其适用场景，用户应根据具体需求选择合适的方法。 ##### 2.2 选择变量 变量的选择是实验设计中的关键步骤之一。用户需要确定哪些因素将被纳入实验范围，这通常涉及到工程专业知识和技术经验。在Romax软件中，用户可以通过图形界面轻松添加或删除变量，并设置它们的取值范围。 ##### 2.3 选择约束条件 约束条件定义了实验的边界条件，例如成本限制、物理限制等。在Romax软件中，用户可以设定约束条件以确保实验结果符合实际应用的需求。合理设置约束条件有助于提高实验的有效性和实用性。 ##### 2.4 定义动作 “定义动作”是指在实验设计中对每个因素的操作方式。例如，是否需要调整某个参数的值，或者如何更改设计的某些方面。通过明确的动作定义，用户可以更好地控制实验流程，确保实验结果的准确性和可重复性。 ##### 2.5 设置目标 设置目标是指定义实验的主要目的。在Romax软件中，用户可以根据项目需求设定一个或多个目标，如最大化效率、最小化噪音等。明确的目标有助于指导整个实验设计过程，并确保最终结果满足预期要求。 ##### 2.6 变量和目标结构等级 在复杂的设计中，可能需要同时考虑多个变量和目标。Romax软件允许用户为这些变量和目标分配优先级，以便更好地平衡不同的设计需求。通过调整结构等级，用户可以在实现主要目标的同时，兼顾其他次要目标。 #### 三、输入数据 ##### 3.1 任务 1：全因子法 在使用全因子法时，首先需要准备必要的输入数据。这包括定义所有参与实验的因素及其取值范围。例如，在设计齿轮箱时，可能需要考虑的因素包括齿轮模数、齿数、材料硬度等。此外，还需要确定每个因素的低值和高值，以便构建实验矩阵。 接下来，根据所选方法创建实验设计。在Romax软件中，全因子法会自动生成包含所有可能组合的实验计划。每个实验都代表了一组特定的参数设置，用户需要执行每个实验并记录结果。 通过分析实验结果来确定哪些因素对输出结果有显著影响。Romax软件提供了强大的数据分析工具，可以帮助用户识别重要因素和交互作用，从而为优化设计提供依据。 Romax软件的实验设计功能为工程师提供了一个强大的工具，可以帮助他们在设计阶段进行有效的参数优化和性能预测。通过合理的实验设计，不仅可以节省大量的时间和成本，还能显著提高产品的性能和质量。

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。 基于MATLAB-App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计的知识点主要包括以下几个方面： 1. 系统设计的目的与意义：该系统旨在通过虚拟仿真实验，提供电力电子电路工作原理的教学和研究平台，帮助学生和工程技术人员深入理解和掌握电力电子技术，特别是在电路参数对波形影响的分析研究上。 2. 技术背景与支持：系统设计依托于MATLAB App Designer的界面布局功能与MATLAB Simulink的强大仿真能力，结合了编程语言的生动图形化和界面友好的优点，为用户提供了人机交互式的操作环境。 3. 系统功能与结构：实验系统包含典型的电力电子仿真模型和实例，涵盖了整流电路、逆变电路、斩波电路和调压电路等模块，以及丰富的教学实验项目，能够满足电气、自动化等专业教学与实践的需求。 4. 电力电子技术的发展与挑战：文中指出电力电子技术发展迅速，虚拟仿真实验技术的进步为电力电子实验教学提供了新的研究方法和手段。同时，硬件实验设备昂贵且实验接线复杂，虚拟仿真技术的引入可以有效补充传统硬件实验，使实验过程更加直观、容易和高效。 5. 教学与研究应用：系统设计的核心是通过设置参数直接观察电路电压、电流等波形的动态变化，以实现科学和研究的理论与现实意义。这一点对于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力具有重要作用。 6. 实验系统设计思路与方法：文中详细介绍了实验系统的设计思路，包括界面布局、编程回调函数编写等关键步骤，以及实验系统主界面的结构与功能区域的划分。系统主界面包括端口选择区、电路类型选择区、参数设定区、按钮功能区、时间调节区和仿真波形区等，每个区域都承担着特定的功能，共同构成了完整的交互式仿真环境。 7. 实际应用案例：文章通过三相桥式整流电路设计为具体案例，说明了电力电子虚拟仿真实验系统的具体应用。三相桥式整流电路作为电力电子电路的重要组成部分，其仿真过程的描述为电力电子技术的教学和研究提供了实例支持。 8. 结论：整个系统设计强调了虚拟仿真实验在电力电子教学与研究中的重要性，既能够辅助传统硬件实验，又能够为电力电子技术的教学与研究提供新的视角和手段。 9. 项目与基金支持：文中提到了黑龙江省高等教育教学改革研究项目和黑龙江省教育科学规划重点课题，表明该系统设计在政策和资金方面得到了一定的支持。 10. 作者与通讯作者信息：介绍了文章的主要作者和通讯作者的背景信息，为读者提供了进一步了解文章及联系作者的途径。 总结以上内容，该基于MATLAB-App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计的知识点涵盖了系统设计的背景、目的、意义、技术实现、功能结构、操作方法、案例应用、结论以及相关项目支持和作者信息等。这些知识点对于电力电子技术领域的教育和研究具有重要的参考价值。

山东大学软件学院2022级多核实验加复习资料