時(shí)間：2022-07-15 10:15:22
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關(guān)鍵詞：有效數(shù)字 準(zhǔn)確度 運(yùn)算規(guī)則 修約規(guī)則 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
中圖分類號(hào)：TB114 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（b）-0181-01
1.有效數(shù)字定義
在監(jiān)測(cè)工作中，需要記取很多讀數(shù)，一般允許最后一位是估計(jì)的，雖不太準(zhǔn)確，卻不是任意的。它們?nèi)际怯行У?，所以稱為有效數(shù)字，即指分析測(cè)量中所能得到的有實(shí)際意義的數(shù)字。記錄儀器的讀數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)由儀器的性能和測(cè)量方法的精密度決定，通?？晒烙?jì)到測(cè)量?jī)x器最小刻度的十分位。對(duì)于一個(gè)數(shù)來說，含有有效數(shù)的個(gè)數(shù)叫做這個(gè)數(shù)的準(zhǔn)確度，而一個(gè)數(shù)的最后一個(gè)可靠數(shù)字相對(duì)于零的位置叫做這個(gè)數(shù)的精確度。
2.有效數(shù)字的運(yùn)算法則
監(jiān)測(cè)分析中，試樣的結(jié)果由以一系列測(cè)得的原始數(shù)據(jù)經(jīng)一定計(jì)算公式的運(yùn)算而求得。在運(yùn)算過程中，兩數(shù)的相加減，應(yīng)使它們有相同的精確度；兩數(shù)相乘除，應(yīng)使它們有相同的準(zhǔn)確度，即每一個(gè)數(shù)都保留同樣位數(shù)的有效數(shù)字。近似運(yùn)算中應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：（1）幾個(gè)數(shù)相加減時(shí)：它們的和或差的有效數(shù)字保留的位數(shù)應(yīng)以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)為依據(jù)。在運(yùn)算過程中看，可多保留一位小數(shù)，最后結(jié)果按修約規(guī)則取舍。（2）做乘除運(yùn)算時(shí)：有效數(shù)字的位數(shù)取決于相對(duì)誤差最大的那個(gè)數(shù)或者有效數(shù)字位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)。要注意的是，乘除法前，應(yīng)先將各近似值修約至比有效數(shù)字位數(shù)最少者多保留一位有效數(shù)字?；蛎恳粋€(gè)分步運(yùn)算的結(jié)果，、應(yīng)比有效數(shù)字位數(shù)最少的那個(gè)數(shù)多保留一位。（3）做乘方和開方時(shí)：計(jì)算結(jié)果與原近似值的有效數(shù)字位數(shù)一致。（4）做對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)時(shí)：計(jì)算時(shí)，所取對(duì)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)后的位數(shù)（不包括首數(shù)）應(yīng)與真數(shù)的有效位數(shù)一致。最常用的是pH與氫離子濃度的換算。（5）算平均值時(shí)：求四個(gè)或四個(gè)以上準(zhǔn)確度接近的近似值的平均值，其有效數(shù)字位數(shù)可增加一位。
3.數(shù)字修約規(guī)則
進(jìn)舍規(guī)則：在計(jì)算一組有效數(shù)字位數(shù)不同的數(shù)據(jù)以前，應(yīng)該首先按照確定了的有效數(shù)字將多余的數(shù)字予以修約。棄去多余的或無意義的數(shù)字過去采用“四舍五入”的規(guī)則。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用“四舍六人五取舍”的規(guī)則，盡量使5本身引起的正負(fù)誤差相抵消。當(dāng)有效數(shù)字和位數(shù)確定以后，它后面的數(shù)字應(yīng)當(dāng)按照的規(guī)則，可以歸納為下面的順口溜：“四要舍，六要入，五后有數(shù)前進(jìn)一，五后無數(shù)看前方，前為奇數(shù)要進(jìn)一，前為偶數(shù)要舍去，‘0’字視為偶，負(fù)數(shù)按絕對(duì)，不論舍去多少位，必須一次修完畢?！?/p>
修約規(guī)則應(yīng)注意兩點(diǎn)。
（1）凡產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有界限數(shù)字時(shí)，不允許采用修約方法，對(duì)超出標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許偏差數(shù)值，也不允許修約。在對(duì)表示標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)字修約時(shí)，是只進(jìn)不舍。
（2）在具體實(shí)踐中，有時(shí)測(cè)試與計(jì)算部門先將獲得的數(shù)值按指定的修約位數(shù)多一位或幾位報(bào)出，而后由其他部門判定。為了防止連續(xù)修約，報(bào)出數(shù)值最右的非零數(shù)字為5時(shí)，應(yīng)在數(shù)值后不加符號(hào)或加“+”或“-”，以分別表明未舍未進(jìn)或已進(jìn)行過舍或進(jìn)。
4.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)出的位數(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計(jì)整理都是十分重要的。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)應(yīng)與測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度相適應(yīng)。記錄測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)，只保留一位可疑數(shù)字。本監(jiān)測(cè)室承擔(dān)著水處理中心，后宅，大陳，江東，稠江以及佛堂六個(gè)運(yùn)營(yíng)部的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，其中水處理中心的數(shù)據(jù)是，進(jìn)水為生活污水，出水是A標(biāo)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
（1）水量，泥量，絮凝劑用量，用電量均取整數(shù)。
（2）沉降比和污泥濃度測(cè)量值取整數(shù)。
（3）灰分為重量法分析項(xiàng)目：有機(jī)質(zhì)（%）取小數(shù)點(diǎn)后一位。
以下是2013年元月28日的中心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：
（4）pH，陰陽(yáng)離子含量（mg/L）取小數(shù)點(diǎn)后二位。
（5）重量法分析項(xiàng)目，懸浮物測(cè)值1000時(shí)，取三位有效數(shù)字。
（6）高錳酸鹽指數(shù)測(cè)值>10時(shí)取小數(shù)點(diǎn)后一位，測(cè)值100時(shí)取三位有效數(shù)字，100>測(cè)值>10時(shí)取小數(shù)點(diǎn)后一位，測(cè)值
（7）一般分光光度計(jì)讀數(shù)可以記到小數(shù)點(diǎn)后三位并且其有效數(shù)字位數(shù)最多也只有三位，所以，對(duì)于分光光度分析項(xiàng)目，當(dāng)測(cè)值1時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最多取三位有效數(shù)字。亞硝酸鹽氮取小數(shù)點(diǎn)后三位，氨氮，總氮取小數(shù)點(diǎn)后二位，總磷取小數(shù)點(diǎn)后三位。
以下是2013年元月28日的中心監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：
【關(guān)鍵詞】有效數(shù)字;加減法運(yùn)算;乘除法運(yùn)算;算術(shù)平均值;累積測(cè)量
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是一門基礎(chǔ)課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)的第一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是后續(xù)實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)。這門課程首先介紹測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，其中涉及到有效數(shù)字的運(yùn)算，在許多實(shí)驗(yàn)教材中，對(duì)有效數(shù)字運(yùn)算僅僅給出運(yùn)算規(guī)則、結(jié)論性的規(guī)則，沒有告訴初學(xué)者規(guī)則之所以然;而且，有的文獻(xiàn)談及有效數(shù)字運(yùn)算過程中對(duì)參與運(yùn)算的各分量修約到第幾位數(shù)盡不相同、甚至不修約[1]，運(yùn)算結(jié)果保留幾位有效位數(shù)說法不統(tǒng)一[2]，使得初學(xué)者難以理解，容易混淆，不便記憶。本文通過列舉實(shí)例討論有效數(shù)字運(yùn)算幾個(gè)規(guī)則。
1 幾個(gè)基本概念和結(jié)論
（1）對(duì)于一組測(cè)量數(shù)據(jù)，其結(jié)果可疑數(shù)字所在位數(shù)越高不確定度越大。
（2）對(duì)于一組測(cè)量數(shù)據(jù)，其結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)越多相對(duì)不確定度越小。
（3）測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)由不確定度來確定，測(cè)量值的最后一位一般要與不確定度的最后一位取齊。
（4）當(dāng)不確定度的首位數(shù)字≤3，不確定度的有效數(shù)字可取兩位;當(dāng)首位數(shù)字大于3時(shí)，可只取一位有效數(shù)字[3]。
（5）間接測(cè)量量合成不確定度的兩個(gè)計(jì)算公式：
間接測(cè)量量N=f（x■，x■，…，x■），其中x■，x■，…，x■為若干直接測(cè)量量。則：
U■（N）=■，i=1，2，…，n（1）
E■（N）=■=■，i=1，2，…，n（2）
2 有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則
間接測(cè)量結(jié)果的得出必須經(jīng)過有效數(shù)字的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果中保留的有效數(shù)字位數(shù)，應(yīng)當(dāng)以不確定度傳遞公式來決定。如果在實(shí)驗(yàn)中沒有進(jìn)行不確定度的估算，最后結(jié)果的有效位數(shù)由算式中不確定度最大的分項(xiàng)來確定。按照有效數(shù)字的定義，有效數(shù)字最后一位是不確定度所在的位置，為了方便討論，我們假定所有的數(shù)據(jù)最后一位都有1的不確定性。
2.1 加減法運(yùn)算規(guī)則
加減運(yùn)算，以參與運(yùn)算的各分量中末位數(shù)量級(jí)最高的量為準(zhǔn)，其余各分量在運(yùn)算過程中均比它的末位多留一位，運(yùn)算結(jié)果與它取齊。
例1 N=x■-x■+x■+x■，其中x■=71.3cm，x■=0.753cm，x■=6.262cm，x■=271cm，求N。
在x■、x■、x■、x■中，x■的末位數(shù)量級(jí)最高（在個(gè)位上）、不確定度最大，可知N的合成不確定度U■（N）≥1cm，于是，在運(yùn)算過程中其它各數(shù)保留到十分位，運(yùn)算結(jié)果與D取齊。即
N=71.3-0.8+6.3+271=347.8=348cm
如果先把其余各分量與末位數(shù)量級(jí)最高的量取齊，運(yùn)算結(jié)果是：
N=71-1+6+271=347cm
顯然，舍去的比進(jìn)入的大，運(yùn)算結(jié)果變小了，因此，在加減運(yùn)算過程中其余各分量均比末位數(shù)量級(jí)最高的量多留一位，運(yùn)算結(jié)果與它取齊。
2.2 乘除法規(guī)則
乘除運(yùn)算，以參與運(yùn)算的各分量中有效數(shù)字位數(shù)最少的分量為準(zhǔn)，在運(yùn)算過程中其余各分量（包括常數(shù)和無理數(shù)）比該量多留一位，運(yùn)算結(jié)果也比該分量多留一位。
文獻(xiàn)[2]中說到“若結(jié)果的第一位數(shù)的數(shù)值大于有效數(shù)字最少的分量的第一位數(shù)的數(shù)值，就只需取與這個(gè)有效數(shù)字最少的分量的位數(shù)相同;如果結(jié)果的第一位數(shù)的數(shù)值小于有效數(shù)字最少的分量的第一位數(shù)的數(shù)值，就需比這個(gè)有效數(shù)字最少的分量多留一位”。在計(jì)算機(jī)和計(jì)算器普及的今天，特別是對(duì)初學(xué)者來說，做任何區(qū)分沒有必要。筆者認(rèn)為：“乘除運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)比參與運(yùn)算的各分量中有效數(shù)字位數(shù)最少的分量多留一位”是比較保險(xiǎn)的，不必再做任何區(qū)分了。
例2 N=■，其中，x■=39.5，x■=4.08437，x■=0.0013，x■=867.8，求N。
x■、x■、x■、x■中x■的有效數(shù)字位數(shù)最少，有兩位，相對(duì)不確定度最大，則在運(yùn)算過程中其余各分量及結(jié)果取三位，有：
N=■=2.41×10■
因?yàn)镹合成不確定度
E■=■=0.079，U■（N）=NE■=2.41×10■×0.078=0.19×10■
結(jié)果寫成：N=（2.41±0.19）×10■。
例3 v=■=2.146
因?yàn)関的合成不確定度E■=■=0.0025，U■（v）=vE■=2.146×0.0025=0.005
結(jié)果寫成：v=2.146±0.005
從例2和例3可以看出，乘除運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)比參與運(yùn)算的各分量中有效數(shù)字位數(shù)最少的分量多留一位比較保險(xiǎn)。
2.3 對(duì)一個(gè)物理量進(jìn)行多次直接測(cè)量，其算術(shù)平均值的精確度與各測(cè)得值的精確度相同，有效數(shù)字位數(shù)不變
例4.用千分尺測(cè)量鋼球的直徑10次，數(shù)據(jù)如下：
di/mm： 11.998， 12.005， 11.998， 12.003， 11.997， 11.995， 12.005， 12.003， 12.000， 12.002。d算術(shù)平均值d=12.001mm。如果寫成d=12.006mm，無意中提高了儀器的精確度，顯然是不可能的，因?yàn)榍Х殖叩牟淮_定度就在千分位。
2.4 對(duì)于累積法測(cè)量一個(gè)物理量的值，其精確度與累積量的精確度相同，有效位數(shù)可能會(huì)減少
例5.用秒表測(cè)量三線擺的周期，首先測(cè)得三線擺扭擺30個(gè)周期的總時(shí)間t=54.48s，則三線擺的扭擺周期T=1.82s，同樣，不能寫成T=1.816s，因?yàn)槊氡淼牟淮_定度就在百分位。
3 結(jié)論
加減運(yùn)算，以參與運(yùn)算的各分量中末位數(shù)量級(jí)最高的量為準(zhǔn)，其余各分量在運(yùn)算過程中均比它的末位多留一位，運(yùn)算結(jié)果與它取齊。
乘除運(yùn)算，以參與運(yùn)算的各分量中有效數(shù)字位數(shù)最少的分量為準(zhǔn)，在運(yùn)算過程中其余各分量（包括常數(shù)和無理數(shù)）比該量多留一位，運(yùn)算結(jié)果也比該分量多留一位。
對(duì)一個(gè)物理量進(jìn)行多次直接測(cè)量，其算術(shù)平均值的精確度與各測(cè)得值的精確度相同，有效數(shù)字位數(shù)不變。
對(duì)于累積法測(cè)量一個(gè)物理量的值，其精確度與累積量的精確度相同，有效位數(shù)可能會(huì)減少。（下轉(zhuǎn)第266頁(yè)）
【參考文獻(xiàn)】
[1]孫紅貴，樸影.張建華.有效數(shù)字及其運(yùn)算[N].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，17（6）.
【關(guān)鍵詞】數(shù)字化校園建設(shè)；云計(jì)算技術(shù)；運(yùn)用
前言
我國(guó)的信息化校園建設(shè)雖然最近幾年在不斷地進(jìn)行推廣，但是，在發(fā)展中也存在著一些問題，從而使發(fā)展數(shù)字化的校園建設(shè)受到了阻礙[1]。在數(shù)字化校園建設(shè)中，有效地運(yùn)用云技術(shù)，能夠?qū)⒁恍┫嚓P(guān)的問題進(jìn)行有效地解決。
1在數(shù)字化校園建設(shè)中，運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
1.1IT系統(tǒng)建設(shè)和擴(kuò)容成本降低
在數(shù)字化校園的建設(shè)中，開發(fā)各分類以及整合等各類信息資源都必須要具備，針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的信息中心來說，軟硬件的資源都需要花費(fèi)比較大的財(cái)力和人力去進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)[2]。對(duì)于數(shù)字化校園中平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施以及應(yīng)用等各項(xiàng)服務(wù)，有效運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，能夠使各項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行互相聯(lián)系和支撐，既能夠?qū)⑾到y(tǒng)性能大幅度地提升，又能夠?qū)⒕S護(hù)系統(tǒng)的工作量有效地減少，傳統(tǒng)大型的IT系統(tǒng)設(shè)備，被云技術(shù)利用低成本的運(yùn)算替代了，從而使IT系統(tǒng)擴(kuò)容和建設(shè)的成本得以有效地降低。此外，各類的資源管理被云計(jì)算的管理平臺(tái)給整合了，能夠?qū)⒕S護(hù)人員的工作強(qiáng)度和人數(shù)得以減少，從而使物力人力的成本都得以降低。
1.2擴(kuò)展資源共享范圍
對(duì)于校園網(wǎng)的建設(shè)，傳統(tǒng)只對(duì)校園內(nèi)部資源共享比較重視，而互聯(lián)性和開放性卻比較欠缺。作為校園網(wǎng)應(yīng)該將更多方面和更大范圍的共享服務(wù)給更多的師生進(jìn)行提供，對(duì)于院校之間信息資源的共享也應(yīng)該重視起來，共享系統(tǒng)能夠?qū)⑴c資源共享的每一個(gè)院校資源都進(jìn)行整合，每一個(gè)參與者對(duì)于所需要的資源都能夠很方便地獲取，有效地運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)，就能夠?qū)⑦@個(gè)目標(biāo)有效地進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[3]。云技術(shù)根據(jù)對(duì)軟硬件的設(shè)備和架構(gòu)的通用，能夠?qū)⒋鎯?chǔ)資源和按需分配計(jì)算提供給各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，將跨地域和跨系統(tǒng)的共享資源池建立起來，在云計(jì)算以及服務(wù)基礎(chǔ)上，建立數(shù)字化資源共享，能夠?qū)⒁粋€(gè)校園數(shù)字化的教育資源的共享平臺(tái)建立起來，該平臺(tái)不但可以與服務(wù)器系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境通用，還可以與操作系統(tǒng)無關(guān)的跨系統(tǒng)和跨區(qū)域通用。這個(gè)平臺(tái)主要的依靠就是眾多的云服務(wù)器，具有大量的網(wǎng)絡(luò)資源和強(qiáng)大的計(jì)算功能，能夠?qū)①Y源共享范圍進(jìn)行大幅度地?cái)U(kuò)展[4]。
1.3提高信息化資源服務(wù)的可靠性
數(shù)字化校園各系統(tǒng)在運(yùn)行中，服務(wù)器是最重要的，服務(wù)器一旦出現(xiàn)了故障，校園網(wǎng)信息整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行都會(huì)受到嚴(yán)重的影響[5]。在數(shù)字化校園中，有效地運(yùn)用云計(jì)算，能夠?qū)⒎?wù)器錯(cuò)誤所導(dǎo)致的損失極大地降低，將下方基礎(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用軟件，利用虛擬技術(shù)隔離開，在虛擬層，用戶看到的只是虛擬出來的各種設(shè)備，致使設(shè)備的依賴性減少了，從而提供可能給動(dòng)態(tài)的資源。將虛擬化中的分布式資源和動(dòng)態(tài)遷移以及高可用性等技術(shù)進(jìn)行有效地運(yùn)用，致使集群中虛擬機(jī)可以動(dòng)態(tài)地將所需要的資源分配到，如果有一臺(tái)物理器有異常情況出現(xiàn)，在比較短的時(shí)間內(nèi)，就能夠?qū)⑸厦娌恐玫奶摂M機(jī)，自動(dòng)地遷移到其他的物理機(jī)上，從而使服務(wù)正常的運(yùn)行得到了保證[6]。
2在數(shù)字化校園中，云計(jì)算的具體應(yīng)用
2.1虛擬化技術(shù)
虛擬化技術(shù)，是將細(xì)節(jié)利用屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)和底層的抽象進(jìn)行有效地實(shí)現(xiàn)，將數(shù)據(jù)的交換和轉(zhuǎn)發(fā)與控制網(wǎng)絡(luò)的管理分離開[7]。有效運(yùn)用虛擬化技術(shù)，能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)施和軟件以及系統(tǒng)資源進(jìn)行有機(jī)地整合。服務(wù)器的虛擬化，能夠以虛擬機(jī)的方式，將多個(gè)操作系統(tǒng)在一個(gè)物理服務(wù)器上進(jìn)行運(yùn)行，每一臺(tái)虛擬機(jī)都可以對(duì)底層服務(wù)器的計(jì)算資源進(jìn)行訪問，也就是具備RAM和網(wǎng)卡以及CPU等獨(dú)立的虛擬硬件。在資源定制中，虛擬化技術(shù)具有一定的特性，虛擬機(jī)可以定制CPU數(shù)目和RAM容量等的私有服務(wù)器，也就是在私用服務(wù)器作用下，可以將資源按需要進(jìn)行分配[8]。根據(jù)應(yīng)用資源共享機(jī)制，在虛擬化技術(shù)封裝下，虛擬機(jī)可以將與自身運(yùn)行相適應(yīng)的環(huán)境構(gòu)成，從而將共享硬件的資源目的得以實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化，將物理網(wǎng)絡(luò)以軟件的方式完整地再現(xiàn)，能夠?qū)⑽锢砭W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)虛擬為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)鏈接的數(shù)量增加得以促進(jìn)[9]。將網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)卡進(jìn)行虛擬化，從而減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量。集中存儲(chǔ)分散資源時(shí)，能夠?qū)⒁粋€(gè)比較大的存儲(chǔ)池創(chuàng)建起來，既方便統(tǒng)一管理，又方便統(tǒng)一備份，對(duì)于提高存儲(chǔ)資源的可靠性也是有利的促進(jìn)[10]。
2.2虛擬化資源池的應(yīng)用
虛擬化資源池就是將存儲(chǔ)和計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)資源利用虛擬的技術(shù)，將眾多的物理設(shè)備重新組合為一個(gè)統(tǒng)一的整體，將相應(yīng)的存儲(chǔ)和計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)資源池有效地形成，提供給上層的應(yīng)用軟件。也就是將校園網(wǎng)中的資源運(yùn)用虛擬化技術(shù)進(jìn)行有效地整合，最終將數(shù)字化校園大型的虛擬化資源池構(gòu)建。
3總結(jié)
【 關(guān)鍵詞 】 云計(jì)算；數(shù)字化圖書館；云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用
1 引言
所謂云計(jì)算主要是通過分布式處理和并行處理以及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算工作中新的的發(fā)展，或者是在這些計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念中的商業(yè)的一種有效實(shí)現(xiàn)。它將儲(chǔ)存很多的分布式的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品當(dāng)中的所有數(shù)據(jù)以及相關(guān)處理器中的信息資源有效的整合在一起，進(jìn)行協(xié)同式工作，讓其中有關(guān)的計(jì)算分布在多個(gè)分布式的計(jì)算機(jī)上，但是非本地中的計(jì)算機(jī)或者是遠(yuǎn)程的服務(wù)器當(dāng)中，以此來使相關(guān)的數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行和互聯(lián)網(wǎng)相類似。云計(jì)算具備很強(qiáng)的計(jì)算能力。通過相應(yīng)的協(xié)調(diào)和調(diào)度策略，云計(jì)算的形式可以通過巨大的普通計(jì)算機(jī)相互之間的聯(lián)合來提供出較強(qiáng)的以及和超級(jí)計(jì)算機(jī)相抗衡的計(jì)算機(jī)能力，使得用戶可以有效地完成和單一計(jì)算機(jī)之間無法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。
2 云計(jì)算技術(shù)在數(shù)字化圖書館中的應(yīng)用及變革
云計(jì)算作為一種全新計(jì)算功能，在云計(jì)算剛推出的時(shí)候就受到了人們廣泛的關(guān)注。當(dāng)前各地相關(guān)的廠商都在大力的推行和研制，突出其本身所具備的云計(jì)算的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品。比如微軟公司開發(fā)的全脫離式的桌面互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為“Midori”，通過大規(guī)模的運(yùn)用以及不斷推廣云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，而IBM公司在中國(guó)市場(chǎng)也建立了屬于自己的云計(jì)算開發(fā)中心。在國(guó)內(nèi)殺毒軟件開發(fā)的廠商中，比如瑞星殺毒等都建立了屬于自己本身的一套云計(jì)算的安全平臺(tái)。
2.1 云計(jì)算降低服務(wù)器出錯(cuò)幾率
在當(dāng)前的圖書館發(fā)展過程中，其中的數(shù)據(jù)主要集中在圖書館內(nèi)部的服務(wù)器上，要是圖書館服務(wù)器出現(xiàn)了異常，輕則可以讓圖書館中服務(wù)系統(tǒng)無法正常的運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)造成圖書館服務(wù)器的整體癱瘓。在云計(jì)算模式當(dāng)中，由于云服務(wù)當(dāng)中有大量的服務(wù)器，所以說盡管在云服務(wù)當(dāng)中的某臺(tái)服務(wù)器當(dāng)中出現(xiàn)了系統(tǒng)故障，云計(jì)算服務(wù)器可以在較短的時(shí)間之內(nèi)，快速地運(yùn)用克隆技術(shù)，將一個(gè)平臺(tái)上服務(wù)器的數(shù)據(jù)完全復(fù)制到其他服務(wù)器當(dāng)中，并啟動(dòng)新的服務(wù)器來對(duì)其他的服務(wù)器提供全新的服務(wù)，通過這種方式來讓圖書館中可以真實(shí)地達(dá)到無間斷的安全服務(wù)。
2.2 低成本投入取得較高的運(yùn)算能力
對(duì)于普通的服務(wù)器來講，相關(guān)硬件方面的資源都有著一定的限制性，要是服務(wù)器當(dāng)中響應(yīng)用戶的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其本身的限制性，這也將會(huì)造成服務(wù)器的癱瘓。為了保證圖書館服務(wù)器中數(shù)據(jù)資源的安全以及服務(wù)器可以安全穩(wěn)定地運(yùn)行，圖書館可以對(duì)服務(wù)器當(dāng)中的最大服務(wù)響應(yīng)數(shù)量及其所接入的終端都進(jìn)行一定的限制，如果是大量的用戶同時(shí)使用圖書館中的電子資源，某些用戶可以將訪問處于安全性方面的考慮就不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。如果圖書館想要滿足這部分被限制用戶的請(qǐng)求，這就需要花費(fèi)很多的資源引進(jìn)更加先進(jìn)的設(shè)備。但是對(duì)云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，就可以支付很少的費(fèi)用，圖書館就可以在云計(jì)算服務(wù)當(dāng)中獲得相應(yīng)的搜索服務(wù)，從而使得圖書館當(dāng)中會(huì)以相對(duì)較低的投入成本取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3 更大程度上實(shí)現(xiàn)信息資源共享
通過云計(jì)算模式，圖書館可以共同建立起信息資源的空間共享，這樣大部分的圖書館就可以實(shí)現(xiàn)自由分享大量的系統(tǒng)連相連接，形成基礎(chǔ)性設(shè)施，就不需要更新其中的硬件，圖書館中的運(yùn)行成本在大幅度降低的同時(shí)，運(yùn)行的效率卻在不斷地提升。針對(duì)于參與到其中合作的圖書館來講，在“云圖書館”中，通過云計(jì)算技術(shù)，可以及時(shí)取得其他圖書館中的相關(guān)資料，用戶對(duì)信息資源的需求也取得了完全滿足。在云計(jì)算中，圖書館中的相關(guān)電子資源，如圖1所示，將其儲(chǔ)存在云計(jì)算中大量的服務(wù)器中，而并不只是單純地儲(chǔ)存在某臺(tái)單獨(dú)存在的計(jì)算機(jī)中。
2.4 有效降低維護(hù)費(fèi)用
為了保證圖書館工作的正常和穩(wěn)定運(yùn)行，圖書館的相關(guān)管理人員需要經(jīng)常對(duì)圖書館中的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器等終端設(shè)備實(shí)施周期性的檢查和維護(hù)。這樣，相關(guān)技術(shù)人員必要在升級(jí)圖書館硬件設(shè)備上浪費(fèi)勞動(dòng)力，但是服務(wù)器的日常維護(hù)可以通過云服務(wù)來由服務(wù)器來提升，通過這種方式可以明顯地降低圖書館管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而會(huì)騰出更多的時(shí)間來展開其他方面的工作。
3 結(jié)束語
通過對(duì)云計(jì)算技術(shù)在數(shù)字化圖書館中應(yīng)用的分析和研究，從中可以看出，網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)應(yīng)用的普及和計(jì)算機(jī)用戶對(duì)信息化技術(shù)應(yīng)用的水平提升，可以作為當(dāng)前信息資源中心的重要來源，數(shù)字化圖書館通過網(wǎng)絡(luò)的模式為用戶提供了更加快捷與方便的服務(wù)。為了最大程度上提升圖書館在社會(huì)中的使用地位，云計(jì)算通過較為完善和強(qiáng)大的功能，在我國(guó)很多商業(yè)領(lǐng)域中得到了初步有效的運(yùn)用。在未來，云計(jì)算技術(shù)也會(huì)慢慢地延伸到數(shù)字圖書館領(lǐng)域中，并且還會(huì)被更加廣泛地運(yùn)用。
參考文獻(xiàn)
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這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的，也可以是任意其他的服務(wù)。這種資源池稱為“云”。“云”是一些可以自我維護(hù)和管理的虛擬計(jì)算資源，通常為一些大型服務(wù)器集群，包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、寬帶資源等等。云計(jì)算將所有的計(jì)算資源集中起來，并由軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理，無需人為參與。這使得應(yīng)用提供者無需為繁瑣的細(xì)節(jié)而煩惱，能夠更加專注于自己的業(yè)務(wù)，有利于創(chuàng)新和降低成本。它意味著計(jì)算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉。最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｔ谖磥?，只需要一臺(tái)裝有瀏覽器及能連接網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)機(jī)頂盒、PC或者手機(jī)等任何設(shè)備，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)我們需要的一切，甚至包括超級(jí)計(jì)算這樣的任務(wù)。從這個(gè)角度而言，最終用戶才是云計(jì)算的真正擁有者，云計(jì)算的應(yīng)用包含這樣的一種思想，把力量聯(lián)合起來，給其中的每一個(gè)成員使用。
云計(jì)算的特點(diǎn)
云計(jì)算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用戶不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。很多人覺得數(shù)據(jù)只有保存在自己看得見、摸得著的電腦里才最安全。其實(shí)不然，你的電腦可能會(huì)因?yàn)樽约翰恍⌒亩粨p壞，或者被病毒攻擊，導(dǎo)致硬盤上的數(shù)據(jù)無法恢復(fù)，而有機(jī)會(huì)接觸你的電腦的不法之徒則可能利用各種機(jī)會(huì)竊取你的數(shù)據(jù)。反之，當(dāng)你的數(shù)據(jù)保存在“云”端，你就再也不用擔(dān)心數(shù)據(jù)的丟失或損壞。因?yàn)樵凇霸啤钡牧硪欢?，有全世界最專業(yè)的團(tuán)隊(duì)來幫你管理信息，有全世界最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心來幫你保存數(shù)據(jù)。同時(shí)，嚴(yán)格的權(quán)限管理策略可以幫助你放心地與你指定的人共享數(shù)據(jù)。這樣，你不用花錢就可以享受到最好、最安全的服務(wù)，甚至比在銀行里存錢還方便。
云計(jì)算對(duì)用戶端的設(shè)備要求較低，使用起來也較方便。你只要有一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦，有一個(gè)喜歡的瀏覽器，你要做的就是在瀏覽器中鍵入U(xiǎn)RL，然后盡情享受云計(jì)算帶給你的無限樂趣。你可以在瀏覽器中直接編輯存儲(chǔ)在“云”的另一端的文檔，不用擔(dān)心你的軟件是否是最新版本。對(duì)于廣電數(shù)字機(jī)頂盒來說，這個(gè)功能具有決定性的重要意義。在我國(guó)數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換過程中，采取的都是免費(fèi)發(fā)放機(jī)頂盒的方式，這對(duì)于機(jī)頂盒的價(jià)格和成本的限制很大，低成本策略大大制約了機(jī)頂盒的硬件性能和中間件的性能，而云計(jì)算對(duì)于客戶端的硬件需求最低，能大大緩解整轉(zhuǎn)后的互動(dòng)電視發(fā)展過渡期由于機(jī)頂盒性能和中間件性能不高，而影響增值業(yè)務(wù)的開展。
云計(jì)算可以輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享。在云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式中，數(shù)據(jù)只有一份，保存在“云”的另一端，你的所有電子設(shè)備只需要連接互聯(lián)網(wǎng)，就可以同時(shí)訪問和使用同一份數(shù)據(jù)。以聯(lián)系人信息的管理為例，當(dāng)你使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來管理所有聯(lián)系人的信息后，你可以在任何地方用任何一臺(tái)電腦找到某個(gè)朋友的郵件地址，可以在任何一部手機(jī)上直接撥通朋友的電話號(hào)碼，也可以把某個(gè)聯(lián)系人的電子名片快速分享給好幾個(gè)朋友。當(dāng)然，這一切都是在嚴(yán)格的安全管理機(jī)制下進(jìn)行的，只有對(duì)數(shù)據(jù)擁有訪問權(quán)限的人，才可以使用或和他人分享這份數(shù)據(jù)。
云計(jì)算為我們使用網(wǎng)絡(luò)提供了無限多的可能。云計(jì)算為存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)提供了無限多的空間，也為我們完成各類應(yīng)用提供了幾乎無限強(qiáng)大的計(jì)算能力。云計(jì)算的業(yè)務(wù)應(yīng)用，最后顯現(xiàn)為三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)上的巨大優(yōu)勢(shì)。例如我們?cè)赑C上通過互聯(lián)網(wǎng)上傳的自拍旅游等視頻，先上傳到我們的數(shù)字家庭共享服務(wù)中的“云”服務(wù)器群，你可以選擇通過發(fā)P2P信息的方式，最后通過電視機(jī)頂盒和手機(jī)來播放，讓朋友和家人分享你的快樂和經(jīng)歷。而云計(jì)算的資料存儲(chǔ)是指在“云”的服務(wù)器群中，你不必?cái)y帶專用的設(shè)備，在任何一個(gè)連接云計(jì)算服務(wù)的客戶端設(shè)備（機(jī)頂盒、PC、智能手機(jī)等），你都可以通過瀏覽器進(jìn)行登錄，來延續(xù)你還沒有完成的事情。
云計(jì)算在數(shù)字互動(dòng)電視中的應(yīng)用
云計(jì)算幫助運(yùn)營(yíng)商減少終端投資。云計(jì)算所需要的兩大基本條件，一是需要有瀏覽器；二是需要聯(lián)網(wǎng)。在廣電運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在所發(fā)出去的雙向機(jī)頂盒中，絕大部分都有瀏覽器的功能，并且需要連上廣電的網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。云計(jì)算不需要安裝客戶端的軟件，直接通過“云”的高性能服務(wù)器群的運(yùn)算，把結(jié)果直接傳輸?shù)綑C(jī)頂盒終端，以減少用戶在終端上的正版軟件授權(quán)投入。
云計(jì)算的分布式運(yùn)算，可以大大緩解單個(gè)機(jī)頂盒性能不足而引起的業(yè)務(wù)承載問題。在云計(jì)算服務(wù)中，用戶不必?fù)?dān)心低價(jià)機(jī)頂盒的運(yùn)算能力，機(jī)頂盒只承擔(dān)信息輸入和結(jié)果顯示的功能，而所有的運(yùn)算過程，都在“云”的服務(wù)器群中去完成。云計(jì)算可以幫助運(yùn)營(yíng)商極大地減少雙向機(jī)頂盒的硬件投資，從而為雙向機(jī)頂盒的快速推廣打下基礎(chǔ)。
云計(jì)算幫助運(yùn)營(yíng)商減少服務(wù)器投資?，F(xiàn)在很多新推出的軟件或者PC游戲，都需要最新配置的高性能電腦才能開得動(dòng)，更不要說數(shù)字機(jī)頂盒了，而云計(jì)算恰恰彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。云計(jì)算的絕大部分運(yùn)算都在“云”的服務(wù)器群上，而終端只有信息錄入和顯示結(jié)果的功能，終端的性能提高跟“云”服務(wù)器的運(yùn)算沒太大連鎖關(guān)系。
無限的資料存儲(chǔ)需要云計(jì)算?，F(xiàn)在絕大部分正在運(yùn)營(yíng)的雙向機(jī)頂盒中，由于成本的問題，都沒有安裝硬盤。但是這并非什么缺點(diǎn)，從另外一個(gè)角度來說，無論客戶的硬盤有多大，也不能存儲(chǔ)每天快速增長(zhǎng)的海量信息。從廣義上來說，互動(dòng)電視運(yùn)營(yíng)商的節(jié)目媒資庫(kù)可以說是“云”服務(wù)器組成的一部分。在云計(jì)算服務(wù)中，所有的資料存放都在“云”服務(wù)器群組中，客戶端不需要添加類似硬盤的永久性大容量存儲(chǔ)設(shè)備，不必?fù)?dān)心資料從客戶端被盜。沒有硬盤的機(jī)頂盒，只有一個(gè)瀏覽終端，用戶的互動(dòng)電視交易帳號(hào)和個(gè)人信息等資料，都只能存放到高度設(shè)防的“云”服務(wù)器群組中，在有需要的時(shí)候才能提取信息和進(jìn)行認(rèn)證。另外，客戶端也不必?fù)?dān)心因?yàn)闄C(jī)頂盒沒有硬盤而無法下載?！霸啤狈?wù)器群組根據(jù)用戶在互動(dòng)機(jī)頂盒上的指令，推送相應(yīng)的內(nèi)容到機(jī)頂盒，無需下載完全能使用，這點(diǎn)對(duì)視頻類應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)商來說，尤為重要。就一旦高清成為主流，再大的硬盤也無法容納如此海量的高清視頻信息，還不如在需要的時(shí)候，才從“云”中提取。這些特點(diǎn)可以讓運(yùn)營(yíng)商把有限的資源投入到更需要的地方去，例如不添加硬盤，而把購(gòu)買終端機(jī)頂盒硬盤的資金投入到增加雙向機(jī)頂盒內(nèi)存或者提升終端的圖形顯示芯片性能等。
關(guān)鍵詞：云計(jì)算；數(shù)字化；高校
中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)27-7297-03
Cloud Computing in the Construction of the University Digital Research
TANG Tao
(Information Network Center, Anhui University of Architecture, Hefei 230022, China)
Abstract: Cloud computing system using the vast resources of the Internet to a new computing model to provide services. This paper describes the basic principles and characteristics of cloud computing on the basis of cloud computing technology to universities build digital effects, and cloud computing technology to universities build digital opportunities.
Key words: cloud computing; digital; university
云計(jì)算是下一代網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)的核心技術(shù)，是一種新的計(jì)算模型，它的出現(xiàn)宣告了低成本享受超值服務(wù)的到來。目前，與云計(jì)算相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與服務(wù)已應(yīng)用到高校數(shù)字化建設(shè)中，云計(jì)算對(duì)高校數(shù)字化帶來的影響和機(jī)遇值得我們重視和深思，有必要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究。
1 云計(jì)算概述
1.1 云計(jì)算的基本原理
云計(jì)算是分布式處理(Distributed Computing)、并行處理(Parallel Computing)和網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)的發(fā)展，是透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無數(shù)個(gè)較小的子程序，把存儲(chǔ)在大量分布式計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中的大量數(shù)據(jù)和處理器資源整合在一起協(xié)同工作，使相關(guān)的計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)中。
云計(jì)算系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是將運(yùn)行在PC 上、或單個(gè)服務(wù)器上的獨(dú)立的、個(gè)人化的運(yùn)算遷移到一個(gè)數(shù)量龐大服務(wù)器“云”中，由這個(gè)云系統(tǒng)來負(fù)責(zé)處理用戶的請(qǐng)求，并輸出結(jié)果，它是一個(gè)以數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理為核心的系統(tǒng)。
1.2 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)
云計(jì)算平臺(tái)是一個(gè)強(qiáng)大的“云”網(wǎng)絡(luò)，連接了大量并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和服務(wù)，可利用虛擬化技術(shù)擴(kuò)展每一個(gè)服務(wù)器的能力，將各自的資源通過云計(jì)算平臺(tái)結(jié)合起來，提供超級(jí)計(jì)算和存儲(chǔ)能力。通用的云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1) 云用戶端：提供云用戶請(qǐng)求服務(wù)的交互界面，也是用戶使用云的入口，用戶通過Web瀏覽器可以注冊(cè)、登錄及定制服務(wù)、配置和管理用戶。打開應(yīng)用實(shí)例與本地操作桌面系統(tǒng)一樣。
2) 服務(wù)目錄：云用戶在取得相應(yīng)權(quán)限（付費(fèi)或其他限制）后可以選擇或定制的服務(wù)列表，也可以對(duì)已有服務(wù)進(jìn)行退訂的操作，在云用戶端界面生成相應(yīng)的圖標(biāo)或列表的形式展示相關(guān)的服務(wù)。
3) 管理系統(tǒng)和部署工具：提供管理和服務(wù)，能管理云用戶，能對(duì)用戶授權(quán)、認(rèn)證、登錄進(jìn)行管理，并可以管理可用計(jì)算資源和服務(wù)，接收用戶發(fā)送的請(qǐng)求，根據(jù)用戶請(qǐng)求并轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的相應(yīng)程序，調(diào)度資源智能地部署資源和應(yīng)用，動(dòng)態(tài)地部署、配置和回收資源。
4) 監(jiān)控：監(jiān)控和計(jì)量云系統(tǒng)資源的使用情況，以便做出迅速反應(yīng)，完成節(jié)點(diǎn)同步配置、負(fù)載均衡配置和資源監(jiān)控，確保資源能順利分配給合適的用戶。
5) 服務(wù)器集群：虛擬的或物理的服務(wù)器，由管理系統(tǒng)管理，負(fù)責(zé)高并發(fā)量的用戶請(qǐng)求處理、大運(yùn)算量計(jì)算處理、用戶Web應(yīng)用服務(wù)，云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)采用相應(yīng)數(shù)據(jù)切割算法，采用并行方式上傳和下載大容量數(shù)據(jù)。用戶可通過云用戶端從列表中選擇所需的服務(wù)，其請(qǐng)求通過管理系統(tǒng)調(diào)度相應(yīng)的資源，并通過部署工具分發(fā)請(qǐng)求、配置Web應(yīng)用。
1.3 云計(jì)算服務(wù)層次
在云計(jì)算中，根據(jù)其服務(wù)集合所提供的服務(wù)類型，整個(gè)云計(jì)算服務(wù)集合被劃分成4個(gè)層次：應(yīng)用層、平臺(tái)層、基礎(chǔ)設(shè)施層和虛擬化層。這4個(gè)層次每一層都對(duì)應(yīng)著一個(gè)子服務(wù)集合，為云計(jì)算服務(wù)層次如圖2所示。
1) 云計(jì)算的服務(wù)層次是根據(jù)服務(wù)類型即服務(wù)集合來劃分，云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)中的層次是可以分割的，即某一層次可以單獨(dú)完成一項(xiàng)用戶的請(qǐng)求而不需要其他層次為其提供必要的服務(wù)和支持。
2) 在云計(jì)算服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中各層次與相關(guān)云產(chǎn)品對(duì)應(yīng)。
3) 應(yīng)用層對(duì)應(yīng)SaaS軟件即服務(wù)如：Google APPS、SoftWare+Services。
4) 平臺(tái)層對(duì)應(yīng)PaaS平臺(tái)即服務(wù)如：IBM IT Factory、Google APPEngine、。
5) 基礎(chǔ)設(shè)施層對(duì)應(yīng)IaaS基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)如：Amazo Ec2、IBM Blue Cloud、Sun Grid。
6) 虛擬化層對(duì)應(yīng)硬件即服務(wù)結(jié)合Paas提供硬件服務(wù)，包括服務(wù)器集群及硬件檢測(cè)等服務(wù)。
1.4 云計(jì)算技術(shù)層次
云計(jì)算的技術(shù)層次主要從系統(tǒng)屬性和設(shè)計(jì)思想角度來說明云，是對(duì)軟硬件資源在云計(jì)算技術(shù)中所充當(dāng)角色的說明。從云計(jì)算技術(shù)角度來分，云計(jì)算大約有4部分構(gòu)成：物理資源、虛擬化資源、中間件管理部分和服務(wù)接口，如圖3所示。
1) 服務(wù)接口：統(tǒng)一規(guī)定了在云計(jì)算時(shí)代使用計(jì)算機(jī)的各種規(guī)范、云計(jì)算服務(wù)的各種標(biāo)準(zhǔn)等，用戶端與云端交互操作的入口，可以完成用戶或服務(wù)注冊(cè)，對(duì)服務(wù)的定制和使用。
2) 服務(wù)管理中間件：在云計(jì)算技術(shù)中，中間件位于服務(wù)和服務(wù)器集群之間，提供管理和服務(wù)即云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)中的管理系統(tǒng)。
3) 虛擬化資源：指一些可以實(shí)現(xiàn)一定操作具有一定功能，但其本身是虛擬而不是真實(shí)的資源。
4) 物理資源：主要指能支持計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行的一些硬件設(shè)備及技術(shù)。
2 云計(jì)算的特點(diǎn)
2.1 服務(wù)提供的多元性
云就是龐大的計(jì)算機(jī)群，具備極高的計(jì)算、存儲(chǔ)能力，能夠完成單機(jī)所完不成的海量計(jì)算、存儲(chǔ)等工作。云將調(diào)用云中的計(jì)算機(jī)群，使用基于海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來搜索網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，并運(yùn)用各種方法為用戶反饋出盡可能詳盡、準(zhǔn)確的結(jié)果，極大的擴(kuò)展了而不是傳統(tǒng)意義上的基于某個(gè)具體服務(wù)器為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的工作模式；同時(shí)云中的計(jì)算機(jī)可以通過相應(yīng)技術(shù)保持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的及時(shí)更新，用以保證用戶服務(wù)的快速、準(zhǔn)確。
2.2 使用的便捷性
在云計(jì)算模式中所有應(yīng)用和服務(wù)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)資源均存儲(chǔ)在云中，用戶可以在任意場(chǎng)合、時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)接入云平臺(tái)，使用統(tǒng)一的云服務(wù)，按照自身的需求獲取所需信息，并可以實(shí)現(xiàn)不同終端、設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享，為工作帶來極大的便利和效率。
2.3 服務(wù)的安全性
分布式系統(tǒng)具有高度容錯(cuò)機(jī)制，云計(jì)算作為分布式處理技術(shù)的發(fā)展，依托數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格、有效的控制、配置與管理，具有更好的可靠性、安全性和連接性能，同時(shí)高度集中化的數(shù)據(jù)管理、嚴(yán)格的權(quán)限管理策略可以讓用戶避免數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。
2.4 用戶端設(shè)備成本低廉
由于云計(jì)算模式下大量的計(jì)算及存儲(chǔ)工作都被放到了網(wǎng)絡(luò)上，作為個(gè)人的用戶端就完全可以簡(jiǎn)化到只有一個(gè)瀏覽器了。云計(jì)算模式中用戶只需通過網(wǎng)絡(luò)使用服務(wù)商所提供的相關(guān)服務(wù)，并按實(shí)際使用情況付費(fèi)，具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件配置、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)開支和服務(wù)器系統(tǒng)軟、硬件升級(jí)都由云服務(wù)提供商來完成。云計(jì)算的端設(shè)備和現(xiàn)在的PC機(jī)相比，云計(jì)算終端功耗低，成本低廉，終端用戶使用簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
3 云計(jì)算對(duì)高校數(shù)字化建設(shè)的機(jī)遇
3.1 云計(jì)算能大大節(jié)約信息化的資金投入
目前的高校數(shù)字化建設(shè)中成本主要來源于軟硬件的購(gòu)置、日常維護(hù)及設(shè)備更新等，如果將這些建立在云計(jì)算和服務(wù)的基礎(chǔ)之上，將大大減少資金投入。其一，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)的基礎(chǔ)平臺(tái)將是云服務(wù)提供商提供的跨平臺(tái)、運(yùn)算能力強(qiáng)大、資源豐富的統(tǒng)一的通用信息平臺(tái)，無需購(gòu)買本地服務(wù)器，僅需投入少數(shù)管理終端及云接入設(shè)備即可；其二，所有的服務(wù)提供均由云端提供，無需為保證服務(wù)器運(yùn)行的可靠性、保證存儲(chǔ)在服務(wù)器中的數(shù)據(jù)資源的安全以及避免因網(wǎng)絡(luò)訪問異常導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓而對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器響應(yīng)及接入數(shù)量等進(jìn)行限制，因此原來維護(hù)、升級(jí)等工作幾乎降至最低，管理成本也相應(yīng)可以大大降低。
3.2 真正實(shí)現(xiàn)資源整合，建立統(tǒng)一的資源平臺(tái)
將高校數(shù)字化建立在云計(jì)算和服務(wù)的基礎(chǔ)之上，將繁重的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)建設(shè)、服務(wù)器的配備、課程資源的存儲(chǔ)與管理等工作交給云服務(wù)提供商，那么現(xiàn)有分散的、自成一體、本地化的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)將轉(zhuǎn)變成為一個(gè)與具體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)無關(guān)的強(qiáng)大的統(tǒng)一的通用信息平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上以成千上萬的云服務(wù)器為依托，擁有著極其強(qiáng)大的計(jì)算功能、海量的網(wǎng)絡(luò)資源，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)中存在的軟、硬件資源重復(fù)投入、虛擬化教學(xué)設(shè)備運(yùn)行能力支持等問題將迎刃而解。
3.3 云計(jì)算的應(yīng)用能夠保證高校師生的信息安全
校園網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)病毒的防控一直是一個(gè)十分棘手的問題，尤其在多媒體教室及計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室。一臺(tái)機(jī)器中毒，很快就會(huì)傳遍所有機(jī)器。殺毒軟件授權(quán)使用費(fèi)用對(duì)高校來說也是一筆不小的開支，但對(duì)病毒仍不能有效的防控。而在云計(jì)算環(huán)境下，云計(jì)算提供商擁有先進(jìn)技術(shù)和專業(yè)團(tuán)隊(duì)來負(fù)責(zé)這些資源的安全維護(hù)工作，師生們只需通過網(wǎng)絡(luò)，就能訪問自己的數(shù)據(jù)。本地不再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)，因而不用擔(dān)心病毒入侵造成的破壞。所以，云計(jì)算在高校的應(yīng)用既省去了高校在信息安全方面的開支，又確保了高校師生的信息安全。
4 結(jié)束語
云計(jì)算能為高校數(shù)字化提供所需的基礎(chǔ)設(shè)施和軟件環(huán)境，幫助高校擺脫資金不足、專業(yè)技術(shù)人員匱乏等各種困擾，其在高校教學(xué)、科研中的應(yīng)用前景十分廣闊。云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)呈現(xiàn)，一定會(huì)為高校的教學(xué)質(zhì)量、科研水平等方面的提升貢獻(xiàn)出自己的力量。信息技術(shù)已經(jīng)從計(jì)算機(jī)時(shí)代走向互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，教育信息化也將從以計(jì)算機(jī)輔助教育應(yīng)用為中心走向以數(shù)據(jù)、計(jì)算和服務(wù)為中心。云計(jì)算為這種轉(zhuǎn)變提供了機(jī)會(huì)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并使之成為可能，為高等學(xué)校教育信息化的發(fā)展和建設(shè)提供了新的模式。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：云計(jì)算；數(shù)字圖書館；服務(wù)平臺(tái)；架構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）02-0080-02
0 引 言
云計(jì)算具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、易用性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，因此，研究人員已經(jīng)探索將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字圖書館服務(wù)共享平臺(tái)建設(shè)中，以提高資源共享度。喻昕、王敬一[1]提出了一種數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)模型，并設(shè)計(jì)了服務(wù)平臺(tái)管理、運(yùn)行機(jī)制。裴紅羅[2]等提出了一種基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館平臺(tái)架構(gòu)，該平臺(tái)架構(gòu)分為模型數(shù)據(jù)庫(kù)、控制算法層和表現(xiàn)應(yīng)用層。陳宮、牛秦洲[3]采用Eucalyptus和Portlet 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)。在我國(guó)，數(shù)字圖書館建設(shè)主要集中在高校，但目前關(guān)于數(shù)字圖書館云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)的研究，幾乎都將平臺(tái)定位于學(xué)術(shù)資源共享，而忽視了平臺(tái)可以為數(shù)據(jù)挖掘、基因序列測(cè)定、天文信號(hào)分析等需高性能計(jì)算支撐的工作提供計(jì)算資源，此外，研究都沒有涉及云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。因此，本文提出一種基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為高校自主建設(shè)數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(tái)提供參考。
1 云計(jì)算
1.1 云計(jì)算的基本架構(gòu)
Voorsluys等[5]介紹了多個(gè)云計(jì)算架構(gòu)，其中普遍被認(rèn)可的云計(jì)算通用基本架構(gòu)如圖1所示。其中：IaaS（Infrastructure as a service）表示基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，基礎(chǔ)設(shè)施由虛擬機(jī)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、負(fù)載均衡設(shè)備等組成；PaaS（Platform as a service）表示平臺(tái)即服務(wù)，PaaS層包括數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)器和開發(fā)工具集等；SaaS （Software as a service）譯為軟件即服務(wù)，SaaS層屬于應(yīng)用層，為云用戶提供各種軟件服務(wù)。例如，Google APPEngine實(shí)際上提供了PaaS服務(wù)；Amazon的云服務(wù)包括：EC2、S3存儲(chǔ)服務(wù)和Elastic Beanstalk，從技術(shù)架構(gòu)來看，前兩者屬于IaaS，而Elastic Beanstalk則屬于PaaS。
圖1 云計(jì)算的基本架構(gòu)
1.2 云計(jì)算平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)
Google、Amazon等公司提供的云計(jì)算平臺(tái)無法滿足不同用戶的特定需求，所以，很多機(jī)構(gòu)（如美國(guó)國(guó)防部）開始構(gòu)建私有內(nèi)部云。一些小公司也致力于幫助客戶構(gòu)建云，如3Tera公司聲稱能夠提供許多Amazon沒有的管理服務(wù)，自主建設(shè)私有云已經(jīng)成為一種潮流。Xen等開源平臺(tái)及軟件的出現(xiàn)，使得學(xué)術(shù)界、中小企業(yè)自主搭建中小型云平臺(tái)成為可能[6]，也為自主建設(shè)數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(tái)提供了一種更加貼近實(shí)際需求的選擇。
2 基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)
本文提出的基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示，平臺(tái)由物理資源層、虛擬化資源層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和用戶層組成，可以滿足用戶對(duì)于存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的需求。
用戶層 服務(wù)匯總、服務(wù)個(gè)性化定制、不同訪問設(shè)備兼容
服務(wù)層 用戶管理、安全管理、資源管理、借閱、檢索、書刊推薦、專題訂閱等
數(shù)據(jù)層 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)訪問模塊
虛擬化資源層 存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源
物理資源層 服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等
圖2 基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)
2.1 物理資源層
最底層的物理資源主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。物理資源的規(guī)模與結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，難以支持多變的服務(wù)需求，需要通過虛擬化方式將其整合，以便為上層服務(wù)。
2.2 虛擬化資源層
利用虛擬化技術(shù)將各種物理資源整合（或劃分）并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的虛擬化資源，為云計(jì)算平臺(tái)提供了資源調(diào)配上的靈活性，提高了資源利用率。虛擬化資源層包括存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源等。存儲(chǔ)資源通常由網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)和分布式存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算資源主要包含 CPU 資源和內(nèi)存資源。網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化抽象隔離了網(wǎng)絡(luò)中的路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)端口以及其他物理元素的網(wǎng)絡(luò)流量，將每個(gè)物理元素用虛擬表示形式代替，虛擬網(wǎng)絡(luò)元素配置靈活，能夠滿足特定需求。
物理資源層和虛擬化資源層共同組成了基礎(chǔ)設(shè)施層。為降低建設(shè)成本，可以采用開源技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層，從功能、虛擬化技術(shù)支持程度和商用評(píng)估三個(gè)方面綜合來看，OpenStack是構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層的理想選擇[7]。作為開源云端運(yùn)算軟件的典型代表，OpenStack具有良好的靈活性、擴(kuò)展性和兼容性，采用分布式和異步的體系結(jié)構(gòu)，支持多種局域網(wǎng)管理方式、虛擬機(jī)鏡像和實(shí)例管理、iSCSI 存儲(chǔ)容器管理等，能幫助用戶快速構(gòu)建云基礎(chǔ)設(shè)施，已有超過 100 多個(gè)全球領(lǐng)先的 IT 公司參與了OpenStack項(xiàng)目。
2.3 數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層包含各種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)訪問模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)軟件種類繁多，既有商業(yè)化的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，也有開源的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，不同的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件依賴于不同的操作系統(tǒng)，如SQL Server只能運(yùn)行在Windows平臺(tái)上，無法與Unix兼容。在云計(jì)算環(huán)境下，各數(shù)字圖書館組成聯(lián)盟有利于資源最大程度的共享，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)字圖書館，其節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性是不可避免的。數(shù)據(jù)庫(kù)訪問模塊（也稱為信息集成模塊）用于屏蔽各種數(shù)據(jù)庫(kù)的差異性，并提供訪問接口，便于上層服務(wù)完成對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，可以利用Java持久化API等技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊。Java持久化API簡(jiǎn)稱JPA是Java EE 5規(guī)范中用于對(duì)象/關(guān)系映射的一組API，它使得對(duì)象（構(gòu)成上層服務(wù)的基本組件）持久化更加規(guī)范和容易實(shí)現(xiàn)。
2.4 服務(wù)層
服務(wù)層由用戶管理服務(wù)、安全管理服務(wù)、資源管理服務(wù)、借閱服務(wù)、檢索服務(wù)、書刊推薦、專題訂閱等模塊組成。用戶管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)用戶的增加、刪除、修改、查詢，并通過角色劃分賦予各用戶以不同的權(quán)限。安全管理服務(wù)完成用戶身份認(rèn)證，按角色來區(qū)分訪問控制。資源管理服務(wù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理，包括調(diào)度、動(dòng)態(tài)部署、配置和回收。借閱服務(wù)實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)圖書資料的管理。檢索服務(wù)滿足學(xué)術(shù)資源的檢索、下載，書刊推薦和專題訂閱等則實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)。
服務(wù)層的實(shí)現(xiàn)可采用J2EE平臺(tái)。J2EE是當(dāng)前的主流平臺(tái)之一，具有支持異構(gòu)環(huán)境、可伸縮性強(qiáng)、采用多層的分布式服務(wù)模型等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)J2EE的工具很多（如Eclipse），這些工具通常都提供向?qū)А⑸舷挛膸椭?、可視化工具及代碼自動(dòng)生成等功能，可避免不必要的重復(fù)編碼，幫助開發(fā)人員快速構(gòu)建應(yīng)用程序。
2.5 用戶層
用戶通過門戶訪問云服務(wù)，而訪問方式卻各不相同，可以分Web服務(wù)、Web應(yīng)用、外部服務(wù)和非Web應(yīng)用等，因此，需要實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部服務(wù)的匯總、服務(wù)個(gè)性化定制以及針對(duì)計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板電腦等不同設(shè)備的顯示。實(shí)現(xiàn)技術(shù)可以采用JSF（JavaServer Faces），JSF提供了一種以組件為中心的用戶界面（UI）構(gòu)建方法，采用基于組件和事件驅(qū)動(dòng)的開發(fā)模式，為Java Web應(yīng)用程序開發(fā)帶來了極大的便利，使得開發(fā)人員可以專注于業(yè)務(wù)邏輯，加速Web應(yīng)用程序的構(gòu)建。
3 結(jié) 語
作為圖書館的主要依托單位，各高校應(yīng)該將最新的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字圖書館或聯(lián)盟的建設(shè)，構(gòu)建云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源大范圍共享，減少重復(fù)建設(shè)。在經(jīng)費(fèi)有限的情況下，高?？梢猿浞掷醚邪l(fā)人員優(yōu)勢(shì)，自主建設(shè)云服務(wù)平臺(tái)。本文分析了高校對(duì)于云服務(wù)平臺(tái)的主要需求，提出了基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)模型，詳細(xì)說明了架構(gòu)模型每層的構(gòu)成及功能，在研究主流開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，選用的技術(shù)具有成熟度高、兼容性強(qiáng)、研發(fā)難度低等特點(diǎn)，適合于快速構(gòu)建云服務(wù)平臺(tái)，可以為今后的建設(shè)工作提供參考和借鑒。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：Excel函數(shù)編程；矩陣類運(yùn)算；自動(dòng)化處理
中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）10-0254-02
一、前言
在工程數(shù)學(xué)的教學(xué)中，經(jīng)常面臨這樣的困惑：矩陣的組成元素大多是10以內(nèi)的數(shù)字，涉及到矩陣類的運(yùn)算均是數(shù)字在滿足矩陣運(yùn)算規(guī)律下的加減乘除，如手工操作，運(yùn)算過程較繁瑣，結(jié)果不能快速得出。本科類院校，一般開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課，引入諸如Mathematics、Matlab等專業(yè)軟件來進(jìn)行計(jì)算，而眾多高職高專院校未開設(shè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課。另外，對(duì)專業(yè)數(shù)學(xué)軟件的學(xué)習(xí)勢(shì)必加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，筆者在教學(xué)改革工作中，通過多年的思考和探索，提出了一種新方法，即利用現(xiàn)有資源和條件，在學(xué)生理解基本數(shù)學(xué)概念的前提下，通過學(xué)生熟悉的辦公軟件Excel函數(shù)編程來解決這一問題。該方法充分利用Excel函數(shù)自動(dòng)運(yùn)算功能，通過簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)錄入，便可完成矩陣類的自動(dòng)化運(yùn)算。方法簡(jiǎn)單實(shí)用，易于掌握，切實(shí)體現(xiàn)了高職高專教學(xué)“學(xué)以致用、夠用為度”的原則。
二、Excel2003與矩陣之間的相關(guān)性
Excel系微軟公司Office系列軟件中的一個(gè)組件，可制作電子表格，完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，不僅簡(jiǎn)單易學(xué)，且實(shí)用性強(qiáng)，具有容易獲得，普及面廣、操作簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)。矩陣即由多個(gè)數(shù)排列形成的數(shù)表，“電子表格、數(shù)表”均是表格，以此為橋梁和媒介，便可建立Excel和矩陣之間的聯(lián)系。
（一）矩陣的表示
單元格是Excel的最小單位，在其中輸入數(shù)字或文字后，由該單元格所在的行號(hào)和列號(hào)即可準(zhǔn)確定位。矩陣中的元素表示數(shù)表中的數(shù)字在第i行第j列，矩陣的基本類型包括行、列向量和矩陣。
例1：在Excel中分別表示2行3列的矩陣A、3行3列的矩陣B、3行4列的矩陣C。
Excel表示方法：如圖一所示，在Excel的中輸入數(shù)字，并附說明性文字，如圖中的“矩陣A，2行3列”文字即簡(jiǎn)單明了表示任一個(gè)矩陣。
（二）矩陣中某一個(gè)元素的提取
矩陣運(yùn)算中涉及到從任意一個(gè)矩陣中提取某一個(gè)元素參與計(jì)算時(shí)，Excel2003利用計(jì)算相應(yīng)值函數(shù)Offset建立參照系，提取矩陣中的元素。
例2：從矩陣A■ 2 3 5 1110 8 9 7 5 6 4 3提取元素a23和a13。
分析：以元素a11=2所在單元格A1建立參照系，則元素 a23=9相對(duì)于a11只需下移1行，右移2列即可；同理若以a34=7所在單元格D2建立參照系，則元素a13=5相對(duì)于a34而言只需上移1行，左移1列即可，如圖二所示。Excel表示方法：函數(shù)Offset（reference，rows，cols），reference為參照系，rows是指相對(duì)于參照系偏移的行數(shù)，cols是指相對(duì)于參照系偏移的列數(shù)。特別注意，行（列）向下（右）偏移用正數(shù)表示，行（列）向上（左）偏移用負(fù)數(shù)表示。
三、Excel2003在矩陣類運(yùn)算中的應(yīng)用
（一）矩陣的加減
首先，判斷矩陣之間是否滿足相加（減）的條件，若滿足，Excel自動(dòng)完成，如下例3所示。
例3：已知矩陣A■1 2 34 5 6，B■7 8 91 2 1計(jì)算A+B。
分析：矩陣A、B的行數(shù)與列數(shù)對(duì)應(yīng)相等（均為“2×3”類型），滿足矩陣的加減法運(yùn)算，在Excel2003中標(biāo)注說明文字，輸入A、B兩個(gè)矩陣即可完成計(jì)算。
步驟1：在單元格B4中輸入"=B1+G1"，將鼠標(biāo)箭頭放置B4單元格的右下角，當(dāng)出現(xiàn)“+”填充符號(hào)后向下填充至單元格B5，如圖三所示。
步驟2：將鼠標(biāo)箭頭放置B5單元格的右下角，當(dāng)出現(xiàn)“+”填充符號(hào)后向下填充至單元格D5，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)算。在此例中運(yùn)用了Excel2003的自動(dòng)填充功能。
（二）矩陣的數(shù)乘
用數(shù)K（K≠0）乘以矩陣A，即用K乘以A中的所有元素。K作為一個(gè)常數(shù)是“不動(dòng)”的，在Excel2003中利用絕對(duì)引用便可實(shí)現(xiàn)。
絕對(duì)引用：在某一單元格位置符前加貨幣符號(hào)“$”，如單元格A1的絕對(duì)引用表示為“$A$1”。
例4：已知A2×3，則用K=4乘以矩陣A，新矩陣C的求解過如下：
分析：將K所在的單元格“G1”轉(zhuǎn)化為絕對(duì)引用“$G$1”進(jìn)入計(jì)算。如圖四所示。
操作步驟：與例3類似，在單元格B5中輸入"=B1*$G$1"，將鼠標(biāo)箭頭放置B5單元格的右下角，當(dāng)出現(xiàn)“+”后向下填充至單元格B6；將鼠標(biāo)箭頭放置B6單元格的右下角，當(dāng)出現(xiàn)“+”后向下填充至單元格D6，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)算。
（三）矩陣與矩陣的相乘
矩陣之間的乘積是整個(gè)矩陣運(yùn)算的一個(gè)難點(diǎn)，在矩陣相乘的條件、得到乘積結(jié)果的判斷上，很多學(xué)生存在困擾。筆者提出一個(gè)簡(jiǎn)便可行易于記憶的方法。
矩陣相乘的條件和結(jié)果的判斷：已知矩陣A和矩陣B分別為“A：m行n列”，“B：h行j列”，如圖五所示。
Excel2003函數(shù)計(jì)算：利用excel2003“MMULT”矩陣運(yùn)算類函數(shù)便可實(shí)現(xiàn)矩陣與矩陣之間乘積的自動(dòng)化輸出。
例5：矩陣A■1 23 45 8，B■1 5 6 72 3 1 5，計(jì)算C=AB。
分析：A、B矩陣相乘的條件和結(jié)果矩陣C的格式如上可以進(jìn)行判斷。Excel函數(shù)MMULT（array1 array2，……），array1 和array2等分別表示矩陣A、B所在的區(qū)域，在此Excel將矩陣看作是數(shù)組格式，如圖六所示。
步驟1：在B6中輸入"=MMULT（B1：C3，F(xiàn)1：I2）"，選定A和B所在區(qū)域。按Enter鍵，“B1：C3”為矩陣A所在區(qū)域，“F1：I2”為矩陣B所在區(qū)域；
步驟2：根據(jù)圖五判斷，矩陣A、B相乘的結(jié)果C為“2×4”，選中放置輸出結(jié)果的單元格區(qū)域B6：E7，按F2，回到步驟1得出的結(jié)果，同時(shí)按住[Ctrl]+[Shift]+[Enter]鍵，最終得出圖六結(jié)果。
注：使用MMULT函數(shù)求解矩陣的乘積結(jié)果時(shí)，利用到Excel數(shù)組求值功能，在編輯欄輸入函數(shù)后，利用數(shù)組輸出格式“同時(shí)按住[Ctrl]+[Shift]+[Enter]鍵”進(jìn)行結(jié)果輸出。
（四）方陣的行列式和逆矩陣
逆陣存在的前提是方陣行列式的值不為零。可用函數(shù)MDETERM和MINVERSE來分別求解行列式的值和逆矩陣，下面通過例題來介紹兩種函數(shù)的用法。
例6：已知A■=1 2 32 2 13 4 3，計(jì)算A的行列式，并判斷A是否可逆，如可逆，得出A-1。
分析：求解逆陣，首先利用函數(shù)MDETERM計(jì)算矩陣A的行列式|A|，判斷|A|的值是否為零，確定A是否可逆。在A可逆的條件下利用函數(shù)MINVERSE求解得到A-1。如圖七所示：
步驟1：計(jì)算A的行列式，判斷是否可逆；步驟2：在可逆的前提下，計(jì)算A的逆陣。
（五）矩陣的轉(zhuǎn)置
矩陣的轉(zhuǎn)置是將矩陣的行元素轉(zhuǎn)換為列元素。在excel中可以利用函數(shù)“TRANSPOSE”或者使用復(fù)制-選擇性粘貼菜單選項(xiàng)中的“轉(zhuǎn)置”復(fù)選框來完成。下面參照?qǐng)D八，用函數(shù)TRANSPOSE（array）來完成矩陣的轉(zhuǎn)置。
分析：對(duì)矩陣E轉(zhuǎn)置，選中放置輸出結(jié)果的單元格區(qū)域G1：H3，然后選擇函數(shù)TRANSPOSE。選定矩陣A的區(qū)域“B1：D2”，利用數(shù)組格式輸出結(jié)果。
四、后記
矩陣將日常生產(chǎn)生活中的數(shù)表（包含數(shù)字的表格）進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，可以幫助我們解決諸多實(shí)際問題，尤其在解決經(jīng)濟(jì)類問題時(shí)，利用矩陣可起到事半功倍的作用，如線性方程組的求解、投入產(chǎn)出問題、運(yùn)輸問題、資金投資策略以及閉合經(jīng)濟(jì)問題等方面都有著廣泛的應(yīng)用，利用Excel函數(shù)實(shí)現(xiàn)矩陣的自動(dòng)化運(yùn)算，既能夠解決學(xué)生對(duì)運(yùn)算的困擾，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字應(yīng)用能力，還不至于增加學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，可謂一舉多得。
參考文獻(xiàn)：
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