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基于SPM图像的探针模型重构算法研究的任务书
任务书
任务书题目：基于SPM图像的探针模型重构算法研究
任务概述：扫描探针显微镜（ScanningProbeMicroscope，SPM）是现代科学研究中重要的实验手段之一。其可通过原子力显微镜（AtomicForceMicroscopy，AFM）等寻获材料表面的拓扑和电学性质，从而为构建材料的三维模型提供了先决数据。尤其是在材料科学、纳米技术领域出现了快速增长的应用。然而，不同的探测方案、扫描参数以及实验测量环境等导致数百万对数探测到的实验数据，如何通过算法重新构造出一个准确的材料三维模型仍是一个不断探寻的课题。
本次任务是要探索一个基于SPM图像的探针模型重构算法，旨在解决上述问题。该算法利用SPM的拓扑图像，针对不同实验条件数据进行定量分析，结合材料特性建立相应的重构模型，并对结果进行可视化展示，提高建模准确性和稳定性。
任务目标：通过论文研究、算法分析和实验测试，完成以下目标：
1.研究SPM图像原理，掌握常见的数据采集与处理方法，包括信噪比优化、噪声滤波、数据平滑、拟合与插值等，为进一步探索探针模型重构提供理论基础。
2.设计一种基于SPM图像的探针模型重构算法，考虑实验数据的准确性、实时性、容错性等因素，以实现可靠、高效、精确的重构。
3.基于SPM图像原理和算法设计，开展一系列的实验测试，包括不同的实验条件、扫描参数、样品类型等，验证算法的可行性和有效性，并且在准确性、稳定性和实时性方面与传统算法进行对比。
4.对实验测试结果进行统计分析、对比研究和可视化展示，并进一步优化算法设计，完善探针模型重构技术。
任务要求：
1.深入理解扫描探针显微镜（SPM）的基本原理和不同类型的数据采集与处理方法。
2.通过图像处理、信号处理、模式识别等领域的学习和研究，探索基于SPM图像的探针模型重构算法，对常见算法进行对比分析，提炼出主要优化思路。
3.基于Matlab、Python或C++等编程语言和相关工具，进行算法实现和模拟测试，并针对实验数据进行逐步优化。
4.文献调研和论文写作的能力要求较高，写作要求清晰、规范、科学，能够系统性地阐述实验的研究思路、方法、结果和结论，拥有一定的专业学术表述能力。
5.在实验设计与结果分析过程中，要注意安全、精确、实时、可重复性和可比性等要素，遵守科学伦理，尊重知识产权和学术道德。
任务进度：
1.前期学习与分析：2周（2019.10.1-2019.10.14）
（1）学习扫描探针显微镜（SPM）的基本原理、实验设备和数据分析方法。
（2）阅读相关文献，了解基于SPM图像的探针模型重构算法设计、实现和应用现状。
2.算法设计与实现：4周（2019.10.15-2019.11.12）
（1）参考文献，设计基于SPM图像的探针模型重构算法，考虑实验数据的特点，在优化算法准确性、稳定性和实时性方面进行改进。
（2）基于Matlab、Python或C++等编程语言和相关工具，实现算法设计，针对不同实验数据进行分析和模拟。
3.实验测试与结果分析：4周（2019.11.13-2019.12.10）
（1）根据算法设计，选择不同的实验条件和样品类型，开展一系列的实验测试工作，包括数据采集、噪声滤波、拟合和模型可视化展示等。
（2）对实验数据进行处理和分析，得出实验结果并进行统计分析、对比研究，得出结论。
4.论文撰写与答辩：3周（2019.12.11-2019.12.31）
（1）撰写论文，展示探针模型重构算法的研究与实践，包括相关背景、算法设计、实验测试分析和结论等。
（2）进行答辩与公开展示，向导师和同学阐述研究内容、方法和结果，并接受提问和互动。
任务评估：
学生需每周提交计划、进度和实验结果报告。按照以下评估标准进行输分：
1.任务书声明部分：任务概述是否清晰，任务目标与任务要求是否明确，任务进度是否合理，任务评估标准是否可行。（占10分）
2.前期学习与分析部分：学习理解SPM基础原理是否到位，熟悉常见数据处理方法，对相关文献论文是否有深入了解。（占20分）
3.算法设计与实现部分：是否独立完成算法设计和实现，对算法原理理解是否清晰，软件环境是否配置到位，编码风格是否规范，算法效果是否理想，算法优化是否有创新点。（占40分）
4.实验测试与结果分析部分：是否独立完成实验测试与结果分析，实验设计是否合理、准确，实验结果是否可重复、科学，对数据处理和分析是否达到科学要求，对实验结果进行可视化展示。（占20分）
5.论文撰写与答辩部分：是否按照要求撰写论文并响应答辩，论文写作是否规范、科学、可读性强，是否能够有条理地阐述研究内容、方法和结果，是否能够回答导师和同学的提问。（占10分）