مهر ماه 1388

 

 

 

 

 

• چکیده
• استفاده از زمینه، به عنوان اطلاعات پویایی که توصیف­گر وضعیت کاربران و اقلام بوده و بر فرایند تصمیم ­گیری و انتخاب کاربران تاثیر­گذار است، توسط سیستم­های پیشنهاد­دهنده در تجارت سیار، در جهت ارتقاء کیفیت مناسب پیشنهاد­دهی ضروری است. در این تحقیق یک روش جدید چند­بعدی برای پیشنهاد­دهی آگاه از زمینه در تجارت سیار ارائه­ شده است. در این روش اطلاعات کاربران، اقلام، پارامتر­های زمینه و ارتباط میان آنها در یک فضای چند­بعدی نمایش ­داده می­ شود که به آن مکعب چند­بعدی امتیازات گفته می­ شود. در این فضا زمینه ­های مشابه به­ طور جداگانه برای هر کاربر شناسایی می­شوند که این کار با شناسایی الگوهای مصرف متفاوت کاربران در شرایط زمینه­ای مختلف انجام می­ شود. با بدست آوردن این اطلاعات، یک فضای جدید دوبعدی ایجاد­شده و پیشنهاد­دهی نهایی با بهره گرفتن از یک روش فیلتر­سازی مشارکتی در این فضا انجام می­گیرد. ارزیابی روش از طریق پیاده­سازی آن در یک سیستم پیشنهاد­دهی محصولات غذایی رستوران­ها شامل پارامتر­های زمینه­ای روز، زمان، آب و هوا و همراه علاوه بر پارامتر­های کاربر و اقلام و مقایسه آن با روش سنتی پیشنهاد­دهی و بدون در­نظر­­گرفتن اطلاعات زمینه انجام گرفته­است. برای پیاده­سازی روش فیلتر­سازی مشارکتی از شبکه­ های خود­سازمانده استفاده­شده­است. شبکه­ های خود­سازمانده، نوعی از شبکه­ های عصبی بدون ناظر هستند. مقایسه و ارزیابی نتایج با بهره گرفتن از محاسبه شاخص F1 که یکی از شاخص ­های استاندارد و پر استفاده برای ارزیابی پیشنهاد­دهنده­ها است، انجام گرفته­است. بر اساس این نتایج، روش پیشنهاد­دهی چند­بعدی در حدود شانزده درصد بهبود نسبت به روش سنتی پیشنهاد­دهی را نمایش می­دهد که همین مساله کارایی روش را از نظر کیفیت پیشنهاد­دهی تایید می­ کند.
• كلمات كلیدی: سیستم­های پیشنهاد­دهنده آگاه از زمینه، تجارت سیار، نقشه خود­سازمان­ده، روش چندبعدی پیشنهاد­دهی، فیلتر­سازی مشارکتی.

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                           صفحه

 

     فصل اول: مقدمه

1-1 مقدمه.. 1

1-2 موضوع تحقیق.. 3

1-3 موضوع تحقیق.. 4

1-4 اهمیت و ارزش تحقیق.. 6

1-5 اهداف تحقیق.. 6

1-6 کاربرد نتایج تحقیق.. 6

1-7 مروری بر ساختار پایان نامه .. 7

 

     فصل دوم: تجارت سیار

2-1 مقدمه.. 8

2-2 تجارت سیار.. 9

2-3 دسته­بندی ادبیات تحقیقاتی تجارت سیار.. 11

2-3-1 حوزه تحقیقات نظری.. 11

2-3-2 شبکه بی­سیم.. 12

2-3-3 میان­افزار سیار.. 13

2-3-4 زیر­بنای کاربری بی­سیم.. 14

2-3-5 کاربرد­های تجارت سیار.. 14

2-4 فناوری­های تجارت سیار.. 16

2-5 استاندارد­های بی­سیم.. 18

2-6 بستر پیاده­سازی کاربرد­های تجارت سیار.. 19

2-6-1 زبان­های برنامه­نویسی موبایل.. 22

2-7 جمع­بندی.. 23

 

  عنوان                                                                                                                          صفحه

 

   فصل سوم: زمینه

3-1 مقدمه.. 25

3-2 زمینه.. 26

3-2-1 تعاریف پارامتریک.. 26

3-2-2 تعاریف کلی.. 27

3-3 دسته­بندی اطلاعات زمینه.. 28

3-4 آگاهی از زمینه.. 31

3-5 طراحی زمینه.. 32

3-6 جمع­بندی.. 33

 

     فصل چهارم: سیستم­های پیشنهاد­دهنده

4-1 مقدمه.. 35

4-2 بررسی عملکرد سیستم­های پیشنهاد­دهنده.. 36

4-2-1 روش­های مبتنی بر محتوا.. 38

4-2-1-1 مشکلات و محدودیت­­های روش­های مبتنی بر محتوا.. 41

4-2-2 روش­های فیلترسازی مشارکتی.. 42

4-2-2-1 مشکلات و محدودیت­­های روش­های فیلتر­سازی مشارکتی   46

4-2-3 روش­های ترکیبی.. 48

4-3 ارزیابی سیستم­های پیشنهاد­دهنده.. 49

4-4 بسط قابلیت­های سیستم­های پیشنهاد­دهنده.. 51

4-4-1 شرکت­دادن شناختی جامع از کاربران و اقلام در فرایند پیشنهاد­دهی   51

4-4-2 امتیاز­گذاری چند­معیاری.. 52

4-4-3 پیشنهاد­دهنده­های غیر­تداخلی.. 53

4-4-4 انعطاف­پذیری.. 53

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

 

 

4-4-5 توسعه شاخص ­های ارزیابی.. 54

4-4-6 استفاده از اطلاعات زمینه در پیشنهاد­دهنده­ها.. 55

4-4-7 سایر گزینه­ ها برای بسط و توسعه سیستم­های پیشنهاد­دهنده   55

4-5 جمع­بندی.. 55

 

    فصل پنجم: روش جدید چند­بعدی برای پیشنهاد­دهی آگاه از زمینه

5-1 مقدمه.. 57

5-2 سیستم­های پیشنهاد­دهنده آگاه­از­زمینه در تجارت سیار.. 58

5-3 مدل­سازی اطلاعات زمینه.. 59

5-4 روش چند­بعدی در سیستم­های توصیه­گرسیار آگاه از زمینه.. 61

5-5 جمع­بندی.. 68

 

     فصل ششم: ارزیابی  

6-1 مقدمه.. 69

6-2 روش ارزیابی.. 69

6-2-1 پیاده­سازی سیستم جمع­آوری داده.. 70

6-3 پیاده­سازی روش پیشنهاد­دهی.. 72

6-3-1 پیاده­سازی روش پیشنهاد­دهی دو­بعدی.. 73

6-3-2 پیاده­سازی روش پیشنهاد­دهی چند­بعدی.. 78

6-4 جمع­بندی.. 82

 

     فصل هفتم: جمع­بندی و راهکار­های آینده  

7-1 مقدمه.. 84

7-2 راهکار­های آینده.. 85

 

.. 87

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                            صفحه

   

شکل 2-1 خصوصیات تجارت سیار.. 10

شکل 2-2 دسته­بندی ادبیات تحقیقاتی تجارت سیار   12

شکل 3-1 فضای سلسله­مراتبی زمینه.. 29

شکل 3-2 معماری سطح بالا از یک سیستم آگاه از زمینه   32

شکل 4-1 نمونه ­ای از زبان RQL.. 54

شکل 5-1 مدل چند­بعدی پیشنهاد­دهی برای فضای سه­بعدیUser×Item×Time     60

شکل 5-2 ساختار رابطه­ای مدل داده چند­بعدی برای ذخیره­سازی اطلاعات کاربران، اقلام و زمینه .. 62

شکل 5-3 روش چند­بعدی پیشنهاد­دهی.. 63

شکل 5-4 ساختار رابطه­ای نگهداری کلیه شرایط زمینه­ای سیستم    64

شکل 5-5 ساختار رابطه­ای نگهداری خوشه­بندی اطلاعات زمینه­ای برای کاربران    65

شکل 5-6 ایجاد کاربران معادل کاربر c­i با توجه به الگوی مصرف وی   67

شکل 5-7 ساختار رابطه­ای کاربران و امتیازات جدید    66

شکل 6-1 ساختار رابطه­ای مجموعه داده جمع­آوری­شده بدون در نظر گرفتن شرایط زمینه­ای .. 71

شکل 6-2 ساختار چند­بعدی مجموعه داده جمع­آوری­شده با در نظر گرفتن شرایط زمینه­ای .. 72

شکل 6-3 نقشه خود­سازمانده.. 74

شکل 6-4 میانگین شاخص F1 در روش پیشنهاد­دهی سنتی در مجموعه داده شماره(1)   76

شکل 6-5 میانگین شاخص F1 برای خوشه ­های مجزا در مجموعه داده شماره (1)   77

شکل 6-6 میانگین شاخص F1 در روش پیشنهاد­دهی سنتی در مجموعه داده شماره(2)   78

شکل 6-7 میانگین شاخص F1 برای خوشه ­های مجزا در مجموعه داده شماره (2)   78

شکل 6-8 ساختار رابطه­ای نهایی برای نگهداری اطلاعات سیستم پیشنهاد­دهنده    80

شکل 6-9 میانگین شاخص F1  در روش پیشنهاد­دهی چندبعدی   81

شکل 6-10 میانگین شاخص F1 در روش پیشنهاد­دهی چندبعدی برای خوشه ­های مجزا    82

 

 

 

فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                                                            صفحه

 

جدول 2-1 دسته­بندی کاربرد­های تجارت سیار.. 15

جدول 4-1 نمونه ­ای از ماتریس کاربر- اقلام برای یک سیستم پیشنهاد­دهنده فیلم   37

جدول 6-1 مشخصات شبکه نقشه خود­سازمانده در مرحله شناسایی کاربران مشابه در روش سنتی.. 76

جدول 6-2 مشخصات شبکه نقشه خود­سازمانده برای شناسایی الگوی مصرف و شناسایی کاربران مشابه 81

 

 

 

 

فصل اول: مقدمه

1-1 مقدمه

سیستم­های پیشنهاد­دهنده در تجارت سیار از جمله موضوعات پر­اهمیت سال­های اخیر بوده ­اند که با ظهور تکنولوژی­های بی­سیم و تسهیل حرکت تجارت الکترونیکی از محیط­های سیمی به سوی بی­سیم­ مورد توجه قرار­گرفته­اند. تجارت سیار به­معنای انجام فعالیت­های تجارت­الکترونیک از طریق محیط­های بی­سیم، به­ طورخاص اینترنت بی­سیم، و وسایل دستی سیار می­باشد که با­ پیدایش تکنولوژی بی­سیم در عرصه اینترنت و استفاده روزافزون از وسایل سیار توجه به آن رو به افزایش است[1,2]. به کاربرد­های تجارت سیار دو خصوصیت ویژه تحرک[1] و دسترسی وسیع[2] نسبت داده­شده­است[1,3] که اولین خصوصیت بر امکان از بین رفتن محدودیت­های مکانی و دومین خصوصیت بر امکان از بین رفتن محدودیت­های زمانی در استفاده کاربران از خدمات این نوع کاربرد­ها تاکید دارد[1,3,4,5]. این­که کاربران برای انجام فعالیت هایی چون بانکداری الکترونیکی یا خرید الکترونیکی محصولات، قادر به جایگزینی وسایلی چون تلفن­های سیار و ­همراه­های شخصی دیجیتال (پی.دی.اِی)[3]  به­جای کامپیوتر­های شخصی باشند،  تسهیلات زیادی را برای آنها و فرصت­های جدیدی را نیز  برای کسب وکار­ها فراهم­­­خواهد­کرد و لزوم توجه به این عرصه را برای محققان نمایان می­سازد[1,3].

 

اما پیاده­سازی سیستم­های پیشنهاد­دهنده در محیط­های سیار بدون در­نظر­گرفتن پارامتر­های تاثیر­گذار در این محیط چندان مناسب­نخواهد­بود. مجموعه این پارامتر­ها، اطلاعات زمینه را تشکیل می­ دهند [6].

عملکرد سیستم­های پیشنهاد­دهنده معرفی منابع مورد نیاز کاربران به آنهاست. این منابع می­توانند مواردی مانند اطلاعات خاص مورد نیاز کاربر و یا کالاها­یی مانند کتاب یا فیلم مورد علاقه یک کاربر را  از میان انبوه کالاهایی که کاربر با اطلاعات آن­ها روبروست، در­بر­گیرند[7,8,9]. درسیستم­های پیشنهاد­دهنده، سه مجموعه داده اصلی یعنی مجموعه کاربران ©، مجموعه اقلام قابل توصیه(S) (مانند کتاب، فیلم، موسیقی و غیره) و مجموعه داده ­هایی که رابطه میان دو مجموعه قبلی را تعریف می­ کنند، وجود­دارند. مجموعهS  می ­تواند شامل صد­ها، هزار­ها و حتی میلیون­ها کالا در کاربرد­های مختلف بوده و  به­ طور مشابه مجموعه C نیز می ­تواند چنین وضعیتی را داشته باشد. ارتباط میان دو مجموعهC  و S مبتنی بر ساختار امتیاز­گذاری است که میزان مفید بودن یا مورد علاقه بودن کالا را برای کاربر مشخص می کند. این ارتباط با تابعی تحت­عنوان تابع سودمندی، u، به صورت رابطه زیر تعریف می­ شود[7]:

 

(1-1)

که در آن Ratings، مجموعه مرتبی مانند اعداد صحیح غیر­منفی یا مجموعه اعداد حقیقی در بازه­ای معین می­باشد.

در سیستم­های پیشنهاد­دهنده مقادیر u معمولاً فقط بر روی زیر مجموعه ­ای از دامنه C×S تعریف­شده­است و نه بر تمام آن و قسمت های نامشخص این دامنه را باید با ­استفاده از داده ­های موجود به­صورت تخمینی مشخص نمود. هدف نهایی سیستم­های توصیه­کننده با ارائه پیشنهاد  اقلام با بالاترین امتیازات تخمینی به کاربران محقق می­ شود به­ طوریکه برای هر کاربر ، اقلام  با حداکثر میزان سودمندی انتخاب و معرفی می­گردد[7].

تا به امروز روش­های پیشنهاد­دهی زیادی ارائه شده­است که این روش­ها و متدولوژی­ها در دسته­بندی­های زیر قرار می­گیرند[7,9,10]:

• مبتنی بر محتوا[4] : در این گروه از روش­ها، عمل پیشنهاد­دهی با بهره گرفتن از یافتن اقلامی انجام می­گیرد که بیشترین تشابه را با اقلامی داشته باشند که در­گذشته مورد­علاقه کاربر بوده ­اند. به عبارت دیگر u(c,s)، سودمندی کالای s برای کاربر c، بر اساس کلیه مقادیر موجود u(c,si) هایی که si مشابه به s بوده و si جزء کالاهای مورد علاقه کاربر هستند،­ برآورد می­ شود.
• فیلترسازی مشارکتی : در این گروه از روش­ها، عمل پیشنهاد­دهی با بهره گرفتن از یافتن اقلامی انجام می­گیرد که مورد علاقه کاربران با سلایق مشابه کاربر بوده ­اند. کاربران با سلایق مشابه یعنی کاربرانی که اقلام یکسانی را امتیاز­دهی مشابه کرده باشند. به­عبارت دیگر u (c, s) بر اساس مقادیر موجودu(cj ,s) بدست می ­آید که  cj  کاربران مشابه با c می­باشند.
• مدل ترکیبی[5]: روش­هایی که دو روش مبتنی­بر­محتوا و فیلتر­سازی مشارکتی را ترکیب می­ کنند و به این صورت از مزایای هر دو روش در جهت شناسایی و معرفی کالاها بهره می­گیرند.

در نگاهی دیگر روش­های پیشنهاد­دهی، اعم از مبتنی بر محتوا و فیلتر­سازی مشارکتی به دو دسته روش­های مبتنی بر حافظه[6]و مبتنی بر مدل[7] تقسیم می­شوند. در­مقایسه با الگوریتم­های مبتنی بر حافظه، الگوریتم­های مبتنی بر مدل، با بهره گرفتن از روش­های یادگیری ماشین[8] مدلی را با بهره گرفتن از مجموعه امتیازات موجود ایجاد کرده و از آن به­منظور پیشگویی امتیازات استفاده می­ کنند[7,10,11].

1-2 موضوع تحقیق

موضوع این تحقیق، ارائه روشی برای پیشنهاد­دهی آگاه از زمینه در تجارت سیار می­باشد. با­ پیدایش تکنولوژی بی­سیم در عرصه اینترنت و استفاده روزافزون از وسایل سیار، پیاده­سازی سیستم­های پیشنهاد­دهنده در محیط­های سیار با توجه به محدودیت­های خاص آن چون هزینه­بر بودن زمان اتصال و تبادل داده، محدودیت پهنای باند، کیفیت پایین اتصال و محدودیت­های ورودی و خروجی وسایل سیار، نیاز به بررسی بیشتر را در جهت ارائه اطلاعات مرتبط­تر و شخصی­سازی­شده­تر می­طلبد. بررسی تاثیر اطلاعات زمینه به­عنوان شرایط و محیط دربرگیرنده کاربر و به­عنوان اطلاعاتی که بر فرایند تصمیم ­گیری وی تاثیر­گذارند، برخروجی این­گونه کاربرد­ها، مساله­ای است که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته­است.

1-3 پیشینه تحقیق

ظهور تکنولوژی­های بی­سیم و استفاده رو به­افزایش وسایل سیار، فرصت­های زیادی را پیش روی کاربرد­های تجارت الکترونیک قرار­داده­است. با توجه به محدودیت­های خاص محیط­های سیار، ارائه اطلاعات به­صورت شخصی­سازی­شده­تر و سفارشی­شده­تر یکی از اهداف مهم کاربرد­های تجارت سیار است. در­نظرگرفتن اطلاعات زمینه به­عنوان شرایط و محیط دربرگیرنده کاربر و به­عنوان اطلاعاتی که بر فرایند تصمیم ­گیری وی تاثیر­گذارند، در ارائه خروجی این­گونه کاربرد­ها از جمله مواردی است که می­توان از آن در جهت ارائه اطلاعات مرتبط­تر به کاربران بهره گرفت.

سیستم­های پیشنهاد­دهنده همواره از جمله موضوعات پر اهمیت در حوزه تجارت الکترونیک بوده ­است. سیستم­های پیشنهاد­دهنده سیار آگاه از زمینه در آغاز راه هستند. دسته مهمی از سیستم­های آگاه از زمینه را  سیستم­های آگاه از مکان تشکیل می­دهند. یانگ، چنگ، و دایا[12]، یک سیستم پیشنهاد­دهنده آگاه از مکان برای محیط­های سیار ارائه­داده­اند که هدف آن توصیه وب­سایت فروشندگان با در نظر­گرفتن علایق و پیش­فرض­های مشتری و همچنین فاصله مکانی وی با مکان فیزیکی مشخص­شده در وب­سایت­ها می­باشد. در روش مزبور، دو فاکتور فوق به­ طور جداگانه محاسبه­ شده و سپس بر اساس ترکیبی از آنها به پیشنهاد وب­سایت­ها پرداخته می­ شود. یکی دیگر از این نوع سیستم­ها پروکسیمو[13] است که یک سیستم پیشنهاد­دهنده آگاه از مکان برای محیط­های داخلی چون موزه­ها و گالری­ها است. این سیستم بر اساس علایق و پیش­فرض­های کاربر به پیشنهاد اقلام پرداخته و مکان اقلام را بر روی نقشه­ای بر روی وسیله همراه کاربر نمایش می­دهد.

استفاده از سایر اطلاعات زمینه­ای علاوه­بر مکان نیز مورد توجه توسعه­دهندگان این نوع سیستم­ها قرار­گرفته­است. پخش موسیقی یکی از حوزه های کاربردی پر­مصرف در میان کاربران سیار می­باشد و به همین دلیل استفاده از پیشنهاد­دهنده­های آگاه از زمینه در این حوزه مورد توجه قرار­گرفته است. از آنجایی که تاثیر موسیقی بر روح و جسم انسان ثابت شده­است، انتخاب موسیقی با توجه به شرایط می ­تواند وضعیت دوست­داشتنی­تری را فراهم­کند و افراد را در انجام فعالیت­هایشان یاری رساند. مثلاً موسیقی می ­تواند کارایی فرد را در حال انجام تمرینات فیزیکی بهبود بخشد، اضطراب را کاهش دهد و میزان یادگیری را بهبود بخشد. [14] یکی از تحقیقاتی است که در این حوزه ارائه­شده­است. در این تحقیق علاوه­بر بررسی روش­های فیلتر­سازی مبتنی­بر زمینه و مرور پیشنهاد­دهنده­های سیار آگاه از زمینه موسیقی، پیشنهاد­دهنده سیار آگاه از زمینه AndroMedia  ارائه شده­است. پیشنهادات با توجه به زمینه جاری کاربر که با بهره گرفتن از حسگر­های بلوتوث در سمت برنامه مشتری بدست می­آیند و همچنین سلایق کاربر تهیه می­شوند. همچنین در مرجع [15]  نیز پیشنهاد­دهی آگاه از زمینه موسیقی در محیط­های سیار مورد بررسی قرار­گرفته­است. در تحقیق پارک، یو و چو[16]  نیز یک سیستم آگاه از زمینه موسیقی با بهره گرفتن از شبکه­ های بیزین فازی و تئوری سودمندی ارائه­شده­است. فرایند پیشنهاد­دهی تحلیل شده و سودمندی آن مورد ارزیابی قرار­گرفته­است.

گردشگری نیز یکی از حوزه های جذاب برای پیاده­سازی پیشنهاد­دهنده­های سیار آگاه از زمینه می­باشد. امروزه گردشگران انتظار دارند که دسترسی شخصی به اطلاعات گردشگری در هر زمان، هر مکان و در هر شرایطی را داشته­باشند. راهنما­های گردشگری سیار، چنین اطلاعاتی را در اختیار کاربران قرار می­دهند. در مرجع [17] خلاصه­ای از کار­های انجام­شده در زمینه راهنماهای گردشگری سیار تحت وب انجام گرفته­است. همچنین در مرجع[18]   تاثیر آگاهی از زمینه در سیستم­های اطلاعاتی گردشگری سیار مورد بررسی قرار گرفته­است. در [19]  نیز یک کاربرد توریستی سیار با نام COMPASS ارائه­شده­است. در این تحقیق به بررسی ترکیب آگاهی از زمینه با سیستم­های پیشنهاد­دهنده پرداخته شده­است. پارامتر­های زمینه­ای این تحقیق شامل زمان و مکان می­باشند. این سیستم خدمات خود را با نیاز­های کاربر که بر اساس علایق و زمینه جاری وی مشخص می­ شود، تطبیق می­دهد.

در [20] نیز یک سیستم پیشنهاد­دهنده تصاویر با بهره گرفتن از یک روش داده ­کاوی که ترکیبی از روش­های مبتنی­بر­محتوا و مبتنی­بر اطلاعات زمینه می­باشد ارائه­شده­است. اطلاعات زمینه استفاده­شده در این تحقیق شامل زمان و مکان هستند. لی، ونگ، جنگ و دای[21]، یک سیستم توصیه­کننده آگاه از زمینه برای کاربرد­های تجارت سیار ارائه­داده­اند. در این تحقیق از مدل چند­بعدی موجود در سیستم­های OLAP برای نمایش فضای توصیه­گری و از روش مبتنی بر کاهش فضا به­منظور کاهش فضای توصیه­گری به فضای دو­بعدی و انجام عملیات توصیه­گری در فضای مزبور استفاده­کرده ­اند.

استفاده از آنتولوژی و وب معنایی در سیستم­های پیشنهاد­دهنده سیار آگاه از زمینه نیز در تحقیقات بسیاری مورد توجه­قرار­گرفته­است[22,23,24]. تکنولوژی­های وب معنایی، دسترسی هوشمند و کارا به اطلاعات را بهبود بخشیده­اند. از آنتولوژی می­توان برای مدل­سازی زمینه و همچنین برای مدل­سازی ارتباط زمینه با سایر مجموعه­داده ­ها استفاده­نمود. در تحقیق حاضر، یک روش جدید پیشنهاد­دهی آگاه از زمینه در تجارت سیار ارائه­شده­است.

1-4 اهمیت و ارزش تحقیق

استفاده از سیستم­های پیشنهاد­دهنده آگاه از زمینه در تجارت سیار یک فرصت است. با توجه به افزایش کمی کاربران وسایل سیار درکشور و گسترش کمی و کیفی زیر­بنایی تجهیزات سیار، آشنایی با مفاهیم، اصول و کاربرد­های تجارت سیار

چکیده

بهینه سازی خرید دارو با بهره گرفتن از داده کاوی

 

 

توسعه­ استفاده از فناوری اطلاعات در بهداشت و درمان علاوه بر مزایای فراوان باعث می شود تا حجم زیادی از داده ­های مرتبط، در دسترس قرار بگیرند. با بکارگیری داده کاوی بر روی داده های موجود می توان تصمیم گیری­ها  و فرایند­های مدیریتی را بهبود بخشید. در این پایان نامه تلاش شده است ضمن بررسی الگوریتم­های مختلف داده کاوی مدلی جهت پیش بینی مصرف دارو در داروخانه­های بیمارستان­ها ارائه گردد. مجموعه داده در نظر گرفته شده مربوط به سیستم اطلاعات بیمارستان پاستور شهرستان بم می باشد که در مدت 5 سال در پایگاه داده سیستم اطلاعات این بیمارستان ذخیره شده است. برای پیش بینی مصرف دارو عملکرد مدل­های MLP، SVR، ADABOOST.R، BAGTREE، LR، LSSVR مورد بررسی قرار می گیرد. دقت پیش بینی بر اساس معیارها  MSE ,RMSE ,MAE وR2 ارزیابی می گردد. طبق نتایج بدست آمده عملکرد مدل BAGTREE  در روش های مختلف بهتر از سایر مدل ها بوده است.

 

واژگان کلیدی : سیستم های اطلاعات بیمارستان، پیش بینی، خرید دارو، داروخانه

 

 

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                 صفحه

فصل 1- مقدمه.. 2

1-1- فناوری اطلاعات در بهداشت و درمان.. 2

1-2- داروخانه های بیمارستانی.. 3

1-3- داده کاوی.. 3

1-3-1- داده کاوی چیست؟. 3

1-3-2- تكنیک های مختلف داده كاوی.. 4

1-3-2-1-انواع تکنیک داده کاوی. 5

1-4- بیان مسئله. 6

1-5- اهداف تحقیق.. 8

1-6- سوالات وفرضیات تحقیق.. 9

1-6-1- سوالات.. 9

1-6-2- فرضیات تحقیق.. 9

1-7- فصول پایان نامه. 9

فصل 2- پیشینه پژوهشی… 12

2-1- جمع بندی.. 24

فصل 3- مروری بر ادبیات تحقیق و مبانی نظری… 26

3-1- سیستم های اطلاعات بیمارستان.. 26

3-2- تعریف و مفهوم سیستم اطلاعات بیمارستانی.. 28

3-2-1– اهداف سیستم اطلاعات بیمارستانی.. 29

3-2-2- اهمیت و ضرورت راه‌اندازی سیستم اطلاعات بیمارستانی.. 30

3-2-3- مزایایی سیستم اطلاعات بیمارستانی.. 31

3-3- داده کاوی.. 32

3-4- مراحل داده کاوی.. 33

3-4-1- پیش پردازش داده ها 35

3-4-2- پاکسازی داده ها 35

3-4-3-یکپارچه سازی داده ها 36

3-4-4- تبدیل داده ها 36

3-4-5- تلخیص داده ها 37

3-5- وظایف داده کاوی.. 37

3-5-1- دسته بندی.. 38

3-5-2- تخمین.. 39

3-5-3- پیش بینی.. 39

3-5-4- گروه بندی شباهت یا قوانین وابستگی.. 40

3-5-5- خوشه بندی.. 40

3-5-6- نمایه سازی.. 41

3-6- كاربرد های داده كاوی.. 41

3-7- رویکردهای مسائل داده کاوی در پزشکی.. 42

3-8- مدلها و الگوریتمهای داده کاوی.. 43

3-8-1- شبکه های عصبی مصنوعی.. 43

3-8-1-1-ساختار شبکه عصبی… 44

3-8-1-2-معماری شبکه عصبی… 45

3-8-1-3-آموزش شبکه های عصبی مصنوعی… 46

3-8-1-4-انواع یادگیری در شبکه های عصبی مصنوعی… 47

3-8-2- درخت های انتخاب.. 47

3-8-3- Bagging & Boosting. 48

3-8-3-1-Bagging.. 55

3-8-1-1-Boosting.. 44

3-8-1-1-الگوریتم های Boosting.. 44

3-8-4- Adaptive Boosting(Adaboost) 50

3-8-5- رگرسیون بردار پشتیبان. 51

3-8-6- رگرسیون خطی.. 52

نرم افزارهای داده کاوی.. 54

55

.. 56

…. 58

. 58

.. 59

60

60

 

… 67

… 44

… 69

. 63

. 64

. 64

. 67

. 69

70

72

.. 72

.. 74

… 76

.. 76

.. 77

.. 83

.. 93

. 95

 

 

فهرست جداول

 

 عنوان                                                                                         صفحه

 

جدول 2- 1تکنیک های مهم داده کاوی در بخش دارویی[21] 21

جدول 4- 1 ماتریس داده بصورت ماه های متوالی60

جدول 4- 2 ماتریس داده  بصورت ماه های یکسان61

جدول 4- 3  ماتریس داده بصورت فصول متوالی2

جدول 5- 1 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Cream Calamine 77

جدول 5- 2 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Vialdioxin81

جدول 5- 3 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Syrup Sulbutamol82

جدول 5- 4 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Cream Calamine 82

جدول 5- 5 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Vialdioxin 85

جدول 5- 6 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Syrup Sulbutamol86

جدول 5-  7نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Cream Calamine 91

جدول 5 – 8 نتایج اعمال الگوریتم های معرفی شده بر روی داده های Syrup Sulbutamol 93

 

 

 

فهرست شکل ها و نمودارها

 

عنوان                                                                                   صفحه

شکل 2- 1 مدل پیش بینی با شبکه عصبی[4]12

شکل 2- 2  شبکه عصبی [14] BP 12

شکل 2- 3 مدل بهینه سازی خرید دارو[15]14

شکل 2- 4 مدل استخراج دانش [26] 16

شکل 2- 5 جریان عملیات در داروخانه[17]  17

شکل 2- 6  دسته بندی اهدا بکارگیری داده کاوی[15]19

شکل 2- 7 روند بکارگیری داده کاوی در پزشکی[20]20

شکل3- 1   مراحل داده کاوی[40]32

شکل3- 2 ساختار شبکه عصبی[47]43

شکل3- 3  مثالی از درخت تصمیم[41]55

شکل 3- 4 واسط کاربری سیستم اطلاعات بیمارستان55

شکل 4- 1 دیاگرام چاچوب تحقیق58

شکل4- 2 پارامترهای مورد استفاده در SVM64

شکل4- 3  گزارش تهیه شده با کریستال ریپورت70

شکل4- 4 خروجی گزارش تهیه شده با کریستال ریپورت71

شکل5- 1 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم AdaBoost.R78

شکل5- 2 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LR78

شکل5- 3 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم BAGTREE79

شکل5- 4 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LSSVR80

شکل5- 5 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم SVR80

شکل5- 6 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم BAGTREE83

شکل5- 7 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LR83

شکل5- 8 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم SVR84

شکل 5- 9 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم AdaBoost.R84

شکل5- 10 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم SVR85

شکل 5- 11 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم AdaBoost.R86

شکل5- 12 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LR87

شکل5- 13 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم SVR87

شکل5- 14 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LSSVR88

شکل5- 15 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم AdaBoost.R89

شکل5- 16 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم NN90

شکل5- 17 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LSSVR90

شکل5- 18 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LSSVR92

شکل5- 19 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم BAGTREE93

شکل5- 20 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم LSSVR94

شکل5- 21 میزان تقاضای واقعی و پیش بینی شده توسط الگوریتم BAGTREE94

 

1-1- فناوری اطلاعات در بهداشت و درمان

در سال­های اخیر مراکز بهداشتی ودرمانی کشورمان به ویژه بیمارستانها درصدد مکانیزه کردن سیستم­های اطلاعاتی خود برآمده­اند. در ابتدا مقصود از چنین فعالیت­هایی کاهش هزینه­ های ناشی ازکاغذ بازی­ موجود در سیستم­های دستی و اداری بوده است، اما اکنون به مرحله ای رسیده­ایم که بهبود کیفیت ارائه خدمات درمانی اهمیتی روزافزون می­یابد و در این راستا بکار­گیری سیستم های اطلاعات بیمارستان­ها بسیار مرسوم شده است.

بکارگیری سیستم اطلاعات بیمارستان علاوه بر مزایای فراوان از جمله کاهش زمان پذیرش، زمان ترخیص، زمان اخذ جواب­ها، زمان مراجعه به اطلاعات قبلی پرونده، بالا بردن میزان دقت در درج اطلاعات و درخواست­ها كه در حالت دستی می تواند ناخوانا باشد، همچنین می تواند موجب تسریع ارتباطات بین بخشی و در نهایت بالابردن میزان رضایت بیمار، ارائه خدمات بهتر، دریافت آمار و گزارشات روزانه و زمانی گردد. در نهایت بکارگیری سیستم های اطلاعات بیمارستان، حجم زیادی از داده های مرتبط با درمان را در دسترس قرار می دهد [1]. با بهره گرفتن از تکنیک های داده کاوی می توان از داده ­های موجود در این سیستم­ها در جهت پشتیبانی از تصمیم و مدیریت  و در نهایت پیشبرد اهداف اقتصادی و درمانی سود جست  .[2] داده‌کاوی یکی از ده دانش در حال توسعه است و در سال‌های اخیر در دنیا گسترش فوق‌العاده سریعی داشته است. داده‌کاوی فرایند کشف الگوها و روابط موجود بین داده ها در پایگاه داده های بزرگ است که با برخورداری از دامنه وسیع زیر زمینه‌های تخصصی با توصیف، تشریح، پیش‌بینی و کنترل پدیده‌های گوناگون پیرامون، امروزه کاربرد بسیار وسیع در حوزه‌های مختلفی ازجمله پزشکی و تجارت دارد [3].

1-2- داروخانه های بیمارستانی

افزایش هزینه‌های بیمارستانی در سال‌های اخیر و نیز اجرای طرح خودگردانی و اداره‌ی بیمارستان‌ها به وسیله‌ی درآمد اختصاصی آنها، بیمارستان‌ها را با مشکلات مالی جدی رو به رو ساخته است. داروخانه یکی از بخش­های مهم و درآمدزا در بیمارستان ها می باشد که می توان با بهبود خرید دارو و افزایش  بهره وری آن، بنحوی به وضعیت اقتصادی بیمارستان ها کمک کرد. این حقیقت که مصرف دارو بر اساس شیوع بیمارها در فصول مختلف تغییر می کند و نیز در نظر گرفتن این نکته که برخی داروها برای درمان یک بیماری مکمل یکدیگرند، از جمله فاکتورهایی هستند که باید در خرید دارو درنظر گرفته شوند [4]. به عبارتی با توجه به بیماری­های بسیار متنوع، و تجویز داروهای مختلف برای آنها، میتوان بر اساس سابقه مصرف دارو، نیاز های دارویی در آینده را پیش بینی کرد در نتیجه، در صورت بکارگیری تکنیک­های داده کاوی بر روی اطلاعات موجود در سیستم اطلاعات بیماستان می توان خرید دارو را بر اساس پیش بینی صورت گرفته توسط داده کاوی بهینه کرد.

لذا بر آن شدیم تا با انجام این مطالعه به پیش بینی مصرف دارو، با بهره گرفتن از تکنیکهای داده کاوی، در داروخانه یک بیمارستان بزرگ به منظور افزایش بهره وری مالی آن بپردازیم.

1-3- داده کاوی

 

1-3-1- داده کاوی چیست؟

داده کاوی به بررسی و تجزیه و تحلیل مقادیر عظیمی از داده ها به منظور کشف الگوها و قوانین معنی دار اطلاق میشود.[5] کشف دانش و داده کاوی امروزه یک حوزه جدید میان رشته ای و در حال رشد است که حوزه های مختلفی همچون پایگاه داده، آمار، یادگیری ماشین و سایر زمینه های مرتبط را با هم تلفیق کرده تا اطلاعات و دانش ارزشمند نهفته در حجم بزرگی از داده ها را استخراج نماید و استفاده از آن در دو دهه اخیر تقریبا در جهان در همه سازمانها که با حجم عظیمی از داده در پایگاه داده خود مواجه هستند، رواج یافته است [6]. شناسایی مشکالت کاوش و یا برآورد وابستگی­ها از داده ها یا کلاً کاوش داده های جدید تنها قسمتی ازشیوه ­های تجربی مورد استفاده دانشمندان، مهندسین و دیگر کسانی است که روش­های استانداردی را برای کسب نتایج داده ها به کار می برند. درتطبیق روش­های تجربی معمول با مسائل داده کاوی می­توان به مراحل بیان مسأله و فرموله کردن فرضیه، جمع آوری داده ­ها، پیش پردازش داده ­ها شامل آشکارسازی و حذف داده ­های غیر عادی و مقیاس بندی،رمزگذاری و انتخاب، برآورد و ارزیابی مدل و در نهایت تفسیر مدل ورسیدن به نتایج اشاره نمود [7].

1-3-2- تكنیک های مختلف داده كاوی

تكنیك­های مختلف داده كاوی را می­توان بر اساس نوع عملیاتی كه انجام می­ دهند به دو دسته « پیش بینی كننده » و « تشریح كننده » تقسیم كرد. تكنیك­های پیش بینی كننده با ساخت مدلی برای پایگاه داده، وظیفه پیش بینی موارد ناشناخته را بر عهده دارند. در حالی كه تكنیك­های تشریح كننده ، الگوهایی قابل فهم از داده ها را برای انسان كشف می كنند [8].در بین این الگوریتم­ها و مدل­ها، بهترین وجود ندارد و با توجه به داده ­ها و کارایی مورد نظر باید مدل انتخاب گردد.

 

1-3-2-1-انواع تکنیک داده کاوی [9]

قواعد انجمنی [1]: قوانین انجمنی در دسته تکنیک های تشریح کننده قرار می گیرد و به پیدا كردن وابستگی­ها و همبستگی­های موجود در بین داده ها، یافتن الگوهایی كه غالبا در بین داده ­ها وجود دارند و همچنین پیدا كردن یک سری ساختار سببی در بین آیتم­ها و اشیای موجود در پایگاه داده ­های تعاملی و رابطه­ای اشاره كرد.

 

پیش بینی : دراین روش هدف، پیش بینی یک متغیر پیوسته می باشد. مانند پیش بینی نرخ ارز یا هزینه های درمانی. اینجا ﻣﻘـﺎﺩﻳﺮ ﻣﻤﻜـﻦ ﺑـﺮﺍﻱ ﻣﺘﻐﻴﺮﻫﺎﻱ ﻧﺎﻣﻌﻠﻮﻡ ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. ﺩﺭ پیش­ بینی ﺍﺑﺘﺪﺍ ﺩﺍﺩﻩ ﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺑﻪ ﻣﺘﻐﻴﺮ ﻧـﺎﻣﻌﻠﻮﻡ ﻣﺮﺑـﻮﻁ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ ﻱ ﺑﺮﺧﻲ ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻫﺎﻱ ﺁﻣﺎﺭﻱ ﭘﻴﺪﺍ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. ﺳـﭙﺲ ﺍﺯ ﺑﺮﺧـﻲ ﺭﻭﺵ ﻫـﺎﻱ ﻫﻮﺷـﻤﻨﺪ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺷﺒﻜﻪ ﻫﺎﻱ ﻋﺼﺒﻲ ﻭ ﺍﻟﮕﻮﺭﻳﺘﻢ ﮊﻧﺘﻴﻚ ﺑﺮﺍﻱ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﭘﻴش بینی ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﻲ ﺷﻮﺩ.

 

رده بندی یا طبقه بندی[3] : فرایندی برای پیدا کردن مدلی است که رده های موجود در داده‌ها را تعریف می نماید و متمایز می کند، با این هدف که بتوان از این مدل برای پیش بینی رده رکوردهایی که برچسب رده آنها (متغیر هدف) ناشناخته می باشد، استفاده نمود. در رده بندی بر خلاف پیش بینی، هدف پیش بینی مقدار یک متغیر گسسته است. روش های مورد استفاده در پیش بینی و رده بندی عموما یکسان هستند. و در دسته تکنیک های پیش بینی کننده قرار می گیرند.

 

خوشه بندی[4]  : گروه بندی مجموعه ای از اعضاء، رکوردها یا اشیاء به نحوی که اعضای موجود در یک خوشه بیشترین شباهت را به یکدیگر  و کمترین شباهت را به اعضای خوشه های دیگر داشته باشند.

در این پایان نامه جهت پیش بینی مصرف دارو از تکنیک های  پیش بینی استفاده می شود و با بررسی الگوریتم­های مختلف این تکنیک تلاش می شود مدلی مناسب جهت پیش بینی مصرف  دارو در داروخانه­های بیمارستان­های ایران معرفی گردد. همچنین از داده‌های واقعی بیمارستان پاستور شهر تاریخی بم که در پایگاه داده SQL SERVER سیستم اطلاعات بیمارستان با حجمی در حدود GB220  و در مدت 5 سال ذخیره شده ­اند جهت استفاده در مدل‌ها و تکینیک های داده‌کاوی استفاده خواهد شد.

1-4- بیان مسئله

در حال حاضر بیمارستان های دولتی کشور ما از کمبود منابع مالی ونقدینگی بشدت رنج می برند. یکی از بخش های تاثیر گذار بر وضعیت مالی بیمارستان ها داروخانه  می باشد که در صورت افزایش سود­آوری این بخش می توان به نحوی به وضعیت مالی بیمارستان ها کمک کرد

 

در ادامه به اختصار به گزیده هایی از اعتراف برخی از روسای بیمارستا­ن­های بزرگ کشور توجه کنیم:

• بیمارستان‌های دولتی در صورت عدم رسیدگی تعطیل خواهند شد .[10]
• در بیمارستان‌های دولتی معضل اصلی این است که هزینه و درآمد با هم انطباق ندارد[11].
• مشکلات بیمارستان به قدری زیاد است که معمولا پولی برای دارو باقی نمی ماند.[12]

 

مشکلات خرید و ویژگی­های دارو که با توجه به بررسی های انجام شده در داروخانه بیمارستان­ها می­توان به آنها شاره کرد.

• خرید و نگهداری دارو حساسیتی بالایی دارد.
• جهت خرید دارو از اطلاعات مصرف قبلی برای پیش بینی مصرف استفاده نمی شود و این باعث می شود در انتها فصل با اضافه موجودی مواجه شوند و مقداری از دارو ها به دلیل اتمام تاریخ مصرف غیر قابل استفاده شوند. و همچنین با توجه به عدم پیش بینی مناسب در بعضی از موارد با کمبود دارو مواجه شوند.که با توجه به وابستگی دارو ها در صورت نداشتن برخی از داروها، مراجعه کنندگان برای دریافت کل دارو ها بصورت کامل به داروخانه­های خارج از بیمارستان مراجعه می­ کنند.
• فروش دارو در داروخانه­ها بر خلاف سایر فروشگاه­ها بر اساس سلیقه مشتری نمی باشد و در نظر گرفتن اینکه نسخه پزشکان از اصول درمانی پیروی می­ کند.
• بر طبق قانون جدید بیمارستان ها موظف اند تمام داروها و لوازم مصرفی که در بیمارستان استفاده می شود را موجود داشته باشند و بیماران نباید برای تهیه دارو و لوازم مصرفی به داروخانه های خارج از بیمارستان مراجعه کنند.

با توجه به ویژگی­ها و مشکلاتی که در بالا به آنها اشاره شد در صورت پیش بینی مصرف دارو می توان خرید را بهبود بخشید همچنین پیش بینی باعث می­ شود تا بیشترین پاسخگویی در برابر نیاز های درمانی بیماران را ارائه کرد.

راه اندازی سیستم های اطلاعات بیمارستان در بیمارستان های کشور،علاوه بر مزایای فراوان حجم زیادی از اطلاعات مربوط به بیمارستان­ها از جمله مصرف دارو را نگهداری می کنند[13 ] با بکارگیری داده کاوی بر روی داده های ذخیره شده در این سیستم­ها می توان مصرف دارو را پیش بینی کرد و با لحاظ کردن این پیش بینی در خرید دارو نهایتا خرید دارو را بهینه کرد.

چكیده

شبكه ­های حمل­ونقل شهری را می­توان مجموعه ­ای از شبكه معابر شهری و شبكه ­های حمل­ونقل عمومی فعال در آن در نظر گرفت. تصمیم­های مرتبط با طراحی شبكه ­های حمل­ونقل شهری سلسله مراتبی، تصمیمات بلندمدت، میان­مدت و كوتاه­مدت را شامل می­شوند. تصمیمات بلندمدت در ارتباط با طراحی و توسعه زیرساخت­ها و طراحی توپولوژی شبكه و تصمیمات میان­مدت در ارتباط با زیرساخت­ها و منابع شبكه مطرح هستند. جهت­دهی به معابر از تصمیمات میان­مدت و تنظیم چراغ­های راهنمایی از تصمیمات كوتاه­مدت در طراحی شبكه ­های حمل­ونقل شهری هستند.

در این پایان نامه مساله طراحی شبکه ترکیبی تصمیمات رده بلندمدت، میان­مدت و كوتاه­مدت با رویكرد بیشینه­سازی ظرفیت ذخیره شبكه ارائه شده است. ظرفیت ذخیره، بزرگترین مضرب ماتریس تقاضاست که میتوان به شبکه تخصیص داد بدون اینکه محدودیت ظرفیت معابر را نقض کند. مساله مورد مطالعه با رویكرد مدل­ ریاضی دوسطحی مدلسازی می شود. هدف سطح بالا بیشینه­سازی  ظرفیت ذخیره از طریق تنظیم سیگنال چراغ راهنما در تقاطع­ها ،جهت­دهی به معابر و افزایش ظرفیت معابر از طریق اضافه کردن خط به معابر است.مساله سطح پایین، تخصیص ترافیک تعادلی کاربر است که هدف آن کمینه­سازی  زمان سفر کاربران است. به دلیل نامحدب بودن مدل، از روش های فوق ابتکاری (الگوریتم ژنتیک ترکیبی با شبیه­سازی تبرید و الگوریتم زنبور عسل) برای حل آنها استفاده می کنیم. برای بررسی کارایی الگوریتم،برای حل مساله در سه سایز مختلف استفاده می شود. نتایج نشان داده که توانایی هر دو الگوریتم در بهبود وضعیت ظرفیت ذخیره یکسان است، ولی سرعت همگرایی الگوریتم ژنتیک ترکیبی با شبیه­سازی تبرید نسبت به الگوریتم زنبور عسل بیشتر است.

 

 

 

کلمات کلیدی: طراحی شبکه حمل ونقل ترکیبی، ظرفیت ذخیره، جهت­دهی به معابر، اضافه کردن خط، تنظیم سیگنال، برنامه ریزی دو سطحی، روش­های بالا ابتکاری

 

 

فهرست

 

فصل 1- :مقدمه و کلیات تحقیق 1

1-1- مقدمه 2

1-2- سیستم حمل ونقل 5

1-3- تقسیم بندی سیستم های حمل ونقل 6

1-4- طراحی شبكه‏های حمل‏ونقل شهری و تقسیم‏بندی‏های مربوط 7

1-5- طراحی شبكه ­های معابر جادهای 8

1-6- جهت­دهی به معابر 9

1-7- تنظیم چراغ راهنمایی 9

1-8- ظرفیت ذخیره شبکه حمل ونقل 10

1-9- مدل سازی مسایل طراحی شبكه‏های حمل‏ونقل جادهای 11

1-10- محدوده پروژه 13

فصل 2- مرور بر ادبیات و پیشینه تحقیق 14

2-1- مرور مطالعات انجام شده در زمینه RNDP 15

2-2- مسایل طراحی تنظیمات سیگنال(SSDP) 21

2-2-1- رویکرد بهینه سازی موضعی 22

2-2-2- رویکرد بهینه سازی سراسری 22

2-3- مفهوم ظرفیت ذخیره سیستم 22

2-4- یک طرفه یا دوطرفه کردن معابر و مسایل مربوط 26

2-5- توسعه‏ و نوآوری‏پایان نامه 28

2-5-1- تركیب با تصمیمات RNDP 28

فصل 3- مدل ریاضی پیشنهادی و روش حل 32

3-1- تعریف مساله 33

3-1-1- ویژگی‏های كلی مساله 33

3-1-2- فرضیات مساله 33

3-1-3- ورودی‏های مساله 34

3-1-4- خروجی‏های مساله 34

3-1-5- تابع هدف مساله 34

3-2- مدل سازی مساله 35

3-3- مدل ریاضی 38

3-4- روش‏ حل توسعه داده شده 40

3-4-1- کلیات الگوریتم ژنتیک. 41

3-4-2- کلیات الگوریتم زنبور عسل 44

3-4-3- ویژگی مشترک الگوریتمها 45

 

3-4-4- الگوریتم ژنتیک تركیبی با شبیه‏سازی تبرید 47

3-4-5- الگوریتم زنبور عسل 54

3-4-6- بهینه سازی موضعی تنظیمات سیگنال 54

فصل 4- نتایج محاسباتی 57

4-1- مقدمه 58

4-2- مساله در اندازه کوچک. 60

4-2-1- نتایج برای مساله کوچک. 61

4-3- مساله در اندازه متوسط TX 62

4-3-1- نتایج برای مساله متوسط 63

4-4- مساله در سایز متوسط CG 65

4-4-1- نتایج برای اندازه متوسط CG 68

4-5- مساله در اندازه بزرگ 71

4-5-1- نتایج برای شبکه SF 75

4-6- بررسی قابلیت الگوریتم ها 78

فصل 5- نتیجه‏گیری و تحقیقات آتی 81

5-1- جمع‏بندی و نتیجه‏گیری 82

5-2- پیشنهادها برای کارهای آتی 82

فهرست مراجع 84

پیوست ها 88

الف- مساله تخصیص سفر 89

الف-1- توابع جریان ترافیك- زمان سفر 90

الف-2- تخصیص سفر تعادلی 91

ب- روش جستجوی بخش­بندی طلایی 97

ج- الگوریتم دایسترا 98

چکیده انگلیسی 100

 

 

فهرست شكل‌ها

شکل ‏1‑1- اجزای سیستم‏های حمل‏ونقل 6

شکل ‏1‑2- تصمیمات مورد مطالعه 9

شکل ‏3‑1- مدل سازی ریاضی یک معبر ]45[ 38

شکل ‏3‑2- یک نمودار گردشی برای الگوریتم ژنتیک. 43

شکل ‏3‑5- یک شبكه نمونه 49

شکل ‏3‑6- نمایش كروموزوم شبكه نمونه 49

شکل ‏3‑7- شماره‏دهی یال‏های شبكه نمونه برای گره محور 1 50

شکل ‏3‑8- چگونگی اجرای عملگر تقاطع 50

شکل ‏4‑1- شبکه کوچک ZY 60

شکل ‏4‑2- جهت­دهی بهینه شبکه ZY 61

شکل ‏4‑3- شبکه متوسط TX 62

شکل ‏4‑5- جهت­دهی بهینه شبکه متوسط TX 63

شکل ‏4‑7- شبکه متوسط CG 65

شکل ‏4‑8- جهت­دهی بهینه شبکه متوسط CG 68

شکل ‏4‑10- شبکه بزرگ SF 71

شکل ‏4‑12- جهت­دهی بهینه شبکه متوسط SF 75

شكل ‏0‑1- نمونه‏ای از یک نمودار تابع زمان سفر (]8[) 90

 

 

فهرست جداول

جدول ‏2‑1- خلاصه مطالعات انجام شده در زمینه MNDP…………………………………….. 26

جدول ‏2‑1-مقایسه مطالعات تركیبی در RNDP 36

جدول ‏4‑1- مسایل آزمایشی و مشخصات آنها 58

جدول ‏4‑2- مقادیر پارامترهای الگوریتم‏های HGA و BA 59

جدول ‏4‑3- ورودی های مساله ZY 60

جدول ‏4‑4- ورودی های مساله TX 62

جدول ‏4‑6- مقادیر خروجی شبکه TX 64

جدول ‏4‑8 – ورودی های مساله CG 66

جدول ‏4‑9- مقادیر خروجی شبکه CG 69

جدول ‏4‑11- ورودی های مساله SF 72

جدول ‏4‑13- مقادیر خروجی شبکه SF. 76

جدول ‏4‑15- خلاصه نتایج محاسباتی 78

جدول ‏4‑18- میزان بهبودظرفیت ذخیره مسایل آزمون 79

جدول ‏0‑1- تعدادی از توابع زمان سفر ]9[ 91

در این فصل به جایگاه مساله مورد مطالعه در ادبیات، محدوده شمول مساله، تعاریف و تقسیم ­بندی­ها موجود در رابطه با مساله مورد مطالعه در این پایان نامه می پردازیم و چگونگی مدلسازی مساله را خلاصه تشریح می کنیم.

1-1- مقدمه

گسترش شهرنشینی در دهه­های اخیر موجب شده است كه شهرها و حومه­های آنها به عنوان مهمترین مراكز سكونت و فعالیت انسان معاصر مطرح شوند. افزایش مستمر جمعیت شهرنشین در بسیاری از كشورها به موضوع چالش برانگیزی برای مسئولان دولتی تبدیل شده است. چرا كه محدودیت­های موجود در سیستم­های حمل­ونقل شهری از جمله محدودیت زمین، ظرفیت معابر و مسایلی از این دست مانع از توسعه آنها همگام با رشد جمعیت و در نتیجه رشد تقاضاهای سفر می­شوند. تصمیمات برای سرمایه ­گذاری و بهبود سیستم­های حمل­ونقل شهری باید با در نظر گرفتن مسایلی چون منابع مالی موجود، تاثیرات تصمیمات در بهبود ازدحام خودروها در معابر و مسایلی از این دست صورت گیرند.

در همین راستا، دسته­ای از مطالعات بهینه­سازی به طراحی و بهبود شبكه­­های حمل­ونقل شهری می ­پردازد. شبكه ­های حمل­ونقل شهری شامل زیرمجموعه­هایی چون شبكه معابر شهری و شبكه ­های حمل­ونقل عمومی هستند كه تصمیمات طراحی در آنها را می­توان در قالب سلسله مراتبی از تصمیم­های بلندمدت، میان­مدت و كوتاه­مدت تقسیم ­بندی کرد. تصمیمات بلندمدت بیشتر به توسعه زیرساخت­ها و توپولوژی شبكه ­ها اختصاص دارند. ساخت معابر جدید، توسعه ظرفیت معابر موجود، طراحی مسیرهای عبور و مرور شبكه حمل­ونقل عمومی مثال­هایی از این تصمیمات هستند. تصمیمات میان­مدت به نحوه بهره­ گیری از منابع فعلی می ­پردازد، مانند جهت­دهی به معابر و تخصیص خطها در دو جهت معابر دوطرفه. نهایتاً تصمیمات كوتاه­مدتی چون تنظیم چراغ­های راهنمایی، تنظیم عملیات روزمره را شامل می­شوند.مسایل طراحی شبكه حمل­ونقل شهری، با رویكرد نظریه بازی­ها مدلسازی می­شوند. به جهت نوع مساله، دو گروه بازیگر وجود دارند. گروه اول مسئولان دولتی و تصمیم­ گیران هستند كه نقش رهبر را ایفا می­كنند و گروه دوم كاربران شبكه هستند كه به تناسب تصمیمات اخذ شده برای شبكه توسط مسئولان، به انتخاب مسیر در شبكه می­پردازند كه نتیجه آن تغییر در الگوهای جریان­های ترافیكی در سطح معابر شهر است. این رویكرد مدل سازی منجر به توسعه مدل­های ریاضی دوسطحی برای این مسایل می­ شود كه نا محدب هستند و حل آنها به طور ذاتی NP-سخت است.

جهت­دهی به معابر یا تصمیم ­گیری برای یک طرفه یا دوطرفه کردن آنها، از جمله تصمیماتی است كه می­توان ادعا کرد که به جهت نوع اثرات آن در شبكه حمل­ونقل شهری، باید با دقت و حساسیت بیشتری مورد توجه قرار گیرد. چنانچه در مطالعات اشاره شد، یک طرفه کردن معابر در عین حال كه منجر به افزایش ظرفیت 10 تا 20 درصدی ظرفیت جریان ترافیكی در آنها شود، می ­تواند موجب افزایش مسافت­های طی شده توسط بخشی از كاربران، افزایش ازدحام در بخش دیگری از شبكه و مواردی از این قبیل شود. با عنایت به توضیحات بالا، اهمیت استفاده از مدل­های تصمیم ­گیری كه تاثیرات تغییر جهات در معابر را بر روی الگوهای جریان ترافیكی و در نتیجه عملكرد شبكه در سطح كلان در نظر بگیرند، آشكار می­ شود.

تصمیم یک طرفه کردن معابر می ­تواند به طور همزمان با سایر تصمیمات طراحی شبكه معابر شهری همچون افزایش ظرفیت معابر موجود، ساخت معابر جدید ، تخصیص نامتقارن خط­ها در چگونگی جهت معابر دوطرفه و تنظیم چراغ راهنما در تقاطع­ها منظور شود. در این صورت، علاوه بر ایجاد هم­افزایی در بهبودهای ایجاد شده در ظرفیت ترافیكی شبكه، این احتمال وجود دارد كه هزینه­ های مورد نیاز برای سرمایه­گذری را، نسبت به وضعیتی كه هر یک از تصمیمات جداگانه مطرح شود، كاهش دهد.

تقاطع­های کنترلی(دارای چراغ راهنما) یکی از اجزای اصلی شبکه­ های حمل ونقل جاده­ای هستند که جریان وسایل نقلیه در سطح شهر را تنظیم و تعدیل می کنند. جریان­های ترافیکی در تقاطع­های کنترلی باعث ایجاد تاخیر در وسایل نقلیه می شوند. اگرچه چراغ راهنما از حرکت دایمی وسایل نقلیه در تقاطع­ها جلوگیری میکند، ولی به طور کلی در صورت محاسبه صحیح زمان بندی آن متوسط تاخیر وسایل نقلیه از زمانی که تقاطع بدون چراغ راهنماست، کمتر است. افزایش تاخیر در تقاطع­ها باعث افزایش زمان سفر کاربران، افزایش آلودگی­های محیطی وصوتی و کاهش قابلیت اطمینان شبکه می شود. بنابراین، باید به تقاطع­ها و بهینه­سازی آنها از در مسایل توجه داشت.

در همین راستا، مساله مطرح شده در این پایان نامه موضوع كلی مورد بحث در سطوح بالا را در بر می­گیرند. مساله مورد بررسی، اختصاص به تركیب تصمیم جهت­دهی معابر با سایر تصمیمات مربوط به شبكه معابر شهری دارد كه شرح آن در سطور بالا آمد. با توجه به ویژگی­های NP-سخت بودن و نامحدب بودن مدل­های دوسطحی، برای حل مسایل در این پایان نامه از روش­های بالا ابتكاری استفاده می شود.

 

با توجه با توضیحات بالا، در فصل اول به تعارف اولیه و تعیین محدوده مساله مورد بررسی می­پردازیم. فصل دوم شامل مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق است. در فصل سوم با تعریف متغیرها، پارامترها و مفروضات مساله، مدل ریاضی برای مساله و روش حل مدل ارائه می شوند. دسته­ای مسایل نمونه برگرفته از مقالات مرتبط با اندازه­ های مختلف با روش حل پیشنهادی حل می شوند و نتایج محاسباتی در فصل چهارم ارائه می شوند. در نهایت، به جمع­بندی مطالب و ارائه پیشنهادها برای تحقیقات آتی در فصل  پنجم می پردازیم.

 

 

1-2- سیستم حمل ونقل

یک سیستم حمل­و­نقل[1] را می­توان به صورت مجموعه ­ای از تسهیلات ثابت[2]، نهادهای جریان[3] و یک سیستم كنترلی[4] تعریف نمود كه به مسافران و كالا امكان می­دهد بر محدودیت­های جفرافیایی غلبه و به موقع در فعالیت­های مورد نظر شركت كنند]1[. در واقع، یک سیستم حمل­و­نقل شامل مجموعه ­ای از اجزاء است كه امكان جابه جایی انسان و كالا را از مكانی به مكان دیگر فراهم می­ کند. تسهیلات ثابت، اجزای فیزیكی سیستم حمل­و­نقل هستند كه در یک مكان ثابت واقع می شوند و شامل یال­های شبكه[5] (مانند جاده­ها، ریل­ها و لوله­ها) و گره­های[6] (مانند تقاطع­ها، پایانه­ها، بنادر و فرودگاه­ها) سیستم هستند. طراحی این تسهیلات شامل مسایلی  چون مهندسی خاك و پی، طراحی سازه، طراحی شبكه ­های آبیاری و طراحی هندسی می­ شود. نهاده­های جریان، واحدهایی هستند كه از تسهیلات ثابت عبور می­كنند. این نهاده­ها می­توانند وسایل نقلیه، واحدهای كانتینر، واگن­های قطار و غیره باشند، مثلاً در مورد سیستم

چکیده

در هر اجتماع انسانی در مكانهای گوناگون چه شهری یا روستایی ایجاد امكانات آمد و رفت از ضروریات اجتناب ناپذیر به شمار می آید و در این حركتها نیز سعی بر این است كه با حمل مایحتاج انسان مسائل مورد نظر را نیز حل نمایند. حال اگر سیستمی استوار پدید آید كه بتواند این رفت و آمدهای انسانی و حمل كالاهای مورد نیاز آنها را در این فضا به صورت صحیح تنظیم نماید ، می توان از یک برنامه ریزی حمل و نقل صحبت به میان آورد . برنامه ریزی حمل ونقل  شهری یک ارزیابی مداوم برنامه های حمل و نقل برای رسیدن به اهداف و مقاصد توسعه تمام یک استان و یک جامعه شهری است ، به عبارت دیگر برنامه ریزی حمل ونقل فن نظام یافته ای از تجزیه و تحلیل عناصر حمل ونقل و ترافیک است كه هدف آن ایجاد ایمنی در سیستم حمل و نقل كار آمد و ناسب در ارتباط با نیازهای جاری و آینده و اولویتهای جامعه می باشد .در این پژوهش سعی داریم با بهره گرفتن از ابزار برنامه ریزی حمل ونقل مکان های مناسب برای نصب شمارنده های ترافیکی جهت دستیابی به تقاضای سفر در شبکه حمل و نقل شهری بررسی  کنیم.

 

کلمات کلیدی:

ماتریس مبدا-مقصد تقاضای سفر ، مدل های مکان یابی ، مکان یابی شمارنده های ترافیک

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                            صفحه

فصل اول : كلیات تحقیق و ساختار پایان نامه…………………………………………………………… 8

• ضرورت و اهداف برنامه ریزی حمل و نقل شهری………………………………. 9
• ضرورت آگاهی از تقاضای سفر برای برنامه ریزی شهری……………………. 10
• تعریف مساله……………………………………………………………………………. 14
• محتویات ………………………………………………………………………………… 14

1-4-1 فصل اول : کلیات تحقیق……………………………………………………. 19

1-4-2  فصل دوم : ادبیات موضوعی و پیشینه ی تحقیق………………………. 19

1-4-3  فصل سوم : روش تحقیق………………………………………………….. 19

1-4-4  فصل چهارم : نتایج تحقیق………………………………………………. 19

1-4-5  فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………… 19

 

فصل دوم: ادبیات موضوعی و پیشینه ی تحقیق………………………………………………………. 22

• مقدمه……………………………………………………………………………………… 23
• روش های مدل کردن ترافیک……………………………………………………….. 24

• تخمین ماتریس تقاضای مبدا-مقصد با بهره گرفتن از رویکرد آماری…………. 30

  • حداکثر احتمال……………………………………………………………… 30
  • حداقل مربعات عمومی………………………………………………….. 31
  • استنباط بیزین……………………………………………………………… 33

2-4     تعیین تعداد و محل شمارشگرهای ترافیکی………………………………………. 35

فصل سوم: ارائه مدل ریاضی……………………………………………………………………………… 45

• مقدمه……………………………………………………………………………………… 46
• تعریف مسئله……………………………………………………………………………. 46

• ارائه ی مدل ریاضی پیشنهادی………………………………………………………. 48

  • اندیس­ها…………………………………………………………………….. 48
  • پارامترها…………………………………………………………………….. 48
  • متغیرهای تصمیم­گیری…………………………………………………… 49
  • مدل ریاضی………………………………………………………………… 49
  • تحلیل مدل…………………………………………………………………. 50

فصل چهارم: محاسبات و یافته­ های تحقیق……………………………………………………………… 52

• مقدمه……………………………………………………………………………………… 53
• مثال عددی……………………………………………………………………………….. 53

فصل پنجم: نتیجه ­گیری و پیشنهادات آتی……………………………………………………………….. 56

• نتیجه ­گیری……………………………………………………………………………….. 57
• پیشنهادات آتی………………………………………………………………………….. 58

منابع………………………………………………………………………………………………………………. 59

منابع فارسی………………………………………………………………………………………………… 59

منابع لاتین………………………………………………………………………………………………….. 59

 

    

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                                         صفحه

فصل چهارم

 

 

جدول (4-1) کمان های بهینه مثال عددی شبکه حمل و نقل…………………………………………… 53

 

جدول(4-2) مؤلفه های ماتریس تقاضای سفر اولیه………………………………………………………. 54

جدول (4-3) مؤلفه­ های ماتریس تقاضای سفر تخمینی………………………………………………….. 54

 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                      صفحه                

فصل اول

شکل(1-1)شبکه کوچک برای اثبات وجود ماتریس تقاضای سفر چندگانه……………………….. 17

فصل دوم

شکل(2-1)اهمیت جریان خالص و ناخالص با توجه به قانون 3 یانگ……………………………….. 38

شکل(2-2)نمودار میانگین اطلاعات زوج مبدا-مقصد w  با توجه به احتمال سفر آن……………… 41

فصل سوم

شکل(3-1)مثال شبکه ساده برای بررسی مساله تکرار لینک …………………………………………… 50

فصل چهارم

شکل(4-1)شبکه حمل و نقل مورد بررسی………………………………………………………………… 53

 

فصل اول

کلیات تحقیق

 

 

1-1- ضرورت و اهداف برنامه ­ریزی حمل­و­نقل شهری

رشد و توسعه­ جوامع شهری، سبب افزایش نیاز این جوامع به خدمات همگانی و اجتماعی شده­است. انجام بسیاری از فعالیت­های اجتماعی و اقتصادی نیازمند تسهیلات حمل­ونقلی است. شهرها برای خدمات حمل­ونقل تا حدود زیادی به سیستم خیابان­های خود متکی هستند. این سیستم­ها برای جواب­گویی به تقاضای فزاینده­ی ترافیک اتومبیل­ها، ترافیک تجاری، حمل­ونقل عمومی، دسترسی به زمین­های اطراف و همچنین پارکینگ­ها، همیشه در حال تحمل بار اضافی هستند.

تسهیلات حمل­ونقل نیاز اساسی یک جامعه برای رشد و توسعه است. با توجه به سرمایه­ عظیم لازم برای انواع پروژه­ های شهری، نتایج عدم برنامه ­ریزی مناسب از همیشه حادتر شده است. این موضوع، لزوم توجه به برنامه ­ریزی صحیح در حیطه حمل­ونقل را مورد تأکید قرار می­دهد. عدم برنامه ­ریزی صحیح بخش حمل­ونقل می ­تواند خسارت­های زیادی  را بر روی توسعه­ شهر، منطقه و حتی یک کشور داشته­باشد. به­عنوان مثال در ترافیک شهری مشکلات عدیده و محسوسی وجود دارد که لزوم توجه به برنامه ­ریزی حمل­ونقل را نمایان می­سازد؛ خیابان­های شلوغ، آلودگی هوای شهرها، تصادف­های ترافیکی و خسارت­های مالی و جانی حاصل از تصادف­ها، راه­بندان­ها، بهم خوردن نظم و آرامش مراکز مسکونی و درمانی، ایجاد استرس و فشار روحی، اشکال در دسترسی مناطق مختلف و . . .. همه­ی این موارد لزوم برنامه ­ریزی حمل­ونقل را در سطح شهری و برون­شهری روشن می­سازد.

در مباحث مربوط به حمل­ونقل، منظور از برنامه ­ریزی فرایند یا فعالیتی است که طی آن اقدامات لازم احتمالی برای آینده جهت سوق دادن یک مجموعه یا سیستم حمل­ونقلی به سوی یک وضعیت دلخواه مورد بررسی قرار می­گیرد. وضعیت دلخواه یادشده می ­تواند به یک­سری اهداف مثبت در آینده و یا پیشگیری از ایجاد مسائل و مشکلات در آینده را شامل گردد. این فرایند در نهایت منجر به اتخاذ تصمیم و سپس انجام اقدامات مؤثر در راستای تحقق و حصول اهداف و وضعیت دلخواه می­گردد.

هدف از برنامه ­ریزی سیستم­های حمل­ونقل، طراحی نزدیک به بهینه­ مجموعه تسهیلات حمل­ونقل موجود و روش­های به­ کارگیری آن­هاست. همچنین هدف دیگر برنامه ­ریزی سیستم­های حمل­ونقل، به­ کارگیری تسهیلات حمل­ونقل جدید در آینده است، به­گونه­ای که با توجه به تسهیلات حمل­ونقل موجود، اهداف مورد نظر به بهترین وجه ممکن ارضا گردند.

مهم­ترین موضوعی که در برنامه ­ریزی حمل­ونقل وجود دارد، ارتباط آن با آینده و به عبارت دیگر آینده­نگری در آن است، زیرا یک فعالیت برنامه ­ریزی مربوط به اقداماتی است که در زمان­های مختلف در آینده انجام خواهدگرفت و بین زمان انجام اقدام و زمانی که نتایج و تأثیرات آن احساس می­ شود، ممکن است یک فاصله­ی زمانی نسبتاً طولانی وجود داشته باشد. این فاصله به عوامل زیادی از قبیل موضوع و مقادیر کمی و کیفی اقدام مورد نظر بستگی دارد.

فرایند پیش ­بینی سفر یکی از پرکاربردترین قسمت ­های برنامه ­ریزی حمل­ونقل است. این فرایند مختص برنامه ­ریزی حمل­ونقل شهری و برون­شهری بوده و به­ کارگیری آن در برنامه ­ریزی حمل­ونقل با توجه به اطلاعات مؤثر و آنالیز دقیق می ­تواند به عنوان یک شاخص پیش ­بینی برای توسعه­ آینده به­کار گرفته­شود. فرایند پیش ­بینی سفر دارای یک ساختار عمومی است که بر اساس تجربه و آزمایش به­دست آمده­است، و درواقع ساختار کلی این مدل نتیجه­ جربیات و مطالعات دهه­ 60 میلادی بوده که در دهه­های بعد هم تغییر چندانی نکرده­است.

 

1-2- ضرورت آگاهی از تقاضای سفر برای برنامه ­ریزی شهری

تحلیل و طراحی سیستم­های حمل­ونقل نیازمند تخمین تقاضای فعلی و پیش ­بینی تقاضای آینده می­باشد. این تخمین­ها و پیش­بینی­ها می ­تواند با بهره گرفتن از منابع اطلاعاتی و روند­های آماری به­دست­آیند. شرط برنامه ­ریزی درست در حیطه­ی حمل­ونقل شهری چه در سطح استراتژیک و چه در سطح کارکردی آگاهی از تقاضای حمل­ونقل را می­طلبد. به­عبارت دیگر، برنامه ­ریزی حمل­ونقل شهری بدون آگاهی از تقاضای سفر اگر ناممکن نباشد بسیار دور از ذهن است. اطلاعات مربوط به تقاضای سفر منطقه­ مورد مطالعه، در ماتریسی تحت عنوان ماتریس تقاضای سفر مبدأ-مقصد ذخیره می­ شود. برای داشتن تعریفی از این ماتریس می­توان گفت: ماتریسی که هریک از مؤلفه­ های آن تعداد سفر از یک ناحیه­ی ترافیکی به ناحیه­ی دیگر برای هدف سفر خاص در یک دوره­ زمانی مرجع (برای مثال ساعت پیک، متوسط روز و …) را نشان دهد، ماتریس تقاضای سفر و یا اصطلاحاً ماتریس تقاضای مبدأ-مقصد نامیده می­ شود. این ماتریس را می­توان  مهم­ترین ورودی برای مسائل برنامه ­ریزی و طراحی سیستم­های حمل­ونقل دانست. اطلاعات تقاضای سفر مبدأ-مقصد، مهندسین ترافیک را در شناسایی تقاضای سفر روی تسهیلات موجود و یا آتی حمل­ونقل، کافی بودن پارکینگ­ها و ترمینال­ها، کافی بودن تسهیلات حمل­ونقل عمومی موجود، بهترین محل برای پل­ها و ترمینال­های جدید، اطلاعات مورد نیاز برای برنامه ­ریزی، تعیین محل و طراحی سیستم خیابان­های جدید، سیستم بزرگراه­ها و آزادراه­ها، راه­های جدید و توسعه­ آن­ها، اطلاعات لازم برای برنامه ­ریزی، مکان­ یابی و طراحی یا توسعه­ سیستم­های حمل­ونقل عمومی، اولویت­های اجرائی و راه حل­های اقتصادی برای برنامه ­های توسعه و . . . کمک می­نماید.

قبل از فرایند پیش ­بینی سفر ابتدا باید به منطقه­بندی و ناحیه­بندی محدوده­ مورد مطالعه پرداخت:

• منطقه­بندی: از اولین گام­هایی که در انجام مطالعات سیستم­های حمل­ونقل و سرمایه ­گذاری­هایی که اثرات اقتصادی، اجتماعی و زیست­محیطی عمده­ای را بر محیط اطراف خود می­گذارد، تعیین محدوده­ جغرافیایی است که حوزه­ نفوذ سیستم­ها و سرمایه ­گذاری­های مالی را در بر می­گیرد. از نظر تئوری وسعت این منطقه نامحدود است، ولی در عمل می­توان محدوده­ای را برای اثرات مورد مطالعه شناسایی کرد که اثرات سرمایه ­گذاری مورد نظر در خارج از آن قابل چشم­پوشی باشد. بزرگی این محدوده چنان است که عمده اثرات مورد بررسی را در بر داشته­باشد، و همچنین انجام مطالعه را از نظر صرف وقت و هزینه ممکن سازد.
• ناحیه­بندی: برای برنامه ­ریزی حمل­ونقل باید اطلاعات اقتصادی، اجتماعی و حمل­ونقلی مربوط به نقاط مختلف تولید و جذب سفر در منطقه­ مورد مطالعه تعیین گردد. ولی در عمل تعداد این نقاط تولید و جذب سفر در منطقه بسیار زیاد است، بنابراین با مشکلاتی در گردآوری و تحلیل اطلاعات مواجه خواهیم بود. برای رفع این مشکلات باید منطقه­ مورد مطالعه را به تعدادی نواحی ترافیکی تقسیم ­بندی نمود. سپس برای هر ناحیه می­بایست جمعیت، وضعیت اجتماعی، اقتصادی، تجهیزات وکاربری­ها و . . . به­دست آیند. برای مرزبندی ناحیه­ها رعایت ضوابطی ضروری است، که مهم­ترین آن­ها ذیلاً آورده­شده­است:

– هم­گونی: از آن­جایی که ناحیه­بندی نوعی گروه­بندی از واحدهای آماری است، از این­رو ناحیه­ها باید از نظر داخلی (درون­گروهی) هم­گون و از نظر خارجی (برون­گروهی) ناهمگون باشند.

– هم­وزنی در تولید و جذب سفر که باعث افزایش دقت در مدل­سازی می­ شود.

– دسترسی آماری: ناحیه­ها باید چنان اختیار شوند که آمار و اطلاعات مستمر مانند جمعیت، اشتغال و دیگر اطلاعات مربوطه به سادگی قابل دسترس باشند.

– حجم محاسبات: تعداد ناحیه­ها باید چنان باشد که حجم محاسبات آن­ها امکان­ پذیر و معقول باشد.

بعد از انجام گام­های منطقه­بندی و ناحیه­بندی می­توان به فرایند پیش ­بینی سفر پرداخت. به­ طور کلی این فرایند به صورت دنباله­ای از چهار مدل زیر مورد استفاده قرار می­گیرد [1] :

1-  مدل تولید سفر (تصمیم برای انجام سفر به­منظور رسیدن به یک هدف مورد نظر)

2-  مدل توزیع سفر (انتخاب مقاصد سفرهای تولید شده از هر ناحیه)

3-  مدل انتخاب گونه­ سفر (انتخاب وسیله­ نقلیه برای انجام سفر)

4-  مدل تخصیص سفر (انتخاب مسیر سفر)

در اولین مرحله، به برآورد تعداد سفرهای تولید شده در این نواحی پرداخته می­ شود. در مرحله­ بعد با بهره گرفتن از مدل­های توزیع سفر، سفرهای تولید شده در هر ناحیه به سایر نواحی توزیع می­شوند. اطلاعات این دو مرحله باعث ایجاد ماتریس تقاضای سفر مبدأ-مقصد می­گردد. در مرحله­ سوم به کمک مدل­های انتخاب گونه­ سفر، تقاضای سفر بین هر زوج مبدأ-مقصد به گونه­ های مختلف سفر اختصاص می­یابند، و در نهایت در مرحله­ آخر به کمک مدل­های تخصیص ترافیک، ماتریس تقاضای سفر به شبکه­ حمل­ونقل اختصاص می­یابد و به تبع آن حجم جریان کمان­های شبکه­ حمل­ونقل بدست می­آید.

در تحلیل مسائل حمل­ونقل شهری، مدل­های یاد شده در بالا  نقش اساسی بازی می­ کنند. اطلاعات مربوط به مدل­های تولید و توزیع سفر در ماتریس تقاضای مبدأ-مقصد نشان داده می­ شود، که این اطلاعات به دو طریق مستقیم و غیرمستقیم قابل به­دست­آوردن می­باشند.

روش­های مستقیم گردآوری اطلاعات خود به سه گروه دسته­بندی می­گردند.

• روش­های مشاهده­ای: این گروه از روش­ها با مشاهده­ وضع ترافیک و برداشت اطلاعات لازم از این مشاهدات به برآورد حجم سفرهای مبدأ-مقصد می­پردازند. نمونه ­ای از این روش­ها ثبت شماره­ وسایل نقلیه است.
• روش­های پرسشنامه­ای: این گروه از روش­ها اطلاعات مورد نیاز را از طریق توزیع پرسشنامه گردآوری می­ کنند و می­توان آن­ها را به سه دسته­ی توزیع پرسشنامه در مبدأ سفر (ارسال کارت پستی به آدرس صاحب وسیله­ نقلیه)، توزیع پرسشنامه در مقصد سفر و توزیع پرسشنامه در حین انجام سفر دسته­بندی کرد.
• روش مصاحبه­ی حضوری: اطلاعات مورد نیاز در این روش از طریق مصاحبه از افراد جامعه آماری به­دست می­آید. همچون روش پرسشنامه­ای، این روش نیز به سه دسته­ی مصاحبه در مبدأ سفر (مصاحبه با ساکنین مکان­های مسکونی)، مصاحبه در زمان سفر (مصاحبه با رانندگان وسائل نقلیه در کنار جاده­ها) و مصاحبه در مقصد سفر (شامل مصاحبه با خریداران در مراکز خرید، دانش ­آموزان در مدارس و کارکنان در محل کار) دسته­بندی می­گردد.

اگرچه این روش دارای معایب زیادی از جمله صرف وقت و هزینه بسیار زیاد می­باشد، ولی با این وجود به علت این­که ساختار سفرها، بین مبادی و مقاصد شکل می­گیرد، ناگزیر انجام مطالعات جامع برای منطقه­ مورد مطالعه ضروری می­باشد. از طرفی با توجه به هزینه­ بالای جمع­آوری اطلاعات مربوط به تقاضای سفر از طریق روش مستقیم، جمع­آوری این­گونه اطلاعات در فواصل زمانی کوتاه میسر نیست. لذا برای اصلاح و به­روزرسانی ماتریس تقاضای سفر روش­های غیر مستقیم مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته­است، که این روش­ها خود بر دو نوع­اند:

• به­دست آوردن ماتریس تقاضای سفر به کمک مدل­های ساخته­شده برای شهرهای مشابه

فهرست مطالب

1

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1. مقدمه 3

1-2. بیان مسأله 4

1-3. اهمیت و ضرورت پژوهش 6

1-4. اهداف پژوهش 9

1-4-1. هدف اصلی 9

1-4-2. اهداف جزیی 9

1-5. فرضیه‌های پژوهش 10

1-5-2. فرضیه‌های فرعی 10

1-6. تعاریف مفهومی و عملیاتی متغیرها 10

1-6-1. تعاریف مفهومی.. 10

1-6-2. تعاریف عملیاتی 11

فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق

2-1. شبیه‌سازهای آموزشی 14

2-1-1. تدریس و اصول یادگیری 14

2-1-2. رسانه‌های آموزشی 15

2-1-3. مزایای چندرسانه‌ای‌ها در آموزش و یادگیری 17

2-1-4. شیوه‌های استفاده از چندرسانه‌ای در آموزش 18

2-1-5 مفهوم شبیه‌سازی 18

2-1-6. انواع شبیه‌سازی 19

2-1-7. دلایل اهمیت شبیه‎سازی‎ 21

2-1-8. شبیه‌سازی‌های متکی بر کامپیوتر 22

2-1-9. نقش معلم در جریان شبیه سازی 23

2-1-10. ارتقاء خلاقیت و حل مسأله با بهره گرفتن از شبیه‌سازی‌های آموزشی 23

2-1-11. مبانی نظری به کارگیری شبیه‌سازی در آموزش 24

2-2. ساختن‌گرایی 29

2-2-1. مفهوم ساختن‌گرایی 29

2-2-2. شناخت گرایی 32

2-2-3. اصول و پیش‌فرض‎های ساختن‌گرایی و شناخت‎گرایی برای طراحی آموزشی 34

2-2-4. بهره‌گیری از نظریه ساختن‌گرایی در طراحی چندرسانه‌ای.. 37

2-3. خلاقیت 43

2-3-1. مفهوم خلاقیت 43

2-3-2. ابعاد خلاقیت 43

2-3-3. روند تحولی خلاقیت در کودکان 45

2-4. پیشینه پژوهش 46

2-4-1. پژوهش‌های داخلی 46

2-4-2. پژوهش‌های خارجی 48

2-5. مدل مفهومی پژوهش… 52

2-6. جمع‌بندی فصل دوم 58

فصل سوم: روش‌شناسی پژوهش

3-1. نوع و روش انجام پژوهش 61

3-2. طرح پژوهش و شیوه اجرا 62

3-3. جامعه آماری 65

3-4. روش نمونه‌گیری و حجم نمونه 66

3-5. متغیرهای پژوهش 66

3-6. ابزار اندازه‌گیری پژوهش 66

3-7. روش تجزیه و تحلیل داده‌ها 68

فصل جهارم: تجزیه و تحلیل داده ­ها

4-1. آمار توصیفی 70

4-2. آمار استنباطی 72

4-2-1. بررسی فرضیه اول پژوهش 72

4-2-2- بررسی فرضیه دوم پژوهش 73

4-2-3- بررسی فرضیه سوم پژوهش 74

4-2-4- بررسی فرضیه چهارم پژوهش… 75

فصل پنجم: بحث و تفسیر و جمع­بندی

5-1. خلاصه پژوهش 78

5-2. بحث و تفسیر فرضیه‌های پژوهش 80

5-3. نتیجه‌گیری 87

5-4. محدودیت‌ها 90

5-5. پیشنهادها 90

5-5-1. پیشنهادهای کاربردی 90

5-5-2. پیشنهادهای پژوهشی 91

 منابع و مأخذ 92

 پیوست‌ها 100

فهرست جداول

جدول 2– 1: مقایسه دیدگاه شناخت‌گرایی از دید ارتمر و نیوبای 36

جدول 2-2: نظریه‌های فرعی رویکرد شناخت‌گرایی از دید ارتمرد و نیوبای.. 37

جدول 2-3: نظریه‌پردازان مکتب روانشناسی یادگیری شناخت‌گرایی 37

 جدول 3-1: دیاگرام طرح پیش‌آزمون- پس‌آزمون با گروه کنترل 61

جدول 1-4: توزیع فراوانی گروه آزمودنی‌های مورد مطالعه 70

جدول2-4: شاخص‌های توصیفی نمرات گروه آزمایش در چهار مقیاس خلاقیت در پیش آزمون و پس آزمون. 71

 جدول3-4: شاخص‌های توصیفی نمرات گروه کنترل در چهار مقیاس خلاقیت در پیش آزمون و پس آزمون  71

 جدول 4-4 : نتایج آزمون t مستقل بین نمرات مقیاس سیالی دانش‌آموزانی که در دو گروه آزمایش و کنترل در پیش آزمون و پس‌آزمون 72

 

 جدول 4-5 : نتایج آزمون t مستقل بین نمرات مقیاس انعطاف‌پذیری دانش آموزانی که در دو گروه آزمایش و پژوهش در پیش‌آزمون و پس آزمون 73

 جدول 4-6: نتایج آزمون t مستقل بین نمرات مقیاس بسط و گسترش دانش آموزانی که در دو گروه آزمایش و پژوهش در پیش‌آزمون و پس آزمون 74

جدول 4-7 : نتایج آزمون t مستقل بین نمرات مقیاس اصالت و ابتکار دانش آموزانی که در دو گروه آزمایش و پژوهش در پیش آزمون و پس آزمون 75

 جدول 4-8: جمع‌بندی از نتایج پژوهش 76

 

 

فهرست اشکال

 شکل 2-1: اقدام برای برنامه‌ریزی مداخلات مناسب بر اساس اصول نه‌گانه گانیه 39

 شکل 2-2: مدل مفهومی پژوهش نظریه‌های توجیه‌کننده استفاده از شبیه‌سازی‌ها در آموزش 57

 شکل 2-3: مدل مفهومی پژوهش بر اساس فرضیه‌های پژوهش 57

 شکل 3-1: مراحل انجام پژوهش 62

فهرست پیوست­ها

طرح درس براساس روش ساختن گرایی 101

 پرسشنامه سنجش خلاقیت تورنس 107

 

 

چکیده

هدف این پژوهش بررسی تأثیر به‌کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر خلاقیت دانش‌آموزان در درس ریاضی متوسطه اول بود. در این پژوهش روش تحقیق از نوع شبه آزمایشی بود. جامعه آماری پژوهش6200  نفر از
دانش آموزان دختر متوسطه اول شهر اسلام‌آباد در سال تحصیلی 92-93 بودند. روش نمونه‌گیری، نمونه‌گیری گروه های در دسترس و تعداد نمونه نیز 40 نفر بودند که 20 نفر در گروه آزمایش و 20 نفر در گروه کنترل قرار داشتند. سپس برای گروه آزمایش برنامه مداخله‌ای آموزش به روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی اجرا گردید و گروه کنترل به شیوه سخنرانی آموزش دیدند. در این پژوهش جهت جمع‌ آوری داده‌ها از پرسشنامه استاندارد خلاقیت تورنس استفاده شد. جهت تجزیه و تحلیل داده‌های به دست آمده از آزمون تی مستقل استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که بین گروه آزمایش و کنترل از نظر مؤلفه‌های خلاقیت ( سیالی، انعطاف‌پذیری، بسط و گسترش و اصالت و ابتکار) در سطح 05/0 تفاوت معنی داری وجود دارد .

کلید واژه‌ها: شبیه‌سازی، خلاقیت، ساختن‌گرایی.

 

 

1-1. مقدمه

امروزه شرایط آموزش در مدارس ما بر اساس نظریه‌های جدید یادگیری مهیا نیست ولی باید توجه داشت كه با علم به سطح آگاهی دانش‌آموزان ، انگیزه‌ها و شرایط جدید جامعه، تأكید روی روش‌های قدیمی تدریس و استفاده‌ی محض از روش‌های سنتی نیز مؤثر نیست. این سخن به معنای این است كه دانش‌آموزان امروزی را نمی‌توان با شیوه‌های قدیمی تدریس به صورت منفعل در كلاس نشاند و برای آنان مفاهیم ریاضی را تدریس كرد، تجربه و تحقیق نشان داده است كه یادگیری در این روش سطحی بوده و قابل اعتماد نیست.  كتب ریاضی با این هدف فعالیت‌ها را در خود گنجانده‌اند، هدف اصلی فعالیت كشف مفهوم جدید توسط خود دانش‌آموزان است. بهترین شرایط ایجاد این موقعیت كار در گروه‌های كوچك دانش‌آموزی است البته فعالیت‌هایی كه جنبه خلاقیت دارند بهتر است به صورت فردی حل شوند.

هنگامی كه دانش‌آموزان مشغول حل فعالیت هستند با پاسخ به سؤالات هدایت شده باید با بهره گرفتن از دانسته‌های قدیم خود دانش جدید را تولید كرده و در حقیقت مفهوم جدید را به مفاهیم موجود در ذهن خود پیوند بزنند.و نكته‌ی مهم برای درگیر كردن و غرق كردن دانش‌آموز در علم ریاضی در كلاس درس و نشان دادن مساله كاربردی و حل آن به كمك تكنولوژی‌های جدید كارگاهی و روش‌های جدید حل مسأله است. روش‌های جدید تدریس با كمك گرفتن از مواد جدید آموزشی و ict توانسته است ریاضیات انتزاعی را به صورت ملموس در بیاورد و دانش‌آموز كنجكاو را غرق در كاربردها و ریاضیات كاربردی در آورد.

امروزه تحقق توسعه و جامعه مبتنی بر دانش بیش از هر مؤلفه‌ای وابسته به آموزش با كیفیت است. شواهد حاكی از آن است كه یكی از عوامل مؤثر در ارتقاء كیفیت فرایند یادگیری ، استفاده صحیح، مؤثر و كارآمد فناوری‌های آموزش است (ثمری و آتشک، 1388: 101). شناخت و كاربست فناوری آموزشی از آن روی اهمیت دارد كه از طریق تسهیل یادگیری دانش‌آموزان و هم چنین كارآمد و اثربخش نمودن فرایند یاددهی- یادگیری معلمان به بهبود كیفیت فرایند یادگیری می‌ انجامد (همان).

استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای بهبود تدریس کلاسی مربیان بسیاری را در حوزه‌های مطالعه و پژوهش علاقه‌مند کرده است هم‌چنان که کاربرد نرم‌افزارها پیچیده‌تر می‌شود معلمان فرصت‌های بیشتری برای مطالعه پیدا می‌کنند که دانش‌آموزان را واقع‌گرایانه‌تر می‌کند تا آن چه را که در آموزش یاد گرفته‌اند به کار ببرند. به دلیل استفاده از انیمیشن، صدا، و عناصر ویدئویی که می‌تواند به کاربر خاصی بازخورد دهد به عنوان ابزارهایی به مربیان داده شده است که می‌توانند به وسیله آن‌ ها محیط‌های پیچیده‌ای ایجاد کنند که شرایط زندگی واقعی را همانندسازی می‌کنند. در نتیجه این موجب درگیری بیشتر شاگرد با محیط و هم‌چنین دریافت بازخورد به خود می‌شود که می‌تواند موجب اصلاح رفتار خود شود (زمانی، 1389: 1).

از آن جا که هدف فناوری آموزشی تسهیل یادگیری و بهبود عملکرد است در این راستا شبیه‌سازی‌های آموزشی می‌توانند به عنوان تکنیک و یا رسانه‌ای موجب تحقق این هدف شوند. کاربرد شبیه‌سازی در زمینه‌های مختلف در سال‌های اخیر رو به افزایش بوده است و یکی از مهم‌ترین کاربرد آن در زمینه آموزش و یادگیری بوده است. در این پژوهش سعی شده است تا میزان تأثیر آن در یادگیری ریاضی و مؤلفه‌های خلاقیت شامل سیالی، انعطاف‌پذیری، بسط و گسترش و اصالت و ابتکار بررسی شود.

1-2. بیان مسأله

در مدارس ما، نمره ریاضی، ملاک شناخت دانش‌آموزان ضعیف و قوی است و در پژوهش مولیس  (2001) نتایج به دست آمده از شرکت کشور ایران در سومین مطالعه جهانی ( تیمز) ضعف دانش‌آموزان ما را در تجزیه و تحلیل مفاهیم ریاضی بر ملا ساخت. جمهوری اسلامی ایران از بین 41 کشور شرکت کننده در پایه دوم راهنمایی در درس ریاضیات، رتبه 37 و در پایه سوم راهنمایی، رتبه 38 را کسب کرد. هشتاد درصد آموخته‌های حاوی حقایق در مدت یک سال از یاد می‌روند. زیرا این اطلاعات به صورت مجزا تدریس می‌شوند و بدون این که دانش‌آموزان کاربرد مطالب آموخته شده را در زندگی واقعی درک کنند، چون اطلاعات حفظ می‌شوند و بعد از پشت سر گذاشتن آزمون نهایی فراموش می‌شوند (ترجمه: بهزاد، 1381، به نقل از رستگارپور و همکاران، 1388: 76).

با توجه به این مسأله مهم و اساسی برای رفع این مشکل می‌توان به استفاده از فناوری‌های نوین در یادگیری این درس اشاره نمود. استفاده از فناوری‌ها به فرد یادگیرنده این امكان را می‌دهد كه به جای واكنش‌های منفعلانه در فرایند یادگیری، ابتكار عمل را به دست گرفته، با انتخاب مواد آموزشی مناسب یادگیری هدفمند و معنادار داشته باشد. کدیور (1388) معتقد است: «محتواهای الكترونیكی این فرصت را برای فراگیران فراهم می‌كنند تا در مواردی مانند شركت در یادگیری، روش به كارگیری ابزار، زمان لازم برای یادگیری، میزان و سطح یادگیری، محل یادگیری و فرد یاددهنده تصمیم بگیرند و به این دلایل انگیزه بالایی برای یادگیری دارند.

در تأیید این مطلب می‌توان به پژوهش کلمنتس[3] (2000)، با عنوان «از تمرین‌ها و وظایف تا نقش‌پروژه‌ها و مسائل منحصر به فرد رایانه برای آموزش ریاضیات نوآورانه و ابتکاری»، به بررسی نقش محتوای الکترونیکی در ریاضیات پرداخته است، اشاره نمود. نتایج پژوهش وی نشان داد که فناوری‌های چندرسانه‌ای در ارائه بازخورد سریع، بالا بردن استقلال، اتصال کل به جزء، تأکید بر فهم مسأله با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای به دانش‌آموز در اندیشیدن به راه ‌حل ‌های گوناگون و پیداكردن بهترین راه‌حل كمك می‌كند. در خلال كار با رایانه، دانش‌آموز بر فرایند یادگیری خویش نظارت داشته، و با آگاهی از مهارت‌های فراشناختی می‌تواند مدیریت راهبردهای انگیزشی و شناختی را به دست گیرد و از منابع بیرونی (زمان، تعامل با دیگران و کمک‌طلبی) را برای رسیدن به اهداف آموزشی بهره‌مند شود (نیامی و لیونن[4]، 2010). خلاقیت در یادگیری، به فرد یادگیرنده فرصت تفکر و ارزیابی منطقی از کار و پیشرفت تحصیلی را می‌دهد و به وی در تصمیم‌گیری برای ادامه یادگیری کمک می‌کند و این مسأله در یادگیری‌های چندرسانه‌ای و برخط و الکترونیکی که حضور فیزیکی استاد کمتر یا اصلاً وجود ندارد، اهمیتی دو چندان دارد.

مطالعات دیگر نشان می‌دهند كه استفاده از فناوری‌های نوین در آموزش سنتی ، به افزایش اثربخشی یادگیری می‌ انجامد: از جمله تغییرات ایجاد شده در آموزش‌های سنتی تلفیق شده با فناوری می‌توان از تغییر نگرش دانش‌آموزان، افزایش مشاركت و تعامل، و هم‌چنین بالا رفتن اعتماد به نفس دانش‌آموزان یاد کرد ( دامنز[5]، 2003).

نتایج پژوهش ذاکری (1380) نشان داد عملکرد دانش‌آموزانی که به وسیله نرم‌افزار آموزشی آموزش دیده‌اند، در مقایسه با دانش‌آموزانی که به شیوه سنتی آموزش دیده‌اند، در آزمون پیشرفت تحصیلی به طور قابل ملاحظه‌ای بهتر بوده است. با توجه به نقش فناوری‌های نوین در دنیای امروز که توانسته است، فرصت‌های بیشتری برای تعلیم و تربیت فراگیر محور ایجاد كند و تأكید را از آموزش معلم‌محوری به یادگیرنده‌محوری منتقل كند ، موضوع اصلی این است كه چگونه و با چه رویكردهایی می‌توان ضمن ایجاد یادگیری پایدار و مؤثر در دانش‌آموزان، آنان را به سوی یادگیری‌های خلاق كه در آن فعالیت فرد در تعامل با امكانات و ابزارهای تسهیل كننده تقویت و به پیشرفت تحصیلی مناسب و مطلوبی منتهی شود ، كشاند . از سویی، چگونه می‌توان از فناوری‌های نوین به شیو‌های مطلوب بهره گرفت؟ تلفیق فناوری جدید مانند شبیه‌سازی‌ها در محیط ساختن‌گرا یكی از رویكردهای جدید برای تحقق اهداف بالا در آموزش است.

از آنجا كه تلفیق فناوری‌های نوین آموزشی مانند شبیه‌سازی‌ها در برنامه درسی به امكانات گوناگونی نظیر سخت‌افزار، نرم‌افزار و نیروی انسانی ماهر و متخصص نیاز دارد، لذا پیش از تلفیق چندرسانه‌ای‌ها در برنامه درسی ، لازم است پژوهش‌های بیشتری درباره مزایا و معایب این رسانه‌ها در آموزش صورت گیرد. نتایج مطالعات تطبیقی دربارة برنامه درسی نظام‌های آموزشی كشورهای مختلف نشان می‌دهد كه دروس ریاضی به دلایل مختلف ، بهترین زمینه برای تلفیق فناوری محسوب می‌شوند: مهم‌ترین مسأله وجود نرم‌افزارهای وارداتی است ، زیرا در سایر رشته‌ها، به دلایل فرهنگی ورود نرم‌افزار از سایر كشورها (مشكل زبان، عدم تطابق برنامه درسی) امكان‌پذیر نیست، ولی در دروس ریاضی مشکلات فرهنگی کمتر است (زمانی[6]، 1996؛ زمانی، 2010؛ زمانی و قلی‌زاده، 2009؛ زمانی و همکاران، 1389). از سوی دیگر، درس ریاضی در دهه‌ های كنونی اهمیت بسیاری پیدا كرده‌ است ولی تحقیقات نشان داده است كه هم‌چنان دانش‌آموزان در تمام مقاطع تحصیلی از این درس گریزانند. از جمله مشكلات موجود كه سبب افت تحصیلی در این رشتة درسی شده، ضعف در دانش پایه ریاضی دوره‌های ابتدایی و راهنمایی، اضطراب و بی‌انگیزگی در یادگیری درس ریاضی، عدم آمادگی ذهنی و روانی و ناآگاهی از نقش و تأثیر درس ریاضی در موفقیت تحصیلی دانش‌آموزان است (علم‌الهدی، 1381).

با توجه به پیشینه پژوهش، هدف اصلی این پژوهش، بررسی تأثیر به‌کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر خلاقیت دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه متوسطه اول شهر اسلام‌آباد می‌باشد.

1-3. اهمیت و ضرورت پژوهش

مطالعه‌ی عوامل مؤثر بر پیشرفت تحصیلی و انگیزش در درس ریاضی، طی سه دهه اخیر بیش از پیش مورد توجه متخصصان تعلیم و تربیت قرار گرفته است . یافته‌های تحقیقات متعدد نشان داده است که پیشرفت تحصیلی در درس ریاضی نه تنها از ساختارهای دانش و فرایندهای پردازش اطلاعات تأثیر می‌پذیرد بلكه به عوامل انگیزشی از جمله باورها، نگرش‌ها، ارزش‌ها و اضطراب‌ها نیز مربوط می‌شود (بسانت،1995، به نقل از رضویه و همکاران، 1384: 10). توبیاس (1993) گزارش داده است که تاکنون میلیون‌ها نفر فرصت‌های تحصیلی و شغلی خود را به این سبب از دست داده‌اند که از ریاضی و کارکرد ضعیف خود در این زمینه هراس داشته‌اند. آنان در دوران مدرسه تجاربی منفی با یادگیری ریاضی داشته‌اند که خاطره آن در سال‌های بعدی زندگی نیز حفظ شده است (همان: 11).

برای نشان دادن اهمیت این پژوهش، می‌توان به نمونه‌‌هایی از پژوهش‌های انجام شده در مورد تأثیر استفاده از چندرسانه‌ای‌ها در آموزش بر خلاقیت و عملكرد تحصیلی اشاره کرد. انگرلید و ترسی بورن[9] (2002) در گزارش خود بیان می‌كنند كه بهره‌گیری از فناوری اطلاعات و ارتباطات بر پیشرفت تحصیلی دانش‌آموزان و بر خودكارآمدی آن‌ ها، تأثیری مثبت دارد و سبب می‌شود كه دانش‌آموزان از مهارت‌های فراشناختی بهتر استفاده كنند (زارع‌زاده، 1386: 44). علاوه بر این، نتایج مطالعات زمانی، قصاب‌پور و جبل‌عاملی، (1389)؛ زمانی و همکاران، (1389) نشان می‌دهد كه كاربرد آموزش مبتنی بر رایانه در دانش‌آموزان احساس بهتری نسبت به موفقیت در مدرسه ایجاد می‌كند و دانش‌آموزانی كه در مدارس فناوری‌محور آموزش می‌بینند ، نسبت به دانش‌آموزان مدارس عادی از عزت نفس و اعتماد به نفس بیشتری برخوردارند و از نظر دبیران و مدیران، این نوع مدارس از پرستیژ و جایگاه اجتماعی بالاتری در جامعه و نزد والدین برخورداند.

در زمینه اهمیت استفاده از شیوه‌های نوین آموزشی در تدریس و یادگیری می‌توان به پژوهش‌های حوزه آموزش و پرورش اشاره کرد که آن چه مورد توجه قرار گرفته، كیفیت تدریس است (گیوین[10] و همكاران 2005؛ گود و بروفی، 1984، 1986 و 2000؛ کلارک، 2004) و در نتایج بسیاری از این  پژوهش‌ها با بهبود كیفیت تدریس میزان پیشرفت تحصیلی دانش‌آموزان افزایش می‌یابد (اللهیاری، 1380 ؛ سامونز و همکاران،1995؛ عارفی، 1369؛ کاتون، 1995؛ کدخدا، 1385؛ کرامتی، 1370؛ کریمرز، 1994؛ کلامی، 1375 و والبرگ و هیرتل، 1992، به نقل از بیرمی‌پور، 1388: 51).

حال منظور از کیفیت تدریس چیست؟ در اغلب این پژوهش‌ها متغیرهایی كه در زمینة كیفیت تدریس مورد بررسی قرار گرفته اند، عبارت‌اند از: فرصت‌های یادگیری، زمان آموزش و یادگیری، مدیریت كلاسی، جو كلاسی، آموزش، متناسب‌سازی تدریس، رویكردهای یاددهی- یادگیری، نظارت بر پیشرفت تحصیلی و فعالیت‌های یادگیری فراگیران در فرایند تدریس، معلم در این زمینه نقش مهمی را ایفا می‌کند. به عبارتی، این معلم است که باید با طراحی آموزشی مناسب خود و استفاده از ابزارهای مناسب آموزشی چون شبیه‌سازی‌ها، دانش‌آموزان را در جهت هدف تعیین شده هدایت کند.

با توجه به مطالب ارائه شده اهمیت پژوهش حاضر این است كه با توجه به عملكرد نسبتاً پایین دانش‌آموزان ایرانی در درس‌های ریاضی و علوم (تیمز) چگونه می‌توان عملكرد و خلاقیت دانش‌آموزان را در دوره‌های آتی ارتقاء بخشید؟

البته باید به این نکته اساسی در اهمیت پژوهش حاضر اشاره نمود که با وجود پیشرفت‌های واقعی که در آموزش ریاضی روی داده است، تغییرات بسیار اندکی در کلاس درس ریاضی اتفاق افتاده است. بیش از چندین دهه از حضور فناوری آموزشی در آموزش ریاضی می‌گذرد، اما هنوز جایگاه خود را نیافته است. این مسئله اهمیت توجه به كیفیت ، تدریس درس ریاضی را بیش از پیش آشكار می‌سازد.

هدف فناوری آموزشی تسهیل یادگیری و بهبود عملکرد آن است. در این راستا، شبیه‌سازی‌های آموزشی می‌توانند به عنوان تکنیک و یا رسانه‌ای موجب تحقق این هدف شوند، زیرا یکی از مهم‌ترین کاربرد آن‌ ها در زمینه آموزش و یادگیری است.

شبیه‌سازی‌ها توانایی به تصویر کشیدن فرایندهای مختلف طبیعی و انسانی در یک محیط مجازی برای یادگیرندگان را دارا می‌باشند. بنا بر پژوهش‌های روتن و همکاران (2011) آلنسو و همکاران ( 2011) اسلات و هربرت( 2008)  « یک شبیه‌سازی کامپیوتری برنامه‌ای است شامل مدلی از یک سیستم ( طبیعی، مصنوعی؛ مانند تجهیزات) یا یک فرایند». هم‌چنین، شبیه‌سازی‌ها اجازه می‌دهند تا هنگامی که داده‌های تجربی کم هستند و یا دست‌‌یابی به آن‌ ها مشکل است، مدل‌های مختلفی را تجربه کرد. استفاده از شبیه‌‌سازی‌ها می‌تواند یادگیرندگان را در یادگیری تجربی و آزمایشی درگیر کند. که این می‎تواند فرصتی فراهم کند تا درباره‌ی روش‌های دانش و مهارت‌هایی که در حال استفاده از آن‌ ها هستند، تفکر کنند. هم‌چنین، فرایند شبیه‌سازی به کاربران اجازه می‌دهد تا تأثیر انتخاب‌هایشان را بدون پیامدهای فوری که تأثیر مستقیمی بر عمل واقعی داشته باشند مشاهده کنند ( نیلی احمدآبادی و همکاران، 1391: 13).

در برنامه‌های آموزشی جدید ، استفاده از روش‌های تدریس مبتنی بر ساختن‌گرایی و فرایند حل مسئله و مهارت‌های تفکر نسبت به گذشته اهمیت بیشتری یافته است. بر اساس این دیدگاه، برنامه‌ریزان در محتوای برنامه ‌‌درسی به طرح موقعیت‌های حل مسئله‌ای می‌پردازند. در این موقعیت‌ها دانش‌آموزان راهنمایی می‌شوند تا در مسیر حل مسئله، به دانش‌ها، مهارت‌ها و نگرش‌های تازه دست یابند (بدریان و همکاران، 1389: 56).

هم‌چنین در اجرای برنامه‌های درسی جدید ، از معلم خواسته می‌شود تا تدریس خود را به شیوه گروهی سازمان‌دهی کند، به نحوی که خود نیز به عنوان عضوی از گروه دانش‌آموزان درآید. در این روش‌ها بر تعامل میان معلم و دانش‌آموزان و دانش‌آموزان با یکدیگر بیش از حد تأکید می‌شود، زیرا تجربه نشان داده‌است که تعامل و تبادل تجربیات دانش‌آموزان با یکدیگر نقش عمده‌ای در یادگیری آنان دارد. افزون بر این، فعالیت‌های گروهی موجب توسعه مهارت‌های اجتماعی از قبیل احترام به حقوق دیگران، همکاری گروهی، حق و مسئولیت قائل شدن برای دیگران، مشارکت در تصمیم‌گیری‌های گروهی، سعه صدر و … در دانش‌آموزان می‌شود (پرویزیان، 1384: 67).

می‌توان گفت امروزه اهمیت مهارت‎ خلاقیت بر كسی پوشیده نیست.  اهمیت آن به ویژه در دنیای مدام در حال تغییر امروز بیشتر هم شده است. فراگیران هر چقدر كه به مراحل بالاتر یادگیری از جمله آموزش عالی نزدیك‌تر می‌شوند باید مهارت‌های یادگیری و حل مسائل خود را به طور مستقل به دست بیاورند تا از وابستگی آن‌ ها به استاد كاسته شود (بوکارتس، 1997، به نقل از: راستگو و همکاران، 1389: 4). مهارت خلاقیت افراد، با تمركز آن‌ ها بر مسأله و خودارزیابی مرتبط است (هپنر، بومگاردنر و جکسون، 1985، همان). اگر مهارت خلاقیت یک فعالیت شناختی است، پس بهبود بخشیدن مهارت خلاقیت از طریق آموزش بایستی هدف ارزشمندی باشد (سیمنارا، 1996، همان) و برای رسیدن به این اهداف استفاده از فناوری‌های نوین می‌تواند مثمرثمر باشد چنان چه امروزه فناوری‌هایی مانند شبیه سازی‌ها توانایی ارتقاء مهارت‎هایی مانند خلاقیت و حل مسأله را دارا می‌باشند. با توجه به اهمیت وجود استانداردها در ابعاد مختلف نظام آموزشی، و استفاده از شبیه‌سازها در یادگیری کار قابل ملاحظه‌ای در ایران در این زمینه انجام نگرفته است و لذا نتایج حاصل از این تحقیق می‌تواند دستاوردهای زیادی را به همراه داشته باشد.

اهمیت انجام پژوهش حاضر در این است که در بسیاری از موضوعات یادگیری در محیط‌های یادگیری چندرسانه‌ای، فرایندهای شناختی انسان نادیده گرفته شده است. لذا، یادگیری بهینه صورت نمی‌گیرد و طراحان محیط‌های یادگیری چندرسانه‌ای، باید اصولی را برای طراحی به کار گیرند که از تحمیل اضافه بار به یادگیرنده جلوگیری به عمل آورد و یادگیری او را تسهیل نماید. هم‌چنین از محدودیت‌های مطالعات انجام شده در گذشته این است که تمام آن‌ ها به آموزش‌های چندرسانه‌ای در میزان یادگیری و انگیزش تحصیلی و … پرداخته بودند و پژوهشی که به بررسی شبیه‌سازها بر خلاقیت پرداخته باشد کار نشده است. بنابراین پزوهش حاضر به بررسی تأثیر شبیه‌سازها در محیط یادگیری شناخت‌گرایی بر خلاقیت دانش‌آموزان در درس ریاضی می‌پردازد.

 

1-4. اهداف پژوهش

1-4-1. هدف اصلی

تأثیر به‌ کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر خلاقیت دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول.

1-4-2. اهداف جزیی

1. تأثیر به‌ کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان سیالی دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول.
2. تأثیر به‌ کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان انعطاف‌پذیری دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول.
3. تأثیر به‌ کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان بسط و گسترش دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول.
4. تأثیر به‌ کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان اصالت و ابتکار دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول.

 

1-5. فرضیه‌های پژوهش

1-5-1. فرضیه اصلی

به ‌کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر خلاقیت دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول تأثیر دارد.

1-5-2. فرضیه‌های فرعی

1. به‌ کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان سیالی دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول تأثیر دارد.
2. به ‌کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان انعطاف‌پذیری دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول تأثیر دارد.
3. به ‌کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان بسط و گسترش دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول تأثیر دارد.
4. به ‌کارگیری روش شبیه‌سازی در محیط ساختن‌گرایی بر میزان اصالت و ابتکار دانش‌آموزان در درس ریاضی پایه اول متوسطه اول تأثیر دارد.

 

1-6. تعاریف مفهومی و عملیاتی متغیرها

1-6-1. تعاریف مفهومی   

شبیه‌سازی: شبیه‌سازی نسخه‌ای از بعضی وسائل حقیقی یا موقعیت‌های کاری است و تلاش دارد تا بعضی جنبه‌های رفتاری یک سیستم فیزیکی یا انتزاعی را به وسیله‌ی رفتار سیستم دیگری نمایش دهد که در بسیاری از متون شامل مدل‌های سیستم طبیعی و سیستم‌های انسانی است. هم‌چنین آن نمایش مجدد یا خلق مجدد یک شیء یا موضوع واقعی یا موقعیت می‌باشد اگر چه این تکنیک همانند آینه واقعیات را همانندسازی می‌کند اما احتمال وارد آمدن صدمه