第一篇：面向目標跟蹤的濾波器設計方法的創新設計論文

戰爭是推動科技發展的雙刃劍，目標跟蹤理論就是起源于軍事領域的一門科學技術，經過幾十年的發展，目標跟蹤技術已經不僅僅局限于軍事領域，而且廣泛應用到涉及國計民生的各個方面如雷達、汽車（飛機）導航、車輛跟蹤、可移動設備定位、圖像處理等。伴隨著相應科技水平的不斷進步，諸如高性能計算機的出現，基礎物理硬件設施等方面的不斷提升，以及社會對應需求的提高，目標跟蹤在相應領域獲得一定的成就，在被人們重視的同時也是國內外科研人員研究的熱點，也促使其不斷向前發展。目標跟蹤原理與分類

目標跟蹤涉及多方面的內容，主要為系統數學模型的構建、對應運動特性的濾波算法設計、信息融合、傳感器數據關聯等幾方面。就目標跟蹤領域來說，最初研究是對具有簡單運動特性的目標進行跟蹤的問題跟蹤問題，通常是以線性運動高斯噪聲為背景。系統模型根據目標運動特性分為以下兩類：非機動目標跟蹤和機動目標跟蹤。非機動目標是指標做具有簡單運動特性的直線運動，速度或速度變化率改變幅度不大，目標實際運動跟蹤特性較好或者誤差較小。機動目標是指目標做不規則運動，如變速運動、曲折運動甚至于無規則的運動。此時目標實際運動趨勢（速度的大小和方向）變化較大，原始的基本跟蹤算法，將產生一個比較大的跟蹤誤差甚至濾波發散，如何解決這個問題并提高機動目標的跟蹤性能是國內外專家學者研究的主要方面之一。目標跟蹤中經典濾波器的實現原理

目標跟蹤的基本概念是在20世紀50年代由Wax在應用物理雜志上正式提出，目標跟蹤研究在理論上被正式確立起來。Wiener等人提出了維納濾波理論，且應用于二戰中的火控雷達，標志著現代濾波理論的誕生。

1960年，Kalman在其博士論文中提出了卡爾曼濾波理論，首次將狀態空間法引入到估計理論，分別用狀態方程和量測方程描述系統的狀態模型和量測模型，根據系統狀態的均方誤差估計得到系統狀態在下一時刻的最優估計。在卡爾曼理論提出后，被推廣到目標跟蹤領域，引起大量專家學者通過對其研究，拓寬了目標跟蹤領域的發展。然而由于算法應用條件限制，卡爾曼濾波僅適用于處理線性高斯噪聲下的目標跟蹤問題。為解決此類問題，擴展卡爾曼濾波通過將非線性函數在濾波值附近進行泰勒級數展開并忽略二階以上項進行線性化，在高斯噪聲背景下處理弱非線性問題具有較好的效果。但是此算法具有一個較大的問題，即許多實際問題難以得到非線性函數的雅可比矩陣，并且在強非線性或非高斯條件下濾波精度不高，致使其應用受到限制。目標跟蹤中采樣型非線性濾波的實現原理

針對系統非線性對濾波器的不利影響，提出了采樣型非線性濾波方法，通過采樣加權融合策略處理非線性問題，避免了計算復雜的雅可比矩陣過程以及由線性化導致的跟蹤誤差，提高了計算效率。根據其性質、原理及采樣的方式的不同將濾波算法定義細化，又分為確定性采樣和非確定（隨機）性采樣濾波器。根據采樣點的位置和權重都是確定的特性，確定性采樣非線性濾波器的典型實現有以下幾種。

不敏卡爾曼濾波器采用卡爾曼濾波為框架，同樣具有預測更新過程，引入UT變換避免了對模型進行線性化，通過采用一些確定權值的樣本點來對狀態向量的后驗概率密度函數進行近似化，將它們的均值和方差經過加權處理，以此求出狀態估計的最佳值。不敏卡爾曼濾波的計算量與擴展卡爾曼濾波相當，但是性能優于擴展卡爾曼濾波算法。

高斯-厄米特濾波器采用Gauss-Hermite數值積分的為手段，規則選取高斯點及其權值，然后這些高斯點帶入系統方程進行計算，最后將它們的均值和方差根據一定的規則進行加權處理，求出相應的最優估計值。

中心差分濾波器同樣是一種基于卡爾曼濾波框架下的改進算法，其引入了多項式插值擬合技術近似狀態后驗最優估計值。中心差分濾波在參數上和保證協方差正定性上比不敏卡爾曼濾波應用簡單，但是不敏卡爾曼濾波濾波精度的提升空間及適應性要優于中心差分濾波。

然而以上所述的采樣型非線性濾波算法都要受到高斯假設的限制，即系統模型背景噪聲為高斯白噪聲。隨著計算機數據處理速度和實時處理能力的提高，Gordon等提出了粒子濾波來解決非線性和非高斯系統的最優估計問題。粒子濾波算法采用蒙特卡羅模擬實現遞推貝葉斯估計，通過計算每個粒子的權值，引入重要性采樣技術和重采樣技術得到目標狀態下一時刻的最優估計。粒子濾波在其粒子選取過程就像將大量細小粒子灑在狀態值周圍，粒子的位置是不確定的，而且每個粒子對應權值是互異的，我們將這類濾波器稱之為非確定性采樣非線性濾波器。結語

非線性濾波理論作為目標跟蹤的重要組成部分，也是國內外專家研究的熱點。以本文提出的算法為例探討所需解決的問題和研究的方向：首先，研究多傳感器信息融合策略，并將研究范圍擴展到異質傳感器、多目標、量測缺失等方面，以獲得傳感器量測最優估計值。其次，群智能融合算法的研究。研究群智能算法中高效的數學模型，針對非線性濾波自身存在的問題和缺點進行對應的融合，建立更加精確的系統模型。使改進和完善后的算法具有更高的系統精度。最后，非線性濾波算法之間的相互改進。針對濾波算法存在的問題，通過引用或融合其他濾波算法的部分機理來改善和提高算法的精確度和魯棒性。

參考文獻

何友，修建娟，張晶煒，等.雷達數據處理及應用.北京：電子工業出版社，2006.劉勝，張紅梅.最優估計理論及其在導航中應用.科學出版社，2011.卡爾曼濾波與維納濾波.哈爾濱工業大學出版社，2001.潘泉，楊峰，葉亮，等.一類非線性濾波器—— UKF綜述.控制與決策，2005，20（5）：481-489.

第二篇：自適應濾波器設計分析

青海民族大學

畢 業 論 文（設計）

論文題目： 自適應濾波器設計

學生姓名： 學號：

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院

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專業班級：

****年**月**日

獨創性聲明

本人聲明所呈交的畢業論文是本人在導師指導下進行的理論學習、實習實踐以及研究所取得的成果，除了文中特別加以標注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含獲得 或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一起探討、工作的同學對本論文所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。

畢業論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日

畢業論文版權使用授權書

本畢業論文作者完全了解 青海民族大學 有關保留、使用畢業論文的規定。特授權青海民族大學可以將畢業論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤。

論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日

指導教師簽名： 簽字日期： 年 月 日

摘 要

本文介紹了傳統濾波器和自適應濾波器基本工作原理和性能，以及濾波技術的現狀和發展前景。然后系統闡述了自適應濾波器的基本結構模型，接著在此基礎上引出LMS算法（Least mean square），中文是最小均方算法。LMS算法是自適應濾波器中常用的一種算法，與維納算法不同的是，其系統的系數隨輸入序列而改變。在這我運用matlab設計了一個LMS自適應濾波器，接著驗證分析了自適應濾波器的性能，最后分析了影響自適應濾波結果的因素，通過適當取值來改善濾波結果。

關鍵字： 自適應濾波器，LMS算法，設計仿真，分析性能

自適應濾波器設計

Abstract

This article describes the basic working principle and performance of traditional filters and adaptive filters,and filter technology status and development prospects.Systematically expounded the basic structure of the adaptive filter model leads to theLMS algorithm(Least mean square)and then on this basis, the Chinese is the least mean square algorithm.LMS algorithm is commonly used in adaptive filter algorithm,the Wiener algorithm, the coefficients of its system with the input sequence.Use of matlab I designed a LMS adaptive filter, and then verify the performance of the adaptive filter, the last of the factors affecting the results of adaptive filtering to improve the filtering results through the appropriate value.Keywords: Adaptive filter, LMS algorithm, design and simulation, performance analysis

目 錄 緒論…………………………………………………………………………1 1.1 引言…………………………………………………………………………1 1.2 濾波器的研究現狀………………………………………………………1 1.3 應用領域……………………………………………………………3 2 自適應濾波器的理論基礎 ………………………………………………………3 2.1 自適應濾波器的原理…………………………………………………………3 2.2 基本自適應濾波器的模塊結構 ………………………………………………4 3 LMS濾波原理及算法 …………………………………………………………5

3.1 最陡下降算法的原理 …………………………………………5

3.2 從最陡下降算法導出LMS算法 ………………………………8

3.3 LMS算法公式及核心 ………………………………………9 4 Matlab 實驗仿真 …………………………………………………………11 4.1.實驗原理 ………………………………………………………11 4.2.實驗程序 ………………………………………………………12 4.3.實驗結果及分析 ………………………………………………13（1）收斂因子u對系統仿真結果的影響…………………… ………13（2）級數N對系統仿真結果的影響……………………… ………16（3）適當取值改善濾波結果………………………… …………17 5 總結……………………………………………………………… ……18 6 參考文獻 ……………………………………………………………………19 7 致謝………………………………………………………………………20

1.緒論

1.1 引言

濾波器是進行信號處理的一種裝置，由于傳統濾波技術進行信號處理需要知道有用信號和干擾噪聲的統計特性，而在實際應用中，卻沒有充足的信息來設計固定系數的數字濾波器，或者設計規則會在濾波器正常運行時改變，因此我們需要研究自適應濾波器。

根據環境的改變，使用自適應算法來改變濾波器的參數和結構。這樣的濾波器就稱之為自適應濾波器。自適應濾波器的系數是由自適應算法更新的時變系數。即其系數自動連續地適應于給定信號，以獲得期望響應。自適應濾波器的最重要的特征就在于它能夠在未知環境中有效工作，并能夠跟蹤輸入信號的時變特征。

由Widrow B等提出的自適應濾波理論，是在維納濾波、卡爾曼濾波等線性濾波基礎上發展起來的一種最佳濾波方法。由于它具有更強的適應性和更優的濾波性能，從而廣泛應用于通信、系統辨識、回波消除、自適應譜線增強、自適應信道均衡、語音線性預測和自適應天線陣等諸多領域[1]。自適應濾波器最大的優點在于不需要知道信號和噪聲的統計特性的先驗知識就可以實現信號的最佳濾波處理。本文通過一個具體例子和結果論證了自適應濾波器的濾波效果，并指出收斂因子u和階數N對LMS自適應濾波器濾波結果的影響。

1.2 濾波器的研究現狀

凡是有能力進行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信裝備和各類控制系統中，濾波器應用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術最復雜要算濾波器了。濾波器的優劣直接決定產品的優劣，所以，對濾波器的研究[2]和生產歷來為各國所重視。

濾波器是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經過過濾而得到純凈的交流電。目前去噪的濾波技術可以分為兩大類：傳統濾波和現代濾波。傳統濾波技術是建立在已知有用信號和干擾噪聲的統計特性（自相關函數或功率譜）的基礎上的噪聲去除；現代濾波技術則是根據觀測數據，即可對噪聲進行有效濾除。

早在20世紀40年代，就對平穩隨機信號建立了維納濾波理論。根據

自適應濾波器設計

有用信號和干擾噪聲的統計特性（自相關函數或功率譜），以線性最小均方誤差（MSE）估計準則所設計的最佳濾波器，稱為維納濾波器。這種濾波器能最大程度的濾除干擾噪聲，提取有用信號。但是，當輸入信號的統計特性偏離設計條件，則它就不再是最佳的了，這在實際應用中受到了限制。到60年代初，由于空間技術的發展，出現了卡爾曼濾波理論，即利用狀態變量模型對非平穩、多輸入多輸出隨機序列作最優估計。卡爾曼濾波器既可以對平穩的和平穩的隨機信號作線性最佳濾波，也可以作為非線性濾波。

然而只有在對信號和噪聲的統計特性已知的情況下，這兩種濾波器才能獲得最優解。在實際的應用中，往往無法得到這些統計特性的先驗知識，或者統計特性是隨時間變化的，因此，這兩種濾波器就實現不了真正的最佳濾波。

Widrow B.和Hoff于1967年提出的自適應濾波理論，可使在設計自適應濾波器時不需要事先知道關于輸入信號和噪聲的統計特性的知識，它能夠在自己的工作過程中逐漸估計出所需的統計特性，并以此為依據自動調整自己的參數，以達到最佳濾波效果。一旦輸入信號的統計特性發生變化，它又能夠跟蹤這種變化，自動調整參數，使濾波器性能重新達到最佳。

自適應濾波器自動調節參數可以通過各種不同的遞推算法來實現，由于它采用的是逼近的算法，使得實際估計值和理論值之間必然存在差距，也就造成了自適應濾波問題沒有唯一的解。依照各種遞推算法的特點，我們把它應用于不同的場合。現在廣為應用的自適應濾波方法主要是基于以下幾種基本理論，再融合遞推算法導出來的：（1）基于維納濾波理論的方法

維納濾波是在最小均方誤差準則下通過求解維納—霍夫方程來解決線性最優濾波問題的。基于維納濾波原理，我們利用相關的瞬時值通過在工作過程中的逐步調整參數逼近信號的統計特性，實現最優濾波。由此，我們得到一種最常用的算法——最小均方算法，簡稱LMS算法。（2）基于卡爾曼濾波理論的方法

卡爾曼濾波是線性無偏最小方差濾波遞推濾波，它能使濾波器工作在平穩的或非平穩的環境，得到最優解。利用卡爾曼濾波理論的遞推求解法導出自適應濾波器更新權矢量得不同遞推算法。比LMS算法有極快的收斂速率，可是計算復雜度也增大了，它需要計算卡爾曼矩陣。

（3）基于最小二乘準則的方法

維納濾波和卡爾曼濾波推導的算法是基于統計概念的，而最小二乘估

計算法是以最小誤差平方和為優化目標的。根據濾波器的實現結構，有以下3種不同的最小二乘自適應濾波算法：自適應遞歸最小二乘法（RLS），自適應最小二乘格型算法，QR分解最小二乘算法。

在一系列的自適應算法中，雖然基于后面2種基本理論的方法在收斂速率和穩定、堅韌性方面有著更好的性能，但是，基于維納濾波理論的LMS算法因其算法簡單，而且能達到滿意的性能，得到了青睞，成為了應用最廣泛的自適應算法。

1.3 應用領域

濾波器是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經過過濾而得到純凈的交流電。您可以通過基本的濾波器積木塊——二階通用濾波器傳遞函數，推導出最通用的濾波器類型：低通、帶通、高通、陷波和橢圓型濾波器。

自適應濾波器應用于通信領域的自動均衡、回波消除、天線陣波束形成，以及其他有關領域信號處理的參數識別、噪聲消除、譜估計等方面。對于不同的應用，只是所加輸入信號和期望信號不同，基本原理則是相同的。在近代電信裝備和各類控制系統中，濾波器應用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術最復雜要算濾波器了。濾波器的優劣直接決定產品的優劣，所以，對濾波器的研究[2]和生產歷來為各國所重視。

2.自適應濾波器理論基礎

2.1 自適應濾波器的原理

在實際應用中常常會遇到這樣的情況：隨機信號的統計特性是未知的，或者信號的統計特性是緩慢的變化著的（非平穩信號），這就促使人們去研究一類特殊的濾波器，這類濾波器具有以下特點：當輸入過程的統計特性未知時，或者輸入過程的統計特性變化時，能夠相應的調整自身的參數，以滿足某種準則的要求，由于這類濾波器能變動自身的參數以“適應”輸入過程統計特性的估計或變化，因此，就把這類濾波器稱為自適應濾波器。自適應濾波原理圖[3]，如圖2.1所示。

自適應濾波器設計

圖2.1 自適應濾波原理圖

在自適應濾波器中，參數可調的數字濾波器一般為FIR數字濾波器，IIR數字濾波器或格型數字濾波器[4]。自適應濾波分2個過程。第一，輸入信號像x(n)通過參數可調的數字濾波器后得輸出信號y(n)，y(n)與參考信號d(n)進行比較得誤差信號e(n)；第二，通過一種自適應算法和x(n)和e(n)的值來調節參數可調的數字濾波器的參數，即加權系數，使之達到最佳濾波效果。

2.2基本自適應濾波器的模塊結構

自適應濾波器通常由兩部分構成[5]，其一是濾波子系統，根據它所要處理的功能而往往有不同的結構形式。另一是自適應算法部分，用來調整濾波子系統結構的參數，或濾波系數。在自適應調整濾波系數的過程中，有不同的準則和算法。算法是指調整自適應濾波系數的步驟，以達到在所描述的準則下的誤差最小化。自適應濾波器含有兩個過程，即自適應過程和濾波過程。前一過程的基本目標是調節濾波系數wi(k)，使得有意義的目標函數或代價函數?(.)最小化，濾波器輸出信號y(k)逐步逼近所期望的參考信號d(k)，由兩者之間的誤差信號e(k)驅動某種算法對濾波系數進行調整，使得濾波器處于最佳工作狀態以實現濾波過程。所以自適應過程是一個閉合的反饋環，算法決定了這個閉合環路的自適應過程所需要的時間。但是，由于目標函數?(.)是輸入信號x(k),參考信號d(k)及輸出信號y(k)的函數，即?(.)??[x(k),d(k),y(k)] ,因此目標函數必須具有以下兩個性質：

（1）非負性 ?(.)??[x(k),d(k),y(k)] ?0 ,?x(k),d(k),y(k)(2.1)（2）最佳性 ?(.)??[x(k),d(k),y(k)] ? 0 , when y(k)?d(k)(2.2)

在自適應過程中，自適應算法逐步使目標函數?(.)最小化，最終使y(k)逼

ww近于d(k)，濾波參數或權系數wi(k)收斂于opt，這里opt是自適應濾波系數的最優解即維納解。因此，自適應過程也是自適應濾波器的最佳線性估計的過程，既要估計濾波器能實現期望信號d(k)的整個過程，又要估計濾波權系數以進行有利于主要目標方向的調整。這些估計過程是以連續的時變形式進行的，這就是自適應濾波器需要有的自適應收斂過程。如何縮短自適應收斂過程所需要的收斂時間，這個與算法和結構有關的問題時人們一直重視研究的問題之一[6]。

當然濾波子系統在整個自適應濾波器的設計中也占有很重要的地位，因為它對最終的濾波性能有很大的影響。本文要研究的是基于matlab軟件[7]設計的LMS算法自適應濾波器，下面我們需要介紹一下LMS濾波原理。

3.LMS濾波原理及算法

3.1 最陡下降算法的原理

首先考慮如下圖所示的橫向FIR自適應濾波器：

圖3.1 橫向自適應濾波器結構示意圖 它的輸入序列以向量的形式記為[5]：

TX(k)??x(k)x(k?1)?x(k?M?1)?

(3.1)假設X(k)取自一均值為零，自相關矩陣為R的廣義平穩隨機過程，而濾波器的系數矢量（加權矢量）為：

自適應濾波器設計

W(k)??w1(k)w2(k)?wM(k)?T

(3.2)以上二式中括號內的k為時間指數，因此，X(k)和W(k)分別表示時刻k的濾波器輸入序列和加權值，濾波器的輸出y(k)為：

y(k)??wi(n)x(n?i?1)

(3.3)i?1M式中M為濾波器的長度。圖3.1 中的d(k)稱為“期望理想響應信號”，有時也可稱為“訓練信號”，它決定了設計最佳濾波器加權向量W(k)的取值方向。在實際應用中，通常用一路參考信號來作為期望響應信號。e(k)是濾波器輸出y(k)相對于d(k)的誤差，即

e(k)?d(k)?y(k)

（3.4)顯然，自適應濾波控制機理是用誤差序列e(k)按照某種準則和算法對其系數?wi(n)?,i?1,2,?,M進行調節的，最終使自適應濾波的目標（代價）函數最小化，達到最佳濾波狀態。

按照均方誤差（MSE）準則所定義得目標函數是

?(k)?E[e2(k)]?E[d2(k)?2d(k)y(k)?y2(k)]

(3.5)將式（3.4）代入式（3.5），目標函數可以化為

?(k)?E[e2(k)]?E[d(k)]?2E[d(k)W(k)X(k)]?E[W(k)X(k)X(k)W(k)]2TTT

(3.6)當濾波系數固定時，目標函數又可以寫為

?(k)?[d2(k)]?2WT(k)P?WT(k)RW(k)]

(3.7)其中，P?E[ykxk]是長度為N的期望信號與輸入信號的互相關矢量，R?E[xkxT]k是N×N的輸入向量得自相關矩陣。

由式（3.7）可見，自適應濾波器的目標函數?(k)是延遲線抽頭系數（加權或濾波系數）的二次函數。當矩陣R和矢量P已知時，可以由權矢量W(k)直接求其解。現在我們將式（3.7）對W求導，并令其等于零，同時假設R

w是非奇異的，由此可以得到目標函數最小的最佳濾波系數opt為

wopt?R?1P

(3.8)這個解就是維納解，即最佳濾波系數值。因為均方誤差函數是濾波系

數W(k)的二次方程，由此形成一個形如圖（2.2）的超拋物面，當濾波器工作在平穩隨機過程的環境下，這個誤差性能曲面就具有固定邊緣的恒定形狀。自適應濾波系數的起始值?wi(0),i?1,2,?,M?是位于性能曲面上的某一點，結果自適應調節過程，使對應于濾波系數變化的點移動，朝碗底最小點方向移動，最終到達碗底的最小點，實現了最佳維納濾波。

最陡下降法就是實現上述搜索最佳值的一種優化技術，它利用梯度信息分析自適應濾波性能和追蹤最佳濾波狀態。梯度矢量是由均方誤差?(?)的梯度來定義的，在多維超拋物面上任意一點的梯度矢量是對應于均方誤差?(?)對濾波系數wi(k)的一階導數，由起始點變化到下一點的濾波系數變化量正好是梯度矢量的負數。換句話說，自適應過程是在梯度矢量的負方向接連的校正濾波系數的，即在誤差性能曲面的最陡下降方向移動和逐步校正濾波系數，最終到達均方誤差為最小的碗底最小點，獲得最佳濾波或準優工作狀態。

令?(k)代表k時刻的M?1維梯度矢量，這里M等于濾波器濾波系數的數目，w(k)為自適應濾波器在k時刻的濾波系數和權矢量。按照最陡下降法調節濾波系數，則在k+1時刻的濾波系數或權矢量w(k?1)可以用下列簡單遞歸關系來計算：

w(k?1)?w(k)??[??(k)]

(3.9)式中，?為自適應收斂系數或步長，是一個正實常數。根據梯度矢量定義，?(k)可寫成

?E[e2(k)]?(k)??w(k)???(k)????w1(k)?E[2e(k)??(k)??(k)???

?w2(k)?wM(k)??e(k)]??E[2e(k)x(k)]?w(k)1(3.10)當濾波系數為最佳值，即是維納解時，梯度矢量?(k)應等于零。將式（3.7）代入（3.10）得到

?(k)??2P?2Rw(k)

(3.11)因此，在最陡下降算法中，當相關矩陣R和互相關矢量P已知時，由濾波系數矢量w(k)可以計算梯度矢量?(k)，把式（3.11）代入（3.9）中，可以計算出濾波系數的更新值

w(k?1)?w(k)??[P?Rw(k)],k?1,2,?,M

(3.12)

自適應濾波器設計

式（3.12）所描述的即是最陡下降算法自適應迭代的基本公式，且由該式我們可以不用再直接求R的逆。（3.12）式所示的迭代算法是一個反饋模型，因此算法的收斂性（穩定性）就非常重要。

3.2 從最陡下降法導出LMS算法

最陡下降算法不需要知道誤差特性曲面的先驗知識，其算法就可以收斂到最佳維納解，且與起始條件無關。但是最陡下降算法的主要限制是它需要準確測得每次迭代的梯度矢量，這妨礙了它的應用。為了減少計算復雜度和縮短自適應收斂時間，1960年，美國斯坦福大學的Widrow等提出了最小均方（LMS）算法，這是一種用瞬時值估計梯度矢量的方法，即

?E[e2(k)]?(k)???[2e(k)x(k)]

?w(k)?

(3.13)

?可見，這種瞬時估計法是無偏的，因為它的期望值E[?(k)]確實等于式（3.10）的梯度矢量?(k)。所以，按照自適應濾波器濾波系數矢量的變化與梯度矢量估計的方向之間的關系，可以寫出LMS算法的公式如下：

??1w(k?1)?w(k)??[??(k)]?w(k)??X(k)d(k)

2??(3.14)

3.3 LMS算法公式及核心

自適應濾波器，其權系數可以根據自適應算法來不斷修改，使得系統中的沖激響應滿足給定的性能。例如語音信號的ADPCM編碼[8]，采用線性預測自適應就可以實現誤差信號與輸入信號的線性無關，并由此作為依據，不斷調節濾波器的權系數，最終使得誤差信號趨近于0，使得該濾波器完全適應該輸入信號；同樣，只要輸入信號出現變換，自適應濾波器根據誤差信號的變化再次調整其權系數，從而跟上信號的變化。自適應濾波器設計的算法采用的是自適應算法，即LMS算法。LMS算法是通過對未知系統傳遞函數的建模，識別該未知系統，并對該系統進行噪聲濾波。

算法最核心的思想是用平方誤差代替均方誤差[5]。因此該算法簡化了計算量。在自適應噪音抵消系統中,如自適應濾波器參數選擇不當,就達不到應有的濾波效果,而且還可能得到適得其反的效果。因此針對不同的信號和噪聲應選擇相應的參數 [9]。可見，參數的選擇對濾波效果是至關重要的。下面僅以L階加權自適應橫向濾波器為例，推導LMS算法的公式。L階加權

自適應橫向濾波器，如圖3.2所示。

圖3.2 L階加權自適應橫向濾波器

LMS算法公式推導[10]：

?[x(n)x(n?1)........x(n?L)];w（n）設x（n）?[w0(n)w1(n).........wL(n)]；

其中x(k)為輸入信號，w(k)為加權系數。誤差公式：

公式（3.15）中d(k)為參考信號，y(k)為輸出信號。e(k)?d(k)?y(k)?d(k)?XT(k)W(k)?d(k)?WT(k)X(k)（3.15）

誤差信號均方值： ?（k）?E[e2(k)]（3.16）由公式（3.15）和公式（3.16）得：

均方誤差性能曲面的梯度： ?（k）??（k）?????(k)?e(k)?2e??2e(k)X(k)（3.17）?w?w而最陡下降法迭代計算全矢量公式：

W(k?1)?W(k)???(k)（3.18）公式（3.18）中?為控制穩定性和收斂速度的參數。由公式（3.17）和公式（3.18）得：

自適應濾波器設計

W(k?1)?W(k)?2?e(k)X(k)（3.19）

圖3.3： 基本LMS算法的實現流程圖

公式（3.19）說明了LMS算法的核心是用每次迭代的粗略估計值代替了實際的精確值，這樣大大簡化了計算量，但是不可否認，加權系數不可能準確的沿著理想的最陡下降路徑來調整自身的參數，而加權系數與μ有著密切的關系。因此，適當的選擇自適應濾波器性能參數μ顯得格外重要。

4.matlab實驗仿真

4.1 實驗原理

LMS算法是自適應濾波器中常用的一種算法，與維納算法不同的是，其系統的系數隨輸入序列而改變。維納算法中截取輸入序列自相關函數的一段構造系統的最佳系數。而LMS算法則是對初始化的濾波器系數依據最小均方誤差準則進行不斷修正來實現的。因此，理論上講LMS算法的性能在同等條件下要優于維納算法，但是LMS算法是在一個初始化值得基礎上進行逐步調整得到的，因此，在系統進入穩定之前有一個調整的時間，這個

時間受到算法步長因子u的控制，在一定值范圍內，增大u會減小調整時間，但超過這個值范圍時系統不再收斂，u的最大取值為R的跡。權系數更新公式為：Wi+1=Wi+2ueiXi 依據上述算式，制定LMS自適應濾波器設計程序。

（1）設定數長，由于自適應濾波器有一個調整時間，因此序列的長度length必須足夠長，至少要大于濾波器的激勵時間！否則濾波器輸出都是無效數據，濾波器的設計也沒有意義！

（2）設計濾波器的初始化權系數W（0）=0，收斂因子u；

（3）設計輸入信號，亦是無失真的期望信號。由于濾波器的權系數是依據輸入序列來更新的，當輸入序列未達到X（N）時，可能會出現部分存儲器中沒有數值或者造成濾波器輸出誤差只有longth-N個，系數更新達不到要求，因此要對輸入前的存儲器進行賦零初始化。（4）輸入噪聲信號，在期望信號上疊加噪聲信號。（5）計算輸入序列經過濾波器后的實際輸出值： y(n)=WT(n)*X(n);（6）計算估計誤差e(n)=d(n)-y(n);（7）計算n+1階的濾波器系數Wn+1=Wn+2*u*e(n)*X(n);（8）設計繪圖程序，畫出期望信號、加噪輸入信號、濾波器輸出信號、誤差信號的變化。

4.2 matlab程序

clear length=1000*16;N=100;u=0.00001;t=0:2*pi/(length-1):2*pi;d=[sin(2*pi*t)+sin(8*pi*t)]/2;for n=1:100 %假設信號輸入以前，系統存儲器中的值全為0

自適應濾波器設計

d(n)=0;end

noise=sqrt(0.04)*randn(1, length);

x=d+noise;w=zeros(N,1);%初始化濾波器的權系數

for n=1: 15900 y(n)= x(n:n+N-1)*w;%輸出序列在循環體內部實現，表明其自適應特性

e(n)=d(n)-y(n);w=w+2*u*e(n)*x(n:n+N-1)';%權系數更新 end

%繪圖程序

subplot(4,1,1)plot(d)title('期望信號')subplot(4,1,2)plot(x,'r')title('加噪輸入信號')subplot(4,1,3)plot(y)title('濾波器輸出')hold on

subplot(4,1,4)plot(e,'g')title('誤差信號變化')

4.3實驗結果及分析

（1）收斂因子u對系統仿真結果的影響

圖4.1為信號長度是1000*16，濾波器階數N=100，收斂因子u=0.00001時，自適應濾波器的仿真結果。我們可以看出這時候的濾波器輸出信號中，前面一段時間的信號誤差較大，這是因為u取值相對較小，濾波器參數還沒有調整到最佳，所以誤差信號收斂速度很慢，濾波器輸出信號的調整時間也很長。

之后我們來比較一下當信號長度不變，濾波器階數不變，收斂銀子u

分別變化成0.00001，0.001，0.01和0.1的仿真結果。

圖4.1 N=100，u=0.00001

自適應濾波器設計

圖4.2 N=100，u=0.001

圖4.3 N=100，u=0.01

圖4.4 N=100，u=0.1 由上面4種不同的仿真結果可看出u取值不同，濾波結果的區別。當u=0.00001時，圖4.1中濾波器輸出序列的開始部分有一個很長的調整時間，而且誤差信號的收斂速度很慢，在整個輸入訊列中都未完成調整。

當u=0.001時，圖4.2與圖4.1相比，濾波效果得到了明顯的改進，誤差信號顯示收斂情況迅速，但是輸出信號卻沒有圖1的平滑。

當u=0.01是，圖4.3相對于圖4.2,圖4.1，濾波效果更好，誤差信號顯示的收斂情況更加迅速，但是輸出信號也沒有其它兩種情況的平滑。

當u=0.1時，由圖4.4可以看出系統無法實現收斂，這是因為收斂因子u的最大取值超過矩陣R的跡。

實驗結果表明：選擇不同的收斂因子μ，則會得到不同的濾波效果。通過實驗數據觀察得出：u偏小時,系統比較穩定,輸出信號變化小，失調也小,但自適應過程卻相應加長，誤差信號的收斂速度很慢；μ偏大時,自適應時間越短，過程越快, 誤差信號收斂速度越快，但同時它引起的失調也越大,導致濾波結果越差；當μ大于某個值時, 系統輸出混亂，無法實現收斂。

（2）階數N對系統仿真結果的影響

自適應濾波器設計

圖4.5 N=100，u=0.001

圖4.6 N=50，u=0.001 16

圖4.7 N=10，u=0.001

結果分析：

對比圖4.5，圖4.6，圖4.7，可以看出，當階數N取值越少，濾波效果越差，誤差信號越粗糙，其信號中所含雜波成分較大。而隨著濾波器階數的提高，濾波器效果會得到改善，但階數N不可大于100，否則仿真系統會報錯，仿真失敗。

（3）適當取值改善濾波結果

在滿足收斂速度要求的條件下，適當的降低收斂因子，提高濾波器的階數可以改善濾波器輸出波的精確度，但減小收斂因子會使收斂速度減慢而且收斂時間較長，可能會在很長一段時間產生一個較大的均方誤差。所以收斂速度和濾波效果之間存在一個矛盾，需要按需選擇，兩者取中可能會是最好的結果。

其外提高濾波器的階數也可以改善濾波效果，但階數N的取值不能超過系統限定，可以通過提高存儲空間來提高階數N的最大取值范圍。

自適應濾波器設計

5.總結與展望

本文首先介紹了自適應濾波器的研究現狀，綜述了自適應濾波技術，這些都為本文的研究工作打下理論基礎。在第二章中詳細闡述了自適應濾波器的基本原理，本文研究重點是LMS自適應濾波器的設計和通過matlab的仿真實現。

在實際中，自適應濾波器的應用比較復雜，包括維納濾波和卡爾曼濾波都是基于改變參數的濾波方法，修改參數的原則一般采用均方最小原則，修改參數的目的就是使得誤差信號盡量接近于0。傳統的濾波方法總是設計較精確的參數，盡量精確地對信號進行處理，傳統濾波方法適用于穩定的信號，而自適應濾波器可以根據信號隨時修改濾波參數，達到動態跟蹤的效果。自適應濾波技術的核心問題是自適應算法的性能問題，研究自適應算法是自適應濾波器的一個關鍵內容，算法的特性直接影響濾波器的效果。在第三章中介紹了最小均方(LMS)算法，在第四章中運用MATLAB對采用了LMS自適應算法的自適應濾波器進行了仿真，通過分析仿真結果，驗證了算法的可行性。同時，對比了在不同的收斂因子u和階數N的情況下仿真結果的差異，分析了其對結果的影響。

本文所做的工作也只是一些很初步研究，很多的問題還有待于進一步完善。在未來的時間里，有待我們努力研究完善，以科學的奇異力量讓世界變得更美好。

參考文獻

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致 謝

本文是在我的導師的指導幫助，以及大學期間通信工程的老師們幾年來盡心的教育打下的基礎上得以順利完成。在畢業設計進行階段，導師總是嚴格的要求，及時為我指引方向并不斷給予督促，他的鼓勵使我能有信心去克服畢業設計遇到的困難。導師在設計的末尾階段就論文整體和結果分析上給了我理論上的指導，使得畢業設計得以順利完成。老師對學生平易近人、精心負責的態度使我受益匪淺，在此，我謹向導師和大學期間教育過我、幫助過我的各位老師表示衷心的感謝！

第三篇：運動目標跟蹤方法

方法大致可以分為四類：基于區域匹配的跟蹤方法、基于模型的跟蹤方法、基 于動態輪廓的跟蹤方法和基于特征的跟蹤方法。

(1)基于區域匹配跟蹤方法的主要思想：該方法主要是將包含運動目標的運動區域作為參考模板12引，在下一幀圖像中按照一定的搜索方法搜索模板，找 到的最優搜索區域判定為匹配區域。該方法在理論上是十分有效，其可以獲得 豐富的目標信息，對小目標跟蹤效果好；但是當搜索范圍較大時，目標匹配會 花費大量的時間，而且如果目標發生變化或者被遮擋時，跟蹤效果會大大下降。

(2)基于模型跟蹤方法的主要思想：該方法通常會使用三種模型進行目標

跟蹤：線圖模型、2D模型、3D模型【231。在實際的應用中，由于3D模型更接近現實生活中的物體，使用最多的是基于3D模型的跟蹤方法，特別是針對剛體(如 汽車、飛機等)的跟蹤。概括來說，跟蹤的方法如下：利用獲得的目標3D模型，然后針對實際的視頻序列進行目標的搜索與匹配。在實際的跟蹤環境中，3D模 型的運算量很大，而且獲得所有目標的3D模型并全部存儲是一項幾乎不可能的 任務，因此該方法的實際應用比較少。

(3)基于動態輪廓跟蹤方法的主要思想：該方法主要是指對目標的輪廓進

行提取，即用一組封閉的輪廓曲線來描述目標，將其作為匹配的模板。此輪廓 曲線能進行自我更新以適應非剛體目標的形狀變化12引。例如Paragan等人利用短 程線的輪廓，加入水平集理論檢測并跟蹤目標【2 5J；最經典的算法是Michael Kass 等人在1 988年提出的主動輪廓模型(即Snake模型)的方法【2 6|，其本質是能量 的最小化。通過不斷求解輪廓曲線能量函數的最小值，不斷調整其形狀，從而 實現對目標的跟蹤。該方法在簡單背景下，能夠準確的進行目標跟蹤。但其對 于背景復雜情況以及速度較快或形變較大的目標，運算速度很慢，而且對于遮 擋問題的解決不是很好，因此很少應用于實際的監控系統中。

(4)基于特征的跟蹤方法的主要思想：該方法主要是通過提取目標特定的特征集合，如角點或邊界線條等【2¨，將其作為跟蹤模板，在下一幀中搜索并進 行幀間的匹配，從而實現目標的跟蹤1281。改算法的優點在于其是以目標特征為 基礎，因此，在目標的整體特征不完整，即目標被部分遮擋的情況下仍然可以 實現跟蹤。該方法是目前應用最多的一種方法。

1．4．課題的研究內容與論文結構安排

運動目標檢測與跟蹤是智能視頻監控領域的基礎與前提。本文主要是針對 靜態場景下的運動目標檢測與跟蹤，通過不斷的研究和學習，找到更好的運動 目標檢測與跟蹤方法。

本文對目前常用的目標檢測與跟蹤方法進行了原理介紹與性能分析，并在 前人的基礎上提出了自己的解決方案，且與原有的基于混合高斯模型的目標檢 測方法以及基于基于碼本模型的目標檢測進行了比較。在運動目標跟蹤方面采 用基于Kalman預測的Mean Shift方法，同時加入了信息量度量的方法，使得

第四篇：目標設計的方法

目標設計的方法

選一個舒適的地方，挑一個鐘愛的書桌，坐在陽光普照的角落里，總之，能使你心如止水、安靜讀書的地方。花上大約一個鐘頭的時間好好規劃一下你的個人目標。要知道，此時你也在規劃自己一生的藍圖。

首先我要告誡你一點，無須為任何可能的目標設置枷鎖。當然，這一切仍需以理性的常識為前提。如果你只有1.43米高，就別指望來年參加NBA扣籃大賽了。這種情形下，無論多努力也無法彌補先天條件的缺失（除非你會踩高蹺），而且去追逐這樣的目標無疑是在浪費你的時間和精力，你大可將其用在更為行之有效的目標上。當你能理性地看待這一事實時，你會發現其實這并不算對你的限制。受限制的目標使你的生活亦處處受限，因而在設定目標時，應盡可能不受任何限制。你需要清晰地界定自己的目標，而這也是你惟一可以實現目標的方法。在設立個人目標時，需遵循以下五個原則。

1.正面表述你的目標。即表述目標時，是你想做某事，而不是為了避免做某事。

2.目標應盡可能具體。目標須可感、可知、可聽、可聞。在描述目標時，用的感官元素越多，對你的激勵鞭策作用越強。此外，設定目標時應同時設定一個具體的完成日期或期限。

3.目標應有跡可循。須知道實現目標時自己的所見、所感。如果你不知道這一點，便無法確知自己何時成功，成功進度如何，這就如同比賽時你設計沒有計分，獲勝時渾然不知。

4.目標應是可控的。你的目標應由自己建立并維持。即便他人是出于你的幸福考慮，你的目標也不能因其而改變。須確保目標均可在你的行為中得到直接反應。

5.須確保目標無害環境，且是社會所需的。你的實際目標應從長遠考慮，須確保其利己利人。

在培訓課程上，我經常會問到一個問題，在此我也要向你問同樣的問題：如果你確知自己一定不會失敗，你會是怎樣的狀態？如果你確知自己一定會成功，你又會采取哪些行動和行為？

所有人都多少有個人的目標。有些目標比較籠統——贏得更多的關愛，賺更多的錢，有更多的時間享受生活。然而，要想使目標具有更好的激勵作用，就必須更加具體，不要僅僅像買輛車、買座房或者換個好工作這樣太過籠統。

在你規劃自己的藍圖目標時，你可以會記下在自己心中縈繞多年的心愿，也可能記下之前從未意識到的想法。此時你需要清醒地對目標進行決斷，因為你的目標決定了最終的成就。在外部事件發生之前，一定會先有內部的征兆。而當你清晰地認知自己的目標時，對外部世界也會造成奇異的影響。目標促使我們的集體和思想協同運轉，突破了我們當前所受的局限。成功之前，須夢想先行。

在此不妨做個小實驗。雙腳略微分開，平行站立，雙臂平舉指向正前方；雙腳保持不動，雙臂平行左轉，直至身體不能扭動，心里記下此時雙手所指的方向，然后再轉回；閉上雙眼，在內心重復一次之前的轉動過程，但這一次要比之前轉動的距離稍稍多一點；再在心中重復一下該過程，但又要比前一次再多一點；此時再睜開雙眼，再進行一次實際的轉動，看看你這一次的表現，是不是要比第一次轉動的距離多多了？相信結果肯定如此。通過在心中創造出理想的真實，你的大腦便能改變突破之前所受的局限。

不妨將這一方法運用到你的人生規劃之中。本章的內容旨在幫助你規劃你的人生目標。通常從現實來看，你只能走到那么遠；而你的思想卻能達到你未曾達到的距離，夢境又可以映入到現實之中。

1.為你的夢想列一個清單：需要擁有哪些東西，想要做哪些事情，想成為什么樣的人，想要和他人分享的內容。將你理想的樣子、感受以及想要到達的地方視為你人生的一部分。現在心平氣和地坐下來，拿出紙筆，開始一一記錄。此過程的關鍵是要不停地連續寫15分鐘之上。只需記下目標即可，暫時無需考慮自己能否實現目標以及如何實現目標，也不要考慮任何條件限制。盡量用縮寫詞匯，以便你盡可能多地記下所有目標。整個記錄過程不要停筆，盡可能詳盡地列出自己各個方面的目標，諸如工作、家庭、人際關系、精神狀態、個人情感、社交狀況、體質狀態，等等。要有國王巡視自己的領土一樣的心態——普天之下莫非王土，一切都掌握在你自己的手中。認識目標是實現目標的首要前提。

設定目標的要點是保持放松的心態。讓你的思想自由馳騁，你所遭遇的一切所謂的限制都來自于你自身。這些限制位于哪里？僅僅在你的心中。因此，無論何時內心產生出受限制的想法，均可棄之不顧。不妨進行一次形象化的處理，把那些限制你的想法想象成一個摔跤對手，然后再腦中將他重重地摔出圈外，之后再體會一下無拘無束的感覺。這就是第一步，現在就開始列你的夢想清單吧！

2.接下來進行第二個步驟，重新審視一下你所列出的清單，預估一下你實現這些夢想所需的時間：半年、一年、兩年、五年、十年、二十年。如果那你的目標有清晰的時間框架，操作起來的相對就輕松得多。接著記下這一列表中目標實現的具體日期。有些人的目標偏重于遠慮，有些的目標偏重于近憂。短期目標和長期目標均不可或缺，前者需要長遠的規劃，后者則需要腳踏實地地尋找可行性。人需

常思遠慮，兼顧近憂。

3.我需要你嘗試一下其他東西：挑選出你在今年最重要的四個目標。即挑選那些你最渴望、最能激發起興趣、令你最有成就感的目標，將它們一一記在紙上。現在我希望你列出自己如此熱切地追求這些目標的動機。這些動機必須清晰、扼要，且是正面的。告訴你自己為何確信自己能實現這些目標，以及你看看這些目標的原因所在。

有了充足的理由，你便有了做任何事情的決心。事實上，在我們的潛意識當中，追求目標的動機要遠比目標本身更具有影響力。我的個人成就學啟蒙老師吉姆.羅恩時常告訴我：當你有了充足的理由后，任何事情均不在話下。簡單的興趣、愛好、理由和熱切的渴望、追求之間有著天壤之別。我們必須有排除萬難，實現目標的堅定決心。例如，你僅僅是口頭說說你想成為百萬富翁，這有多少算是一個目標，但對你的激勵作用微乎其微。但你倘能知道自己為何追求這一目標，理解到巨富在你心中的重要性，這一目標的振奮作用就要比前者強過千萬倍。做某事得動機要遠比做事的方法更重要。如果你能找到充分的動機，做事的方法只是水到渠成的事情。理論上說，只要有了充足的理由，你可以做成任何事情。

4.既然你已經列出了自己的主要目標，不妨按照上述的五個目標設定規則重新審視下這些目標。你的目標是否采用了肯定性的表述？是否可見、可聽、可聞、可感？是否有跡可循？描述一下實現目標時自己所處的狀態。你所見到、聽到、聞到、感覺到的又是什么內容？同時核對一下是否你的目標一直掌控在自己的手中。這些目標是否有利于社會、有利于他人？如果你的目標違背了上述任何條件，均須進行調整更改。

5.列出你目標前具有的重要資源和資本。在進行建筑施工前，你必須清楚自己手里所擁有的工具。同樣，倘若你想要設定切實可行的目標，了解你手中所掌握的資源亦必不可少。列出你所掌握的一切有利于你實現目標的因素：個性、社會關系、經濟資本、教育程度、時間、精力，等等。詳細地列出你的優勢、技術、資源和有效工具。

6.在完成上述內容后，集中注意力回想一下自己過去最熟練地運用這些資源的經歷。回想一下自己一生中三四個感到最成功的時刻。這些時刻可以發生在運動場上，也可以發生在商業活動、社交活動等場合。場合不重要，關鍵在于你能體會到最大的成就感。既可以在股票市場上的呼風喚雨，也可以是教孩子們進行的一次愉快的“過家家”游戲。想到后，將其一一記錄下來。描述一下在成功之前你的所作所為，你充分利用了哪些資源，你成功的感覺來于哪些條件。

7.完成以上內容后，描述一下自己想要成怎樣的人。如果想成為這樣的人，是不是要接受很多的培訓，是不是需要很高的教育程度？你能不能高效地管理自己的時間？例如，你想成為一個異于常人的英明領導，描述一下自己該如何贏得競選，如何感染到眾多的人。

成功的故事總是在街頭巷尾流傳，但贏得成功的關鍵要素態度、信念和決心，卻很少有人談及。倘若你未能掌握這些關鍵要素，必將舉步維艱。因此，在莽撞地進行奮斗之前，不防先花點時間清理自己如何才能成為那樣的人，你需要具備哪些個性、技術、態度、信念，以及需要接受哪些培訓。將這項內

容一一記在紙上。

8.接下來，立刻用簡短的幾句話寫下不利于你實現目標的因素。要想擺脫這些限制，你首先必須明白這些限制具體內容是什么。剖析你的個性，尋找出限制你取得這些成就的確切原因。是因為你不會規劃么？還是你規劃得很好，卻疏于執行？你是否一心多用，同時處理太多的事情？抑或你過多的沉溺于一件事的成敗無暇顧及其他事情？是不是你過去曾有過慘痛的失敗經歷，使你變得畏首畏尾？每個人都有自身局限的因素，都曾因為這些局限飽嘗失敗的苦楚，但是只要我們能夠找到這些限制因素，直視這些限制因素背后的原因，便可一一攻破。

我們能夠了解自己的目標、追求這些目標的動機、有利于實現目標的因素，但是最終決定我們能否成功的關鍵因素是我們的行動。為了指導我們的行動，必須建立一個全方位的規劃。這就如同建房子一樣，你不可能直接拿著錘子、釘子、鋸子在木頭上敲敲打打便成了一座小木屋。你需要首先設計出一個藍圖，然后在按照這個藍圖循規蹈矩地進行施工。否則你建成的房子不過是幾塊木板拼湊出來的陋舍罷了。人生也是如此，你現在也要好好地規劃一個自己成功的藍圖。

若想獲得你所期望的結果，哪些行動是你必須要做的？如果你對此難以確定，不妨想想那些已經在這方面小有所成的人，模仿他們的行為。首先從結果入手，尋根溯源，一步步找到成功的原因。如果你的主要目標是贏得經濟上的自主權，最明智的選擇莫過于成為一個公司的老總。在成為老總之前，你需要成為公司的CEO或其他核心決策層成員，在此之前你還需首先挑選一個精明的理財顧問或稅務律師幫助你管理公司的財務。以此類推，直到你找到你與公司老總的的交集(即資源對等的時期)。或許今天就可以開一個存款賬戶，或者找一本成功人士理財策略方面的書籍惡補充電。如果你夢想成為一個專業舞者，你需要做些什么事情才能實現這一夢想？成為專業舞蹈者的主要步驟是什么？今天、明天、本周、本月、今年都該依次做些什么呢？如果你想成為全國最好的作曲家，行事的軌跡又該如何呢？從結果做起，尋根溯源，直至你能從你自己身上找到與你的模仿對象所具有的相同潛質，隨后的過程就可以輕車熟路了。

用上一個練習中所講的信息指導你的目標規劃。如果你不知道規劃應該是何種樣子，只需問問自己“現在阻礙我實現夢想的因素有哪些？”而這一問題的答案便是你當前急需改變的事實。解決了這些困擾你的問題，你的目標便會一馬平川，馬到成功。

9．現在，重新回頭看看你的四個主要目標，制定出循環漸進實現這一目標的第一步。記住從目標著手，追根溯源。要想實現這一目標首先因該做什么？或者當前阻礙我實現目標的因素有哪些？我該如何應對？你的規劃中必須有著近期或當前目標，切勿好高騖遠，脫離實際。

至此為止，我們已經介紹完成功公式的第一步分內容，你也已徹底清除了自己的目標，確定了自己的短期和長期目標；確定了自身的哪些方面對成功有益，哪些方面則會成為你成功的攔路石。接下來我將要向你講述成功的方法策略。

取得卓越成就最穩妥的方法是那種呢？那便是模仿那些已經成功的人。

10.就從模仿開始入手吧。你的模仿對象可以是生活在你周圍的人，亦可是那些取得巨大成就的著名人物。寫下3-5個你想要模仿的對象，用幾個字簡短的概括出使其成功的品質和行為。做完這些以后，閉眼冥想一下這些人就在你耳邊對你諄諄教誨，向你傳授成功之道。記下各個人所提供的主要建議。這些建議可能是教導你如何掃除攔路石、如何突破局限，或者是因該對那些部分特別小心。只需在腦中想象他們就在你耳邊孜孜不倦的講，在每個模仿對象的名字下方記下其提供的首要建議（即你認為他們會提供的首要建議）。即便你與他之前并無任何私人聯系，他仍成為一個極佳的導師。

阿德南.哈肖吉的模仿對象是洛克菲勒。他的目標是成為一個富有、成功的商人，所以他選擇了這一方面的典范。史蒂文.斯皮爾伯格的模仿對象是環球電視中心的職員。理論上而言，每一個贏得巨大成功的人都有著自己的偶像和精神導師，指引著他們朝正確的方向前進。

現在你已經知道了自己的方向，可以追隨著成功者的腳步前行，無需將時間精力浪費在岔路上。究竟什么樣的人始于做你的模仿對象呢？可以是你的家人、朋友，亦可以是國家領導人、社會名流。如果你未找到好的模仿對象，那就不如花點時間審慎到底尋找一個。

在此之前，你所做的都是向大腦傳達信號，使其形成一個清晰、具體的目標。目標就如同磁鐵一般，吸引著切有助于其實現的因素。通過對第六章的學習，我們知道了如何運轉自己的大腦；知道了如何操控自己的感元增強正面的信息，消減負面的刺激。接下來，我們將對你的目標進行同樣的處理。

回想一下自己過去最成功的一次經歷。閉上雙眼，將那次成功的畫面盡可能清晰、亮的展現在腦海中。記下畫面在你視野中所處的位置；再次重復這一過程，注意所有的次感元---畫面的尺寸、形狀、運動特性，以及聲音、類型和造成的內心感受。接下來，想想你剛剛寫下的個人目標，試想一下自己實現這一目標時的畫面，將畫面置于你剛剛記下的視野位置，使整個畫面盡可能的清晰、多彩，畫面尺寸盡可能大。注意一下自己此時的感受，你將體會到二者之間明顯的差異。相對于目標設計階段，此時的你成功的自信心無疑要強多了。

如果你發現這么做有些困難，不妨嘗試一下我們前文講述的“飚換模式”。將你的目標畫面置于視野的另一側，整個畫面模糊、昏暗、色彩單調。隨后將其迅速切換至已經成功時清晰、明亮、多次多彩的畫面，通過這種方式擊碎所有能失敗的心理暗示。你需要持續進行這項練習，以便你的大腦能夠得到更清晰、更多次多彩的圖像。大腦接受的刺激越深刻，成功帶來的激勵感越強，實現目標的欲望越強。記住，成功是一個永恒的追求，而非某種結果。

11.擁有各種各樣的目標固然很好，但倘能將這些目標協同在一起就更佳了。現在不妨嘗試創造完美一日。你希望在這一天中，遇到哪些人？在這一天中你又要做什么？這一天是如何開始的？你又要到哪些地方？從清晨睜開眼的一刻到深夜熄燈就寢的每一個環節都不要遺漏。你處在什么樣的環境中？結束這樣完美的一天，你躺在床上時，心中是何感受？用紙筆詳盡地記錄下來、記住，所有的結果、行為及現實均源自我們的思考，不妨現在就在腦中創造出你所期待的完美的一天吧！

12.有時我們會忽略家庭環境的影響。家庭是我們夢想的發源地。我們往往忽略了若想成功，首先應

提供可滋養創造力的環境。創造力可幫助我們做成任何事情。

所以，設計你理想的環境。我希望你能夠獲得極好的方位感。人你的思想自由馳騁，不受空間的局限。就像國王指點江山一樣，將整個環境按你的意愿自由設計。你希望自己住在哪里，樹林、海洋還是辦公室中？你希望自己手中掌握著何種工具，調色板、涂料、樂器、電腦還是電話？周圍又圍繞著哪些助你達成目標的人呢？

如果你不知道自己期待的完美一日是何種樣子，你又怎么能創造出完美的一日呢？如果你不知道何為自己理想的環境，理想的環境對你又與海市蜃樓何異？無的不能放矢，你連自己的目標都不清楚，又怎能指望自己達成所愿呢？記住，你必須在大腦中形成清晰的目標概念。你的思想可以指導你達成任何目標，但前提是你首先應該有清晰的目標。

第五篇：創新設計方法集錦

創新設計方法集錦

創新設計方法集錦

一、集體激智法

二、提問追溯法

三、聯想類比法

四、組合創新法

五、綜合分析法

六、極端法

七、與眾不同法

八、異想天開法

一、集體激智法 智力激勵法是創造學中的一種重要方法學。其形式是由一組人員針對某一特定問題各抒己見、互相啟發、自由討論，從多角度尋求解決問題的方法。該法為美國A.F.Osboen首創，見于他1953年的《應用想象》《Apllied Imagination》一書中。理論基礎是：

1、聯想反應。在集體討論問題時，每提出一個新觀念，都能引起他人的聯想，產生鏈鎖反應，形成聯想反應堆；

2、熱情感染。在不受任何限制的情況下集體討論問題能激發人的熱情、互相感染、竟相發言，形成熱潮，提出更多的新觀念；

3、竟爭意識。在有競爭意識的情況下，人的心理活動效率可增加50%或更多；

4、自由欲望。不受約束的討論使個人的自由欲望得到滿足，活躍人的思維，促使新觀念脫穎而出，該法以小組形式進行，應分別建立兩個小組：觀念組（設想組）和專家組（評價組）。觀念組組員最好由富有抽象能力和幻想能力、不同職業、不同文化水平、無隸屬關系的人組成。專家組應由有分析和評價能力的人組成。各組人數以6-10人為宜，兩組分組

1、智力激勵法（智暴法）活動。(1)觀念組對問題展開討論，然后專家組對提出的各種觀念進行分析、評價、判斷。召開智力激勵全必須遵守的原則是觀念不要過早判斷，以免扼殺新觀念的產生；(2)鼓勵“自由聯想”。允許提出看來是荒唐可笑的觀點，因為其中很可能具有極有價值的新思想；(3)以量求質。提出的新觀念越多，解決問題的可能性越多；(4)歡迎借題發揮。與會者可以把他人的觀念加以綜合提出自己的觀念，也可以發揮或改造他人的觀念。上述四項基本原則中，推遲判斷原則與以量求質原則尤其重要。抓住瞬時的靈感意識流而得到一些新想法，這些想法有時可能不著邊際，近于胡思亂想，五花八門，但它們卻具有打破常規，突破“框框”的獨創性的特點。必須抓住瞬時的“靈感”或“頓悟”等一閃念的意念，才有可能得出解決前辦法。靈感或頓悟不是靠天才，而是在知識和思索的基礎上產生的，是在知識和經驗積累及熱能生巧的前提下，經過苦思冥想才迸發出來的。愛迪生所說的“天才就是百分之二的靈感加上百分之九十八的汗水”就含有這個意思；這也說明勤奮在知識積累方面和創造性思維在質上進行突破的重要意義。個人雖具獨創性，但畢竟要受到知識和經驗的局限。因此，又有一種集數人（5～6人）一起的集智會法。這種方法可集中許多人的創造性。集智會可以起到許多人相互啟發的作用。但為了避免各人之間可能出現的互相妨礙和無形壓力，更便于各個人充分發揮其意見，也可以采用書面集智的形式，如“專家預測法”等。采用集智會法時應注意：(1)要把“激智”?和“集智”結合起來；(2)要針對問題孕育培養靈感，抓住靈感；(3)扶植一切創造性思想，力戒“思維扼殺”。

2、集智會法

二、提問追溯法 提問追溯法在思維方面具有邏輯推理的特點。它是通過對問題進行分析，加以推理以擴展思路，或把復雜問題進行分解，找出各種影響因素，再進行分析推理，從而尋求問題解答的一種創造性技法。麻省理工學院：(1)增加功能——能在原有基礎上增加新功能嗎？(2)提高性能——在耐用、可靠、修理等方面能否改善？(3)降低成本——能用減少零件、更換材料、改變工藝等辦法降低成本嗎？(4)增加銷售——對商品特點、產品的設計包裝等是否作了研究？

1、提問法 夢想法亦稱靈感法，美國J·W·泰勒在《怎樣創造新觀念》《How to Create Ideas》（1961年）書中提出：把人的夢想通過孜孜不倦的努力變為現實。該法基本過程包括3個階段：

1、盡量作出對人類有最大貢獻的夢想,可自問自答。自問：“什么是可為人類做的最有意義的事？什么是人類所需要的？假如我可以創造，我將選擇什么？”自答是“應該選擇自己永遠感興趣的事；

2、圍繞自己的考慮問題。孜孜不倦地閱讀有關書籍、研究和思考問題；

3、縮小夢想范圍，使夢想成為現實。即經過第二階段長期的深入研究和實驗，把夢想中不現實的東西舍棄，使夢想現實化。夢想法實質上是人通過長期努力實現遠大理想的一種方法。該法成敗主要取決于一和二兩個階段。該法對于科學家確定研究某一重大課題和作出重大科學發現極為重要。該法之所以亦稱靈感法，是因為很多重大科學發現、發明、創造從成功瞬間看常常是長期困惑不解而得之于一時靈感所致。

2、夢想法(自問自答)5Ｗ—1Ｈ法(提問和回答): What（什么）？ Who（誰）？ When（什么時候）？ Where（什么地方）？ Why（什么原因）？ How（如何進行）？ 3、5W-1H法

三、聯想類比法 自然界有著極為豐富的形態，萬物之形，必有其生命原動力的存在，所有自然造型都具有必然性的結構或組織內涵。自然物不僅有其形態上的完美性，也有其機能需要的實用性。依據自然原理，可啟發人類在創作造型上的許多構思，“仿生學”便應運而生。所謂仿生學，是模仿生物系統的原理來建造技術系統的科學。仿生學不是純生物科學，而是把研究生物作為向生物體索取技術設計藍圖的第一步；同時，它也不是純技術科學，而是開辟一件發展科學技術的途徑。人們研究飛機是受到“鳥”的啟發。鳥能飛，人能飛嗎？怎樣飛？當然，即便你把鳥研究透了，也不能因此而設計制造出飛機來，但這個啟發是非常重要的。盧金·科拉尼(Luigi Colani)是被譽為20世紀達·芬奇的才華橫溢的全能設計師。他認為自然界是最優秀的設計師，而“宇宙間并無直線”，設計必須服從自然規律和法則。他的設計一向具有空氣動力學和仿生學的特點，表現了強烈的造型意識。每逢設計中遇到問題，他的便拿起主體顯微鏡觀察事物，尋求合乎邏輯的方案。他設計靈感大多來自迷人的鳥類和水下的各種動物，力求設計的簡潔、自然。我們在運用仿生設計時，必須注意“仿生學”只能是啟示，不能取代設計者的創造。設計者在模擬生物有機體時，必須加以概括、提煉、強化、變形、1、仿生設計法 轉換、組合，從而產生全新的沖擊力。運用仿生學主要是“似物化”設計，要特別注意“似”和“化”兩字的意義。“似”已經比模仿前進了一步，但它還是受原有形態的約束；“化”就深人得多了。只有仿生學的啟示進入了高級階段，揚棄了純粹自然形態，只運用它的原理，才有可能創造出真正全新的產品。

1、仿生設計法 在其他產品領域中得到啟發，將原理、結構或造型“借鑒”過來使用，從而產生新的產品，這就是“借鑒”設計的方法。在眾多的設計方法中，這種方法有點“抄襲”的味道。它受到別的產品的形態啟發，“直接”拿過來運用到自己的設計上，但畢竟是兩種完全不同類型的產品，“直接”搬過來是不可能的。因此，實際上還是啟發。只要該設計的某點想法有類似之處，就可能把這種想法用到那種產品中去試一試。如：從建筑造型上受到啟發，設計一把椅子；從構成雕塑中受到啟發，設計一盞燈具，等等。包豪斯時期的杰出設計家布魯耶是鋼管家具的創造者。1925年，他受到自行車把手的啟發，并把它應用到家具上來。布魯耶的鋼管家具，尤其是著名的Ｓ型靠椅，成為全世界大量生產的同類型家具中的校校者。當然，一眼就能看出來的造型借鑒，容易找到共同點，這種借鑒比較直接。有些借鑒則需要開動腦筋，去尋找共同點。比如，一只豬和一臺電冰箱之間有沒有共同點呢？這就需要動動腦筋了。其實也有相似之處：表面都有某些顏色，內部都有一個能裝食物的地方，后面都拖著一條“尾巴”等。應該注意的是：同類制品的造型借鑒是仿造而不是類似，必須從無關的制品中引入某種概念，加以再設計，才可能得到真正的發展。

2、借鑒設計法 既然是“模仿”，還談什么“創新”？ 在一段時間里，人們走進了模仿的誤區，把“模仿”等同于測繪，一把游標卡，一塊三角板。一味照搬照抄，永遠只能跟在別人后面爬行。比如：匈牙利工程師魯畢克發明了“魔方”以后，很快風行世界各地，魔方為許多工廠帶來了巨大好處。當魔方流傳到我國以后，許多工廠紛紛投產。但大多數工廠在開始仿造魔方時，這種產品已經在市場成為暢銷品；而當工廠試制成功投人市場時，魔方已經走下坡路，價格一路下跌，吃了大虧。而國外一些生產魔方重視對魔方的改進，以適應市場需求的變化。例如：日本的企業，在六面體魔方的基礎上，將外形改變成四面體，每面有九個可以自由轉動的三角形，這樣一來吸引了新的顧客。又如，法國一些工廠生產一種魔方拼圖，由13塊曲邊三角板組成，能拼成各種圖像，增加了趣味性。我們談模仿，切忌照搬照抄，而是要通過改良，使產品質量更好，生產成本更低，造型更美，達到創新的目的。在具體設計時，我們通常采用“推移法”，通過對原有產品不斷地向前改良推移，雖然這一步與下一步變化不明顯，但隨著推移的深入，最后的結果與最初的產品則有著明顯的區別。當然，最后的結果應該比最初的產品更完美。

3、模仿創新設計法 直接模仿

即對同一類產品進行模仿。例如：市場上有一款半高電風扇，很受廣大群眾歡迎。該設計可能源于日本特有的席地而坐的生活方式。這種高度低于普通落地扇、高于臺扇的產品，既適于站著受風，又適于坐著受風，其底盤上的控制鍵，既可用手也可用腳進行操作。正是這種具有廣泛適應性的設計，深受百姓青睞。這一產品之所以在中國市場占有一席之地，反映了中國人的生活水平和生活方式正在改善，如室內鋪設上干凈的地板或地毯；越來越多的人能在室內以較低的姿勢活動。產品的成功說明了某種需求的存在。按照一般的情況，要準確地把握某種需求，需要花費大量人力和財力，模仿設計可以從需求識別方面走出捷徑。如果從列舉的產品中或多或少地受到啟發，設計出一系列符合大眾生活的同類產品，甚至在此基礎上更有創造，那將更有意義。

3、模仿創新設計法 間接模仿

即對不同類型的產品或事物進行模仿。例如：將常見的摩托避震設計用于自行車上；將攝像機的變焦方式用于照相機上，等等。我們常常可以見到一些產品，是將其它產品的某些原理、形式、特點加以模仿，并在其基礎上進行發揮、完善，產生另外的不同功能或不同類型的產品。間接模仿設計的另一種古已有之，現在常見的模仿方式——仿生。設計的仿生與科技的仿生有相似之處，即兩者都受天然事物和生物中合理的因素的啟發，并對其進行模仿。模仿的內容往往是生物的構造、運動原理和形態，前者是功能的模仿，后者是形式的模仿。形式的模仿是產品設計中最多見的手段，目的是通過仿生設計傳達文化的、象征的產品語意。

3、模仿創新設計法 移植設計類同于模仿設計，但不是簡單的模仿。移植設計是沿用已有的技術成果，進行新的目的要求下的移植、創造，是移花接木之術。這種移植設計的方法可以分為以下幾個類型： 縱向移植設計。即在不同層次類別的產品之間進行移植，這與前面提及的間接模仿有些類似。如，將摩托車中心避震的原理用于辦公坐椅等。橫向移植設計。即在同一層次類別產品內的不同形態之間進行移植設計。如，將助聽器的形式用于音樂耳機的設計。綜合移植設計。即把多種層次和類型的產品概念、原理及方法綜合引進到同一研究領域或同一設計對象中。技術移植設計。即在同一技術領域的不同研究對象或不同技術領域的各種研究對象之間進行的移植設計。移植的方式往往有原理移植、功能移植、結構移植、材料移植、工藝移植等。移植并非是簡單的模仿，最終目的還在于創新。在具體實施中往往是要將事物中最獨特、最新奇和最具價值的部分移植到其它事物中去。

4、移植設計 在產品開發設計中，用某一事物替代另一事物的設計為替代設計。材料替代——在工業設計中，常用的基本材料不外乎是金屬、塑料、木材及陶瓷。其中任何一種材料被其它的材料所替代時，都會對設計提出新的要求。如，原本用木材制成桌椅，出于節約天然材料的目的，要用塑料進行替代，那么必須按照塑料材料特性和工藝要求進行設計。材料替代的目的往往是多種多樣，如，以塑料替代木材的目的或許是出于環保，或者是提高量產能力及標準化等。零部件替代——在模塊化設計中常存在零部件的替代問題，但這里的替代不是系列產品的轉換而是出于性能改良或工藝優化的目的，用其它產品的零部件或重新設計的零部件對原產品進行替換，使之功能上更趨優化。方法替代——通過設計，用新的方法代替老的方法，以達到既定功能或其它的目標。最終的結果應該是為了優化實現功能的過程。技術替代——同樣功能的產品，用不同的技術手段去實現，會產生不同的結果。用先進的技術手段替代落后的技術手段的目的，往往是為了提高產品品質，降低產品成本，這是不可避免的，而新技術的替代必然影響到設計，可以說技術替代也是設計方法的替代。

5、替代設計 專利應用設計，就是利用已有的專利或過期的專利對其進行改進，產生新的設計方案，并形成新的設想甚至取得新的專利。專利文獻的利用，是產生創新設計的一大捷徑。利用專利進行設計可以有以下幾個方面： 綜合利用。許多產品所涉及的專利技術不止一個，只有同時對幾種不同的專利資料加以利用，才有可能解決問題，從而實現創新設計的目的。從專利中尋找規律。眾多的專利信息必然會顯示出許多成功的因素，也會暴露出失敗的因素。通過專利研究，可以發現發展的脈絡，從而找到有效的創新方法。為達到此目的，設計的難度提高，不僅要在功能上下功夫，而且要充分考慮產品的使用狀態。

6、專利應用設計 焦點法是創造學的一種方法，是美國C·S·懷廷1918年提出的。其特點是：以所要解決的問題為焦點對象，把３－４個偶然選到的對象的各種特征與焦點對象進行強制組合，從中引發新的觀念，并通過自由聯想把新觀念具體化。該法的理論基礎是聯想。其基本過程包括６個階段：

1、確定焦點對象一課題；

2、選擇3-4個偶然對象；

3、編偶然對象特征表；

4、把偶然對象特征與焦點對象組合形成新觀念；

5、通過自由聯想把新觀念具體化；

6、評價、優選，確定最佳方案。

7、焦點法 使用該法時偶然對象應從不同角度選擇，異質為佳，不宜雷同。這樣，才能保證聯想的廣度和所得觀念的新穎性與解決問題的獨創性。類比啟發法是美國W·J戈登于1945年提出的。見于他1961年出版的《類比啟發法》一書中，是創造學的一種方法。Synercdoche作為一種方法概念在英語中被定義為：不同專業售貨員組成的小組，通過無限制地訓練想像力把不相關的因素聯合起來，創造性地解決問題。有人也譯為分合法、綜攝法、集思法、提喻法、原型啟發法，等等。戈登認為：

1、人類的創造過程是可知的，是能夠具體描述的；理解進行創造活動的心理過程，即可提高創造效率；

2、在任何一種創造過程中，情緒等非理性心理因素比理智因素更為重要，而且它們也是可理解的；

3、人的創造性主要來自潛意識，而且是可以開發的。戈登基于上述理論建立的類比啟發法過程包括9個階段：

1、提出問題階段；

2、分析問題階段；

3、提出一些解決方案；

4、進行類比階段，圍繞理想解決方案，同異質事物進行各種類比，提出各種模型；

5、選定模型階段：從各種模型中選出最佳模型；

6、分解模型階段：結果理想解決方案分解最佳模型，從中抽出與解決問題有關的主要因素；

7、結合階段：

8、類比啟發法 把有關因素與理想解決方案結合；

8、確定觀點階段：從各種觀點中確定一種可行觀點，用它做統帥，把有關因素與理想解決方案綜合起來，使之成為現實方案；

9、完成階段：研究和解決技術性細節問題。該過程實質上由異質同化和同質異化兩個階段構成。所謂異質同化，意即從一些看來毫不相關的事物中找出其本質上相似之處，變未知為已知；同質異化，意即用新的觀點，新的方式來考察已知的問題，變已知為未知，然后再把未知變成新知。同質異化的思維過程可通過4種類比進行：

1、擬人類比；

2、直接類比；

3、象征類比；

4、幻想類比。通過類比思維機制從其它領域獲得模型啟發，創造性地解決問題是類比啟發法的特點，也是類比啟發法的真諦。類比啟發法小組一般由組長1人，5-7名成員及數名專家組成。組長最好是通才，組員應有較好的素質。

8、類比啟發法 模型法以某種程度的相似再現另一個系統（原物）的系統，在認識過程中以它代替那個原物，從對它的研究中得到被再現和被反映的系統（原物）的信息，這種方法稱為模型方法。模型法是科學認識的一種特殊的形式和工具，模型法所說“模型”并不是實物模型而是概念模型，具有“假說”的性質。模型法是從模擬法中衍生出來的。模擬法的長期應用，對于“模型方法”的產生起了啟迪作用。既然能夠用模型模擬條件已知的原型，那么，為了探索未知的“原型”，在思維中設計一種在理論預見中能夠成立的“模型”，再在實踐中予以驗證和修正，使其逐步提高與現實“原型”的一致性，自然可以成為一種有用的方法。此法最早是從經濟部門開始應用的。目前，它已廣泛應用到政治、經濟、科技、心理等領域的研究，特別是羅馬俱樂部1972年出版的《增長的極限》一書，主要就是用此法得到的結論。博奕術預測、計量經濟學、系統動力學、灰色系統理論等所采用的預測方法也屬于模型法的范疇。

9、模型法

四、組合創新法 把原來不能單獨存在的相近的東西組合起來的方法，或是把兩種功能讓一件制品來擔當，叫組合設計法。我們通常稱之為一物多用。一物多用有兩個方面的內容：一是產品具有多種用途，二是產品具有多種功能。日本有一家叫“普拉斯公司”的專營文具企業，經營了10多年仍沒有很大起色，經常為積壓的各種小文具而頭痛。老板在走投無路的情況下，只好對本公司僅有的幾位員工說：“眼看公司難以維持了，怎么辦呢？要么關門，各自尋找出路，要么大家動動腦筋，開發新產品，闖出一條光明的生路。”幾位員工如同老板一樣，為本公司的大量文具銷不出去而一籌莫展。按原價銷售，則無人問津，若降價拋售，公司財力承受不了，大家心急如焚。一位剛剛在公司工作了一年的女孩子，叫玉春潔美，她也為公司苦思冥想。這位姑娘雖然沒有經商經驗，但她從學校出來不久，對學生需要文具的心態非常了解，自己亦有切身體會。于是，她根據自己的體會設計一種“文具組合”銷售辦法，于1985年進行試銷。玉春浩美的“文具組合”一經面市，立即引起轟動；成為劃時代的熱門商品，在短短的一年四個月時間，共銷售出340萬盒，不但把普拉斯公司的所有存貨賣光了，連工廠剛生產的新貨也供不應求。這件事一下子成為日本文具行業的特大新聞。年輕的玉春浩美因此而得到老板的重獎和重用。

1、組合設計法 事實上，所謂“文具組合”只不過7件小文具：10厘米長的尺子，透明膠帶，ｌ米長的卷尺，小刀，釘書機，剪子，合成漿糊。7件小東西裝在一個設計美觀的盒子里，定價2800日元。組合設計法特別強調協調性和合理性。如果兩物組合后，同時產生異化，從而產生第三種功能，這就是一種高級的組合，這是一個很值得研究的方向。這種“組合異化?是設計學的一種發展。

1、組合設計法 通過對上述的功能/手段樹的分析，再經過認真的評價，一般情況下，可以把產品的結構組成分成幾個具有獨立功能的結構部件。我們把這些結構比較確定、功能相對獨立的部件稱為定量結構。通過定量結構不同方式的組合，可以得到許多種產品形態方案，這種方法叫做定量結構組合法。假如一個產品可以確定由三個定量結構組成，那么，利用排列、方向、包容、嵌入等方法可以組會出一系列的產品形態方案。

2、定量結構組合法 某種貨用汽車設計，通過功能/手段樹的分析假定它由駕駛室、箱體、發動機、輪于四個定量結構組成，應用定量結構組合法得到貨用汽車的形態方案（如圖3-4）。應用定量結構組合法構思產品形態方案時，應該把所有的方案全部列出，然后經過仔細的判斷和評價剔除那些不合理的方案(如圖3—4中括號中的方案)。在剩下的方案中，經過各方面專家和有關人員討論，再一次進行篩選和綜合，從中歸納出2至3個最有價值的方案，進入到下一步的詳細設計。舉例 標準化設計就是參照國內外先進、合理的標準，利用其有價值的部分進行創新設計。各國制定的標準或國際標準是經過嚴格科學驗證，具有相當的合理性，也反映了所采用技術的先進性和普遍性。采用標準化設計對降低成本、提高勞動生產率、擴大商品市場、加強貿易竟爭以及迅速將科技成果商品化等，都具重要意義。

3、標準化設計 系列產品的集約化設計

有的系列產品尤其是成套系列產品需要進行集約化設計的目的在于方便使用，方便移動，易于收納，易于展示。具體手段有:(1)通過設計，使系列產品本身具有集約功能。(2)通過中介物，使產品集約化。例如：采用包裝形式使產品集約化或采用構造物，使零落的產品能歸納在一起，變得簡約化。非系列產品的集約化設計

以方便使用、方便移動、易于收納、利于展示等為目的，通過媒介物的設計，將并不相關的各種產品匯集一處。這種類型的設計重點是針對承載體，而被集約的產品不一定要有集約化特征，如工具箱。

4、集約化設計 集約化設計是一種常用的重要的設計形式，其實質是歸納和統籌。實際中的產品，有可能是若干個或同一個產品的歸并，也有可能是系列產品的歸整、收納。無論是哪一種形式，其核心就是通過集約化設計，使多樣性變為統一和有序。相同產品的集約化設計

當一種產品在大量使用時，必然會遇到歸整、移動、調整和存放的問題。一件設計得再好的產品，如果不解決這一問題，也是不合格的。最為典型的就是公共座椅的設計。在多用空間經常更換使用內容的場所，座椅的移動和收納是常有的事情。好的公共座椅的設計，無論是在獨立使用時還是大量屯積時都應是合理的。

4、集約化設計

五、綜合分析法 主要用于功能開發型產品設計的第一個步驟。與改進型產品設計不同的是，它不是從分析原有產品的“問題”開始，而是從分析人的工作需要和產品的功能目的開始，按照主要功能／主要手段、次要功能／次要手段、子功能／子手段，一層一層進行分析，探討利用各種物質技術手段實現產品物質功能的設計方法。

1、功能／手段樹法 清除公共場所的垃圾是我們生活疃械囊恢中棖蟆＠萌肆η逕ㄋ淙荒艽锏角褰嗟哪康模庵止ぷ饔衷嚶擲邸Ｄ芊襠杓埔恢只擋

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锏⒌醬四康目梢圓捎媚男┘際鹺頭椒目蒲源叢焯跫?舉例 利用功能／手段樹法對開發型產品進行分析時要注意兩點：(1)不要用確切的名詞定義產品的主要功能，以免限制設計者的思路。如:把主要功能定義為“清掃垃圾”，設計者很可能會把思路局限在清掃用具的設計上；(2)在尋求實現功能的手段時，要盡量把各種技術和方法全部列出，暫且不要考慮各種手段之間的相互聯系和制約關系，這些問題留待評價階段來處理。這樣做的好處是，不放過任何一個可能的構思方案。黑箱方法（Black box Method)就是不揭示事物（系統）內部的結構和機制，只從事物（系統）的外部去認識事物的一種科學研究方法。這種方法的特征是略去客體內部結構，只從輸人與輸出關系上，即輸入某種因子會引起客體的某種行為而輸出某種結果，來考察客體的功能和特性。這種方法是與近代科學常用的將整體解剖開來解析內部、以說明外部行為的傳統方法相反，是一種不破壞客體的整體性而研究整體行為的科學方法。正如黑箱方法的創造者維納在其《模型在科學中的作用》一文中所說的“幾種可供選擇的結構被密封在盒子里面，研究它的唯一途徑就是通過盒子的輸人端和輸出端。”他把這種研究對象稱為“閉盒”（Closed Box），與之相對的叫作“開盒”（Open Box）。另一位“控制論”的創始人艾什比在其所著《設計一個腦》書中把黑箱方法概括成“讓結果通過黑潯硐殖隼礎１匭敫ㄊ淙酥擔鄄焓涑鮒擔

疾煺飭街抵淶墓叵怠！?黑箱與白箱是相對的。如果我們打開箱蓋直接觀察內部結構來說明箱子特性功能，那就是白箱；如果利用輸人輸出結果不僅僅認識系統的功能和行為，而且也還對系統的內部結構和機制作一定的識別和判斷，并不是完全略去不談，那就是灰箱；若完全略去內部結構，僅僅根據輸出、輸人關系來把握系統的功能，這就是黑箱。

2、黑箱方法

2、黑箱方法 技術關聯分析預測法是投入產出法在技術預測中的應用。首先要確定技術分析項目，其次是明確項目中各要素之間的關聯程度。一般說來，一項技術都是若干要素的集合體。以一個部件來說，就包括材料、創造技術、加工工藝，等等。因此，運用技術關聯分析預測法應按如下步驟進行：

1、先調查該項技術由哪些要素組成；

2、弄清各技術要素之間的關聯度；

3、以關聯度與現狀作比較預測今后的發展趨勢。該方法對日本電子工業的發展起了較好的指導作用。日本的機械振興協會也制作了關于機械方面的技術關聯表，收到同樣的效果。

3、技術關聯分析預測法 KJ法是日本川喜田二郎在卡片排列法基礎上于1964年提出的一種創造性解決問題的方法（KJ是川喜田的英文字頭）。卡片排列法，就是把搜集的大量素材（信息、數據等）逐一地、言簡意賅地記在卡片上，然后把這些卡片以某種基準（關系、特征、性質等）進行調整、編組、結構化，使之產生新觀念。川喜田二郎1954年在喜馬拉雅山進行野外考察時搜集了大量原始資料，利用卡片排列法對資料進行了整理，然后又在這一基礎上進一步改進，正式提出了作為卡片排列形式之一的“剪紙法”。KJ法基本過程包括４個階段：

1、制作卡片階段——每張卡片記錄一個中心內容，要言簡意賅；

2、編組階段——把卡片按類緣關系分類編組，題寫類名（概括性小標題），形成小組、中組和大組合；

3、圖解階段——把各組卡片按一定關系的順序排列、并貼在一張大紙上，用各種關系符號聯系起來，使之圖解化；

4、文字表達階段——把各組之間的一定的相關性質聯系起來，并用簡要文字表達出來，得出最后結果。注意小組、中組、大組的編組要恰到好處，能反映各組卡片所包含的事物的本身內容，否則，不會得出正確的結果。

4、KJ法 缺點列舉法是創造學的一種方法。缺點列舉法著眼于從事物本質上的缺點進行分析，以尋求解決目標。它的理論基礎是：認為改進舊事物主要就是改進舊事物的缺點，列舉舊事物的缺點，即可發現存在的問題，找到解決的目標。由于該法主要圍繞舊事物的缺點作文章，所以它一般不觸動原事物的本質和整體，屬于被動型思維方法，難于產生新質創造物。利用該法列舉事物的缺點時。

5、缺點列舉法 特征列舉法是創造學的一種方法，亦稱屬性列舉法，是美國R·P·Crawford在他1954年發表的《創造性思維方法》一書中正式提出的。克勞福德認為世界上一切新事物都出自舊事物，創造必定是對舊事物某些特征的繼承和改變。這就是他的特征列舉法的理論基礎。因而，特征列舉法就是列舉現有事物的特征，從中發現需要改進的問題（特征），提出新的創造設想。

該法的基本過程包括4個階段：

1、選擇需要改進的對象；

2、編制改進對象組成部分表；

3、編制改進對象組成部分的本質特征表；

4、改進需要改進的問題（特征），使改進對象臻于完善或面貌一新。

利用該法時，一般考慮事物3個方面的特征：

1、名詞的特征——事物的組成部分、材料、要素等；

2、形容詞的特征——事物的性質、開頭顏色、狀態等；

3、動詞的特征——事物的功能，特別是使事物具有存在意義的功能。這樣從不同角度把事物分解為一系列特征，使問題簡單化、具體化、易于發現和解決問題。

6、特征列舉法 系統綜合分析法是日本東大教授J.D英夫提出的一種創造方法。其特點是：先綜合后分析。該法基本過程包括4個階段：

1、列出有關某個課題的各種因素、知識和信息；

2、將這些因素知識和信息編組，形成各種方案；

3、對各種方案進行評價；

4、根據評價結果選擇一兩個最理想的方案。上述過程前兩個階段是系統綜合，后兩個階段是系統分析。以座鐘為例：首先將座鐘分成4個構成部分：

1、決定時間軸的因素；

2、能源；

3、傳遞機構；

4、時間指示裝置。接著將座鐘各構成部分所包括的各種因素列出：第一部分包括鐘擺、發條、游絲、音叉、交流電的頻率等因素；第二部分包括干電池、發條、交流電、充電池等因素；第三部分包括齒輪、滑輪、皮帶、電子傳遞電路、磁路等因素；第四部分包括長短針，在字盤上旋轉的旋轉式指示、水平刻度盤指示、數字指示以及利用人的感覺把時間告訴給人們的各種指示方式。然后把這些因素機械地加以多種編組（組合），形成制作座鐘的各種可能方案。最后對這些方案進行評價，從中優選一兩個方案。在分析階段，評價是個復雜問題，不同的課題要有不同的評價標準。評價一般采用評分方式。例如：對座鐘的方案進行評價，就要根據市場情況、成本、研制的難易程度、銷售方式、制造技術、工藝、設備等標準進行評分，最后得出各種方案的綜合分，形成綜合分數表，從中優選一兩種理想方案。

7、系統綜合分析法 形態分析法是創造學的一種方法。美國天文物理學家F.Zwick于1942年出版的《形態學天文學》《Morphological Astronomy》書中提出。特點是：把所研究的對象看成一個系統，用系統論方法把該系統分成若干結構上或功能上特有的形態特征，并加以重新排列組合，產生新觀念。理論基礎是：相關觀念的聯合越多，產生的新觀念也越多。學生M.S Alien在1962年發表的《形態學創造》書中提出7項基本原則：

1、任何一種有限的概念都是不完全的；

2、知識是無限的；

3、任何領域都在探索整體知識；

4、要徹底解決問題必須對各種結構元素進行排列組合；

5、在各種不同事物之間都有某種共同關系存在；

6、綜合應先于分析，否則不利于對事物客觀地分類；

7、應先探求事物各種形態結構，而后探求所需要的觀念和答案。基本過程包括5個階段：

1、明確課題；

2、列出以解決問題的形態特征；

3、明確每個形態特征的可能變量，建立形態模式；

4、確定可能解決方案的功能價值；

5、選擇最佳解決方案。一般選擇3個形態特征。每個特征5-6個可能變量，建立形態箱，形成100多個可能解決方案。利用形態分析法可得出大量新觀念，對解決問題十分有利。茨維基在第二次世界大戰期間利用該法不僅發現了當時德人保密的火箭飛機，而且還發明了洲際直線流動空氣噴氣發動機、彈道裝置、動力裝置等。

8、形態分析法

六、極端法 極限法是把產品的特性和狀態推向極限的思考方法。例如，人們曾設想把電視機做得像木板一樣薄，掛在墻上，這是否可以通過盡量增大顯像管的掃描角度而減小顯像管的長度來達到呢？ 在產品設計中，極限構思法可以從產品的大小、厚薄、高低、快慢、輕重、多少、軟硬、粗細以及移動、交錯、分解、組合、重疊等方面展開。

1、極限法

2、削減法 把產品上某個部分去除，得到一種新穎、簡樸形態的方法。例如，把車子的輪子去掉，構思出一種無輪車——氣墊車；把飛機的螺旋槳去掉，構思出無螺旋槳飛機——噴氣飛機等。

3、原始狀態法 這是一種從產品的最原始狀態來構思新的產品形態的方法。許多產品發展到今天，似乎很難設計出新的形態樣式了。此時，如果追溯到產品的原始狀態，追溯到世界還沒有這種產品的情況，很可能會受到啟發而構思出一種新產品。

七、與眾不同法 采用定向設計法：男女之別、老少之差、健殘之分，以及職業、文化程度、生活習慣、生活方式、地區民族的不同，使各個具體的人具有特殊點，構思時向某一類群定向。簡單地說，就是根據產品的不同特征和人們對它的不同要求，有的放矢地進行產品設計。這類設計往往具有較強烈的使用特征，比其他產品更能滿足這一類群消費者的心理，為他們所接受。索尼公司的創始人之一井深大先生（第一任社長）是一個高爾夫球迷和音樂迷。他曾夢想在邊打高爾夫球時，同時可聽音樂，要是能生產一種使兩者結合的電器產品就太好了。這樣，那些出去散步或趕路的人，亦可邊聽音樂或廣播邊走路了。這個夢想驅使索尼苦心研究，一種帶有盒式的單放機研制成功了，夢想變成了現實。而今，當我們看到那些晨練、旅行、散步的人們戴著耳機邊走邊聽音樂時，我們怎能不感謝井深大先生最初的創意呢？ 當然，定向設計越是定向范圍明確，在一定程度上越是使用范圍較窄，功能往往較少或較單一。定向設計由于實踐目的明確，其造型往往容易做得有個性，有視覺沖擊力。這是我們在設計構思時常用的一種方法。

1、定向設計法 反向設計，把習慣的事反過來思考，從似乎是無道理中尋求道理。在長期的思維實踐中，每個人都形成了自己所習慣的、格式化的思考模式。當面臨外界事物或現實問題的時候，我們能夠不加思索地把它們納入特定的思維框架，并沿著特定的思維路徑對它們進行思考和處理，這就是思維的慣常定勢。反向設計構思法就是要突破慣常定勢，從全新的角度去思考問題。據歷史記載，有一天，蘇格拉底遇到一位年輕人，正在宣講“美德”，蘇格拉底裝作無知者的模樣，向年輕人請教說：“請問，什么是美德？”。那位年輕人不屑一顧地答道：“這么簡單的問題你都不懂？告訴你吧：不偷盜、不欺騙之類的品行都是美德。” 蘇格拉底仍然裝作不解地問：“不偷盜就是美德嗎？”年輕人肯定地答道：“那當然！偷盜肯定就是一種惡德。” 蘇格拉底不緊不慢地說：“我記得在軍隊當兵的時候，有一次接受指揮官的命令，我深夜潛入敵人的營地，把他們的兵力部署圖偷了出來。請問，我的這種行為是美德嗎？還是惡德？” 那位年輕人猶豫了一下，辯解道：“偷盜敵人的東西當然是美德。我剛才說不偷盜，是指不偷盜朋友的東西；偷盜朋友的東西，那肯定是惡德！”

2、反向設計法 蘇格拉底仍然不緊不慢地說：“還有一次，我的一位好朋友遭到了天災人禍的雙重打擊，他對生活絕望了，于是買了一把尖刀，藏在枕頭下邊，準備夜深人靜的時候用它結束自己的生命。我得知了這個消息，便在傍晚時分溜進他的臥室，把那把尖刀偷了出來，使他得免一死。請問，我的這種行為究竟是美德呢，還是惡德？” 年輕人終于惶惶然，承認自己無知，拱手向蘇格拉底請教?什么是美德”。從這個例子，我們可以感受到：反向思維，常常能夠將思考推向深人，將自己頭腦中的創意觀念挖掘出來。世界上任何創新都不是簡單的勞動，我們應該使用各種方法推進自己的思考。反向思考的方法為社會提供了種類繁多的物品，出現了從絕對觀念中解放出來的均衡狀態。同時，把人們從固定不變的觀念中解脫出來，創造了新的概念。當然，用反向思考時，當心不要走極端，不能“凡是敵人反對的東西我們都要擁護，凡是敵人擁護的東西我們都要反對”。必須從某種狀態的反面進行徹底的觀察，從而發現新的、有效的方法。例如：一般地說，燒烤食品的“火點”應該在食品的下部，但日本夏普公司的電烤爐，率先將“火點”設在食品的上部，改變了“火點”在下才能燒東西的通常概念，使產品造型具有了全新的變化。

2、反向設計法 中國是一個歷史悠久的國家。但由于中國過去的基本特征是農業為主，手工操作為主，信息閉塞，缺乏交流，不存在世界市場。因此，中國一直被認為是沒有設計的國家。從現代設計的觀念來講，中國沒有設計的傳統，因為大工業概念下的現代設計在中國起步較晚。但是，如果我們冷靜地回顧中國傳統的手工用品，我們會發現，很多東西以現代設計的眼光來看，都是很優秀的。繼承傳統不是表面的，學習過去是指對設計的觀念、材料和工藝的準確，甚至是一種特有的氣味的尊重！對一種勞動的尊重！對一種價值的肯定！傳統是一種精神，拒絕自己民族的優秀設計文化，至少是一種片面的見識。當今的設計，需要有高度的藝術性，非常重視美學的指導作用。從我國的造型藝術發展歷史來看，雖然沒有形成系統的形式構圖理論，但在各種造型藝術的類別中，類似的理論早已存在。書法中的“方中寓圓，圓中寓方”，造園學中的“巧于因借，精在體宜”；太極圖的兩種相同形的扭結，具有極強的律動感；九宮格式對稱形式的運用；寶塔造型所顯示的音樂節奏感；龍、鳳、寶相花體現出的高度“變象異化”，把自然動物形態轉人藝術境界；草書，狂草所表現的聚散、流動形式等等，對于我們從事造型設計是有啟發的。

3、傳統特色設計法 每一地域，社會皆有其傳統歷史，因而形成了各地域獨特的生活形態及文化。雖然受到文化交流的相互影響，地域的生活模式逐漸喪失其原有的獨特性，但是各生活圈、文化圈的基本設計形式仍然維系不斷。雖然傳統的東西是舊的，但反映出來的深層的設計概念不一定是過時的。例如：有一個課題，是根據限定材料設計一個“能把人舒適托起的東西”。所給的材料實際只能設計一張簡易的小椅子，但題目卻偏不給你椅子的概念，而是“把人舒適托起的東西”，這個“東西?應該是什么樣呢？設計者經過思考，從中國傳統的山地坐轎得到啟發，設計了一個拆裝式簡易靠座，受到好評。

中國結

3、傳統特色設計法 我們觀察和思考外界的事物，總是習慣以自我為中心，用我的目的，我的需要，我的態度，我的價值觀念、情感偏好、審美情趣等等，作為“標準尺度”去衡量外來的事物和觀念。因而，凡與這個標準尺度不符合的，我們便稱之為“錯的”，“壞的”，“丑的”，“無用的”。每個人由于天賦的不同，后天的社會背景和生活經歷不同，使得每個人的心目中都有一套由獨具個性的觀念、價值、情感等要素組成的“標準尺度”，構成了自己的獨特世界。它與別人的世界都不完全相同。當然，不是“完全不同”，因為大家都是生活在差不多的社會環境中，遇到大致相同的問題，而且在生理結構方面更是相差無幾。因此，正確的個性常常是大多數人所共有的。有時候，設計師可以拋開他人，完全以自我視角，圍繞自身來考慮造型設計，可以不考慮第三者的一切條件而隨心所欲地想像。這樣做出的設計往往個性鮮明，反而會受到大多數人的歡迎。一個優秀設計師，常常利用設計機會，把自己的某一個感覺，把自己的思想展現在觀眾面前，引導觀眾加人到自己理想的隊伍中來，倡導出一種品位，一種流行風格。優秀的設計師應該是平凡之中見新穎，從而贏得使用者的好感。

4、自我視角設計法 非我視角要求我們在思維過程中盡力擺脫“自我”的狹小天地，走出“圍城”，從“非我”的角度，站在“城外”，對同一事物和觀念進行一番思考，就有可能得出不同的結論，發現創意的苗頭。作為設計者，要把自己置于用戶的地位，變自我為他人，設身處地為用戶著想，用戶對原來產品有什么不滿？對什么感到失望？為什么會引起不滿和失望？希望得到什么？把自己所感到的不滿、失望明明白白地整理出來，用戶實際需求就可能脫穎而出。在日本和歐美市場上，1956－1965年是冰箱迅速增長時期；而在1966年以后，市場上對冰箱的需求低落，為什么冰箱在市場上會衰落呢？把由食品消費樣式、購買習慣的變化而引起的冰箱需求變化的各種相關因素圖表化，并對收人水平、生活方式等社會經濟主要原因的變化一一作了預測，從中得出：今后家庭冷藏新鮮食品的消費數量必然大為增加，冷凍食品的消費亦將顯著伸展，在購貨習慣方面不會有多大的變化。一致證實了購貨頻繁度處于減少的方向。于是，顧客對冰箱的大型化和冷凍室需要的強度被明確化了，并以此確定了冰箱大型化的開發戰略，兩門冰箱就是這樣出現的。這個過程，在我國也同樣發生。兩門冰箱和大冷凍箱已在市場暢銷。這是設計師從人們的生活需求變化開發新產品的例子。

5、非我視角設計法

八、異想天開法 發散思維（Divergent Thinking）針對所給信息而產生的問題，求該問題的盡量多的各式各樣的可能解，這種思維過程。發散思維又稱輻散思維、求異思維。現舉《創造心理學》文獻中有名的磚頭問題為例。假如問：試列舉磚頭的各種用途。答案至少有：可以造房、筑墻、修階梯、造馬路、壓東西、墊住停在斜坡上的汽車、砸人、當錘子，等等。這類回答就具有思維的發散性，因為它可以任意地想下去。分析上述答案可以看出，前４個答案屬建筑類，對磚的用途來說是習常性的，后幾種則是非習常性的。對創造性思維而言，運用發散思維，作出非習常性聯想、化好似、無關為有關，引發出新思路是非常重要的。例如：獲1984年國家一等發明獎的“沙丘駐渦火焰穩定器”，其發明者高歌，就是把常人視為無關的“沙漠中的穩定沙丘與噴氣發動機Ｖ型穩定器”聯系起來，而發明了這一重要成果的。這顯示了發散思維的創造作用。美國心理學家吉爾福特（Guilford）非常強調在發明創造中要重視發散思維。發散思維主要用在尋求某一問題的各種不同答案的過程中。然而，當許多不同的可能性答案提出之后，又有一個選優問題，這又要過渡到收斂思維。因此，發散思維和收斂思維在實際中是相輔相成的。

1、發散思維 科學幻想本身是一種可認知的地圖，是一種依靠把未來學家的技術和創造性的想像力揉合成一體來捕捉現實世界的另一條途徑。無法精確闡明這一點是怎樣做到的，它包含在這一行技藝的本性之中。與此有關的是使用有關邏輯、非線性感知方式，以反對主題的全局性的理解。科學幻想的作者把社會型式、行為方式和物質因素紡織成一幅圖案、一個整體，在最好的情況下，這幅圖案能和我們經驗世界的色度一致。用這種方式把各種趨向和進程關聯起來，依照不同于未來學家所用的過分簡化的模型的方法做出預測。早在19世紀，一些富于想像力的作家根據他們的幻想，寫出許多很有價值的預測小說。如1865年出版的維恩（Wiyne）寫的《從地球到月球》（《From the Earth to the Moon》）書中所述的一部分預見是精確的，對科學發展是有一定影響的；著名的俄國科學家、科學幻想作家齊奧爾夫斯基（1857—1935），他在《在地球之外》這本幻想作品中，提出了關于宇宙飛行的科學思想，并對此作出了許多科學的預測，結果表明：他的一些預測，后來得以實現。由此可見，科學幻想應具備科學預測的能力。這種預測方法是以人類的直覺能力為基礎，對于未來進行預測，并加以利用的一種手法。

2、科學幻想法 形象思維是用表象來進行分析、綜合、抽象、概括的一種思維形式。其特點是，它不以實際操作、抽象要領為思維中信息的載體，而主要是以直觀的知覺形象、記憶的表象或想象的表象為載體來進行思維加工、變換、組合或表達。因此，它是和動作思維與邏輯思維不同的一種相對獨立的特殊思維形式。形象思維按照表象概括的程度可分為初級水平的形象思維與高級水平的形象思維。幼兒時期的形象思維主要依靠知覺，即依賴具體事物的形象或表象以及它們的聯想來進行，表象概括程度較低，因而屬于低級水平；成人的形象思維則較多地運用概括程度較高的一般表象或典型形象來進行，并且用它們去表達或把握某種思想、觀念或理論，因而是一種高級水平的形象思維。利用這種高級水平的形象思維也能反映事物的本質。一般認為，形象思維在文學藝術工作和創造活動中占主導地位。但研究表明，對于科學創造活動，形象思維也起著非常重要的作用。形象思維作為一種特定的思維來認識事物和進行創造。愛因斯坦認為，利用形象（意象）進行再生和組合，“似乎是創造性思維的主要形式。”從腦科學的進展來說，形象思維是大腦的右半球承擔的。

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