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培养孩子最重要的10个能力是什么?

对于一般家庭来说,培养孩子最重要的10个能力是什么?

这个问题非常重要,不同家庭可能会根据价值观、文化背景和生活环境有不同的答案,但从广泛适用于大多数家庭、关注孩子长远发展和心理健康的角度出发,以下是培养孩子最重要的10个能力


1. 自我管理能力(情绪与行为管理)

  • 能控制情绪、调节冲动,懂得延迟满足。
  • 面对挫折有韧性,能冷静处理压力。

2. 良好的人际交往能力

  • 包括倾听、表达、合作、尊重他人、换位思考等。
  • 能建立和维护友谊,解决冲突。

3. 独立生活能力

  • 会做基本家务、安排时间、照顾自己。
  • 对自己的学习和生活有一定的责任心。

4. 解决问题与批判性思维能力

  • 面对问题会思考原因、权衡选择,不盲从。
  • 有质疑和独立判断的意识。

5. 学习能力(包括专注力和主动性)

  • 能自主学习、设定目标,有持续学习的动力。
  • 具备一定的注意力控制与计划安排能力。

6. 表达与沟通能力

  • 包括口头表达、写作能力以及非语言沟通。
  • 能清晰表达自己的想法与感受。

7. 自信心与自我认知能力

  • 对自己有真实、积极的认知。
  • 敢于尝试,接纳自己的优点与不足。

8. 时间管理与计划能力

  • 能设定目标、制定计划,并监督执行。
  • 明白“先做重要的事”,建立优先级意识。

9. 道德判断与责任感

  • 懂是非、有正义感,愿意为自己行为负责。
  • 尊重规则,也理解规则背后的意义。

10. 好奇心与创造力

  • 愿意探索新事物,敢于想象和创新。
  • 在游戏、学习、生活中表现出灵活思维。

这些能力并不是一蹴而就的,需要家庭在日常生活中潜移默化地培养,通过陪伴、示范、沟通和鼓励来逐步塑造。每个孩子发展节奏不同,关键是:重视过程,不急于结果

如何培养自我管理能力

如何培养 自我管理能力(情绪与行为管理)

培养孩子的自我管理能力(情绪与行为管理)是家庭教育的核心任务之一,它决定了孩子在成长过程中能否适应压力、调节情绪、形成稳定的性格和良好的社会行为习惯。以下是科学有效的家庭培养策略


✅ 一、父母要先“示范”:榜样的力量最大

孩子是“看着你怎么做”而不是“听你怎么说”的。

  • 情绪来了时,不“爆炸”或冷暴力,而是说:“我现在有点生气,我需要几分钟冷静一下。”
  • 面对困难说:“这事有点难,但我可以一步一步来。”

✅ 二、帮助孩子识别和表达情绪

✦ 工具建议:

  • 使用“情绪卡片”或“情绪温度计”,帮助孩子认识“生气、委屈、紧张、焦虑、开心”等不同情绪。

  • 每天可以做“情绪播报”:

    “你今天最开心/最难受的一刻是什么?当时你身体有什么感觉?”

✦ 家长话术:

  • “看起来你有点生气,是不是有人让你觉得不被尊重?”
  • “哭没关系,我们可以一起找方法。”

✅ 三、教授具体的情绪调节策略

情绪 建议方法 解释
生气 暂停10秒深呼吸、去喝水、画画 帮助情绪冷却,避免冲动行为
焦虑 “5-4-3-2-1”感官放松法 关注当下,缓解过度担忧
难过 抱抱、写情绪日记、听舒缓音乐 情绪需要出口而非压抑

✅ 四、建立规则与边界,教会行为管理

  • 明确告诉孩子:什么是可以的,什么是不可以的,为什么。
  • 设定自然后果:比如不按时写作业,就不能玩游戏,而不是随意惩罚。

🎯 不建议使用:吼叫、打骂、讽刺
✅ 推荐使用:正面引导、鼓励“情绪表达”+“行为负责”


✅ 五、鼓励“情绪之后”的反思与成长

  • 情绪过去后,和孩子一起“复盘”:

    “你当时那么生气,是因为什么?如果再遇到这样的事,你想试试其他办法吗?”

  • 使用“情绪+需求”公式:

    “我很失望(情绪),因为我觉得我被忽视了(需求)。”


✅ 六、培养延迟满足和自我控制能力

  • 玩“糖果实验”类的游戏:练习等待,比如“现在等5分钟就能吃两个。”
  • 教孩子做简单计划表:今天的事情分优先级完成。

✅ 七、环境和习惯的支持

  • 规律作息:睡眠、饮食影响情绪稳定。
  • 减少过度刺激:电子屏幕使用要节制。
  • 营造安全感强的家庭氛围:让孩子知道“无论发生什么,家人都会接纳我”。

🌱 总结

自我管理 = 情绪识别 + 情绪调节 + 行为负责
这是一个逐步练习、不断打磨的过程,特别是在3~12岁阶段是关键期。

如何培养良好的人际交往能力

培养孩子良好的人际交往能力,是帮助他们在生活中建立健康关系、形成自信、适应社会的重要基础。这种能力不是天生的,而是可以通过有意识的引导与练习来获得的。


✅ 一、交往能力包括哪些核心维度?

  1. 倾听与表达
  2. 合作与分享
  3. 换位思考(同理心)
  4. 冲突处理与道歉
  5. 建立边界与自我保护

✅ 二、家庭中的培养方法

1. 父母要以身作则

  • 在家庭中使用礼貌用语:“请、谢谢、对不起。”
  • 听孩子讲话时保持目光接触、不打断。
  • 处理冲突时,用平和语言沟通,而不是命令、责备。

📌 模仿是孩子学习人际交往最早和最直接的方式。


2. 创造社交情境供练习

  • 鼓励孩子参与群体活动:如兴趣班、户外活动、邻里游戏。
  • 主动邀请小朋友来家中玩,制造“建立友谊”的机会。
  • 参与角色扮演游戏:如“顾客与服务员”、“老师与学生”。

🧩 小练习:

  • “今天你和谁说话最多?你记得他说了什么?”
  • “如果别人不想玩你选的游戏,你会怎么说?”

3. 教会基本的表达方式

情境 家长教孩子说
想加入游戏 “我可以一起玩吗?”
别人抢玩具 “我现在在用,请你等一会儿。”
遇到冲突 “我不喜欢你这样说,我会难过。”

用句式练习能增强孩子表达边界和情绪的能力,避免动手或退缩。


4. 训练“同理心”与换位思考

  • 经常问孩子:“如果你是他,你会怎么想?”
  • 用绘本/电影片段讨论人物感受:“你觉得他为什么哭?”
  • 引导他们去安慰别人:“他伤心了,你能说点什么安慰他吗?”

5. 处理冲突的正确方式

  • 教孩子使用“I”句式表达自己感受:

    “我不开心,因为你打断了我说话。”

  • 教他们道歉、原谅和谈判(不是压制):

    “我可以借你玩,但你用完要还我。”


6. 鼓励孩子建立“积极社交信念”

避免孩子形成“我不合群”“我说错话会被笑”的思维。

  • 多鼓励孩子的每一次主动表达或合作行为。
  • 对孩子说:“交朋友不一定每次都成功,但你愿意去尝试就很棒。”

7. 支持孩子建立边界与自我保护意识

人际交往不意味着“讨好所有人”。

  • 教孩子拒绝不舒服的行为,例如:“我不喜欢你这样碰我。”
  • 强调:可以说“不”;被欺负时要告诉家长或老师。

🌱 总结:家庭培养交往能力的黄金法则

“教 → 示范 → 练习 → 反馈 → 鼓励”

孩子在交往中的小挫折和“尴尬”都很正常,重点是:

  • 家长不要代替,而是陪他一起复盘和练习
  • 不对孩子社交失败进行羞辱,而是提供改进策略。

如何培养孩子的 独立生活能力

培养孩子的独立生活能力,是父母送给孩子最实用、最有价值的“成长礼物”。独立不仅仅是“会做事”,更是“愿意对自己负责”,从而具备自信、主动、自律的生活态度。

以下是系统性的培养方法,适用于不同年龄阶段的孩子:


✅ 一、核心理念:“放手不是不管,而是教了再退后”

很多孩子不独立,并不是能力不足,而是父母包办太多、或担心孩子“做不好”。

📌 父母要改变自己“我做得比他快”“他还小,等大点再说”的惯性思维。


✅ 二、独立生活能力包含哪些方面?

  1. 生活自理:穿衣、整理物品、做饭、打扫、洗衣
  2. 时间管理:安排作息、准时完成任务
  3. 自我照顾:识别不适、表达需求、基础卫生习惯
  4. 任务责任:答应的事愿意完成,出错能承担后果
  5. 简单决策:买东西、整理背包、处理小冲突

✅ 三、按年龄阶段逐步放手

🎈3~6岁

  • 会穿脱衣服、自己刷牙洗脸、整理玩具、倒垃圾
  • 能帮忙简单家务:擦桌子、叠毛巾、拿东西
  • 养成规则意识:饭前洗手、物归原位、玩耍有时间限制

🎈6~9岁

  • 学做简单早餐、整理书包、写作业不依赖提醒
  • 学会使用闹钟、做每日小计划
  • 练习自己去商店买简单物品或点餐

🎈9~12岁

  • 会独立完成作业、洗衣、打扫房间
  • 参与家庭安排,如做菜、计划旅行准备
  • 学会做选择与承担后果:比如用完零花钱就要等待下次

✅ 四、家庭中的有效培养方式

1. 让孩子“有事可做”

  • 给孩子专属任务清单(每天/每周),贴在墙上或做成图表。

    • 例:早上起床→叠被→洗脸→吃饭→背包检查
  • 设置“家庭值日”制度,例如轮流洗碗、擦桌、扫地。

2. 避免“越帮越忙”的陷阱

  • 孩子做得慢、不完美,不要立刻接手。
  • 允许孩子犯错、慢慢来;比如衣服叠歪了、菜切不好,没关系。
  • 不要以“你做不好”为借口剥夺他们的练习机会。

3. “先示范,后引导,再退后”三步法

  1. 示范一次:“来看,怎样收拾书包。”
  2. 一起做一两次:鼓励+讲解。
  3. 让他独立完成,家长只观察并给简单反馈。

4. 强调“责任结果关联”

  • 例:书包不整理,第二天作业忘带,家长不送回学校,而是事后复盘。
  • 不用惩罚,而是让孩子体验自然后果。

✅ 五、增强“自主决策”意识

  • 给孩子做选择题,不是命令题:

    “你是先洗澡还是先写作业?”
    “你想吃苹果还是香蕉?”

  • 让孩子规划自己时间、衣物搭配、周末安排等。


✅ 六、通过生活游戏培养独立意识

  • 模拟外出:让孩子准备自己的背包、饮用水、零钱。
  • “主厨日”:由孩子负责做一餐饭,家长只是协助。
  • “家庭小店”:孩子自己定价卖旧玩具、学会整理与定价。

✅ 七、给予及时的肯定与调整反馈

  • 不用过度夸奖,但要具体反馈:

    “你自己收拾好了,真负责。”
    “衣服没叠整齐没关系,下一次我们再来试试。”

  • 用“信任感”替代“控制感”:

    ❌:“你这样怎么行?”
    ✅:“我相信你可以试着自己来。”


🌱 总结:培养独立的核心是“信任 + 机会 + 成长空间”

“你信任孩子能做的,他才会成长为能做的。”


如何培养孩子的 解决问题与批判性思维能力

培养孩子的解决问题能力批判性思维能力,是在为他们的未来打下思考力与判断力的根基。这两种能力让孩子在面对困境、选择、诱惑、或复杂信息时,不盲从、不逃避,而是冷静、理性、有策略地思考并做出决定。


✅ 一、关键概念解析

能力 表现为 意义
✅ 解决问题能力 分析问题 → 找方法 → 尝试 → 复盘 面对困难不慌张、能找到出口
✅ 批判性思维能力 质疑、对比、判断信息的真假或价值 防止盲从、独立判断、有逻辑思考能力

✅ 二、家庭培养原则:不是给答案,而是给引导

“遇到问题,不急着帮他解决,而是陪他一起思考解决的路径。”


✅ 三、培养解决问题能力的策略

1. 从生活中“放手”让孩子思考

  • 孩子问:“书包拉链坏了怎么办?”
    ✅ 家长不马上修,而是问:“你觉得可以怎么办?”

  • 吃饭打翻水杯,不立刻责备,而是说:
    ✅ “你来想个办法,怎么收拾最合适?”

2. 使用“问题解决四步法”陪孩子练习

  1. 发生了什么?(明确问题)
  2. 可以怎么做?(列出方案)
  3. 哪种最好?(利弊分析)
  4. 试试看,再总结经验。

3. 多鼓励“试错”,不过度干预

  • 遇到困难时不要急着说:“我来帮你。”
  • 相反说:“你可以试试别的办法,看看有没有用?”

✅ 四、培养批判性思维能力的策略

1. 从“多问为什么”开始

  • 看绘本/动画片/新闻,随时提问:

    “你觉得这个人为什么这样做?”
    “如果你是他,会怎么做?”
    “这个说法是真的吗?你觉得合理吗?”

2. 练习“多角度思考”

  • 当孩子说“老师不公平!”
    家长可以问:“老师可能在想什么?其他同学会怎么想?”

  • 玩“正反辩论”游戏,比如:

    “你觉得看电视好不好?你能试着说说两种观点吗?”

3. 教孩子识别信息真假

  • 给他看两个观点冲突的故事,问:“哪个更可信?为什么?”
  • 帮他认识“广告不等于事实”,“热门不等于正确”。

✅ 五、家庭中的实用方法与小游戏

🧠 方法 1:用“引导式提问”替代“直接告诉”

传统方式 更好的方式
“不是让你这样做的!” “你觉得你为什么会那样做?结果怎样?”
“快点做这题!” “你看看这题的条件,有什么是可以利用的?”

🎮 方法 2:逻辑类亲子游戏推荐

  • 适合低龄(4~8岁):迷宫、拼图、积木建构
  • 适合中龄(7~12岁):数独、华容道、策略卡牌(如UNO)、象棋
  • 适合高龄(10+):狼人杀、逻辑推理小说(如《福尔摩斯》简化本)

🧪 方法 3:做“家庭小实验”提升分析与总结力

  • 如:用柠檬汁写字、看植物在光下成长等。

  • 每次实验后问孩子:

    “你有什么猜测?”
    “你注意到了什么变化?”
    “你能总结一下今天的结果吗?”


✅ 六、鼓励“怀疑精神”,但保持尊重与理性

告诉孩子:怀疑是思考的开始,但不能变成“唱反调”。

  • 要学会:“有证据、讲逻辑、尊重不同看法”。

🌱 总结:“思考力”不是天赋,而是引导 + 练习 + 鼓励犯错的空间

🎯 父母最大的贡献不是教孩子“对的答案”,
而是陪他们练出“自己找答案的能力”。


如果你愿意分享孩子的年龄段、常见的“遇事反应”(如逃避、发脾气、固执、跟风等),我可以帮你设计更具体的训练场景和话术引导方法。需要吗?

如何培养孩子的 学习能力(包括专注力和主动性)

培养孩子的学习能力,特别是专注力主动性,比追求分数本身更重要。具备学习力的孩子,不仅在学业上能自我驱动,在未来面对变化时也能持续成长。


✅ 一、什么是“学习能力”?

包括以下三个核心:

能力 表现 意义
📌 专注力 能够较长时间集中注意力不分神 学得深入,不浮躁
📌 主动性 自己愿意去学,不靠催促 内在驱动,持续成长
📌 学习策略 会安排时间、复习、找资料 效率高,方法科学

✅ 二、培养专注力的实用方法

1. 按年龄设定合理专注时长

年龄 合理专注时长(分钟)
5~7岁 10~20 分钟
8~10岁 20~30 分钟
11~13岁 30~45 分钟

⏳ 用“番茄钟法”学习:
25分钟集中 → 休息5分钟 → 循环2~3次


2. 构建“低干扰”的学习环境

  • 桌上只留学习用品,远离玩具、电视、电子产品
  • 规定“学习区”和“玩耍区”分开,形成条件反射

3. 培养注意力的小游戏

  • 听音找物:你说“找出所有有红色的东西”
  • 看图找不同、专注力训练书(如《左脑右脑开发书》)
  • 逐步延长“任务时间”,再奖励短暂休息

✅ 三、激发学习主动性的策略

1. 让孩子参与目标设定

❌ 家长说:“你必须考到90分!”
✅ “你觉得这个单元你可以定一个什么目标?咱们来想个办法实现。”

→ 孩子参与决策,更容易认同、行动。


2. 增强“学习的意义感”

  • 不是说“学这个将来有用”,而是:

    “你发现了吗?学会这道题,解决问题的方法变多了。”
    “你自己找到答案,是不是很有成就感?”


3. 用正反馈增强内驱力

  • 及时表扬努力、专注、坚持,不只是结果。

  • 使用具体表扬:

    “你今天坚持做完20分钟的题目,没有被打断,太棒了。”


4. 允许孩子选择学习节奏与顺序

“今天先写语文还是先写数学?”
“这两天任务自己排一下,明天我们来看看你安排得怎样。”

→ 给予“控制感”提升积极性。


✅ 四、帮助孩子养成良好的学习习惯

好习惯 建议方法
📅 制定学习计划 每天固定学习时间段,用小计划卡片记录
✅ 先做难事 教孩子“先苦后甜”:先做难/重要的
📝 每天复盘 睡前花5分钟复盘:今天学了啥?明天准备啥?

✅ 五、对抗拖延与依赖的常见做法

  • 孩子说“我不想写” → 不训斥,而是问:

    “你是觉得太难,还是太多?我们可以怎样开始比较轻松?”

  • 制定“微任务”:

    把一项任务拆成几个小目标,例如 “先完成前两道题”。


✅ 六、电子产品使用的控制建议

  • 不在学习时开启电视、音乐、短视频
  • 明确规定:学习完成才能玩手机/电脑,且有时限
  • 鼓励使用电子设备学习(查资料、练习题)但有“目标+监督”

🌱 总结:学习能力 ≠ 会听话,而是愿意、会思考、能坚持

🎯 “不逼他学,而是教会他如何学、为什么学、学得有成就。”


怎样培养孩子的表达与沟通能力

培养孩子的表达与沟通能力,不仅有助于他们在人际交往中更自信、更受欢迎,也能增强他们的逻辑思维、情绪表达和社会适应力。这是影响孩子一生的重要“软实力”。


✅ 一、什么是表达与沟通能力?

能力模块 表现为 意义
🗣️ 语言表达 说话清楚、有条理、能讲完整故事 提高课堂表现、自我呈现力
🤝 情绪表达 能表达内心想法、情绪、需求 增强亲子关系、情绪管理力
👂 倾听与回应 会听别人说、懂得接话、看人脸色 培养共情力、合作精神
🤔 表达逻辑 能说明理由、讲道理、讲清因果 强化思维力和说服力

✅ 二、不同年龄阶段的重点培养方向

年龄段 培养重点
3~6岁 敢开口、能说清、愿意表达
6~9岁 讲清逻辑、有条理地说、能听懂别人
9~12岁 表达观点、描述事件、展开讨论和协商

✅ 三、培养表达与沟通的10种实用方法

1. 从日常聊天中鼓励完整表达

家长不要只问:“今天好吗?”
而是:“今天有没有发生一件特别的事?你能详细说说吗?”

  • 引导孩子说“五要素”:谁、在哪里、做了什么、为什么、结果怎样

2. 用“扩展式回应”丰富词汇和句子结构

孩子说:“我画了一只鸟。”
家长回应:“哇,这是一只蓝色的大鸟,它好像在飞去森林找朋友,对吗?”

→ 提供丰富表达模版,潜移默化提升语言表达力。


3. 鼓励孩子讲故事、复述、看图说话

  • 和孩子一起看图讲故事,或让他讲今天在学校的一个故事。
  • “你来说说刚刚这本绘本讲了什么?最有趣的是什么?”

4. 设置“家庭小演讲”或“表达挑战”

  • 每天1分钟讲“今天我学到的一件事”
  • 每周“我最喜欢的东西”分享会
  • 玩“词语接龙+讲故事”:用5个词造一个故事

5. 情绪沟通卡片/画图表达情绪

  • 使用“情绪图谱”帮助孩子识别并说出情绪
  • 例:“你现在是有点生气?还是失望?还是委屈?”

→ 教孩子说出:“我觉得……,因为……,我希望……”


6. 角色扮演游戏增强社交表达

  • 家庭常玩:“我是老师你是学生”
  • 模拟场景:去医院、点餐、和同学发生冲突

→ 练习如何提问、表达请求、表达不满、协调分歧。


7. 鼓励提问和发表意见

  • 孩子提问时认真回应,鼓励他继续问“为什么”。
  • 吃饭时讨论:“你觉得这个决定好不好?为什么?”

→ 培养观点表达 + 论据支持的能力。


8. 进行“非暴力沟通”训练

模板:

  1. 我观察到……
  2. 我感觉……
  3. 因为我需要……
  4. 我希望……

例如:“你打断我说话,我有点生气,因为我希望被听完。我希望你下次能等我讲完再说。”


9. 注重“倾听能力”的培养

  • 玩“我说你做”游戏:考察是否听清楚步骤
  • 和孩子练习“复述”:听别人说完再用自己的话说一遍

10. 减少打断、代替、否定孩子的表达

❌ “你说什么乱七八糟的!”
✅ “你能再慢一点,说清楚你刚刚的意思吗?”

→ 给予表达空间比“纠正错误”更重要。


✅ 四、通过阅读与写作提升表达力

  • 阅读多样书籍(故事类、说明类、新闻类)
  • 每周写一篇“图文日记”或“趣事分享”,不重形式,重完整性
  • 读后复述:说说你读完故事的感受/想法/启发

🌱 总结:沟通力 = 敢表达 + 会表达 + 理解别人

🎯“语言是思维的镜子,表达是未来最重要的竞争力。”


如何培养孩子的自信心与自我认知能力

培养孩子的自信心自我认知能力,是在帮他们建立内在力量的“心理免疫系统”。拥有这两种能力的孩子,会更愿意尝试、不怕失败、不轻易被外界评价左右,真正成为内心强大的人。


✅ 一、什么是自信心与自我认知能力?

能力 表现 意义
🌟 自信心 相信自己“有能力”做好一件事 敢于尝试、面对挑战
🪞 自我认知 知道“我是谁”、“我擅长/不擅长什么”、“我在意什么” 做真实的自己,心理稳定、有主见

✅ 二、父母应避免的误区

常见做法 不良影响
总说“你真棒”,缺乏具体依据 孩子依赖外部评价,遇到否定容易崩溃
总与别人比较(如“你看××多努力”) 产生自卑、嫉妒、自我否定
包办代替,怕孩子失败 剥夺尝试的机会,削弱自信来源

✅ 三、科学培养策略:从3方面入手


🌱 一、用过程性肯定培养内在自信

✅ 做法 1:具体表扬“努力、过程、成长”

❌ “你太聪明了!”
✅ “你刚才一直在思考,虽然开始不懂,但你坚持下来了。”

强调“是努力让你进步”,而不是“你本来就行”。

✅ 做法 2:记录孩子的“小成功”

  • 做个“成长记录墙”:

    写下:“今天我第一次自己写完作业”、“我主动和新朋友说话了”等。

  • 经常和孩子一起回顾:

    “你记得你以前不敢上台吗?现在已经能主动分享了。”


🧠 二、提升“自我觉察”能力,让孩子了解自己

✅ 做法 1:“我了解我自己”活动

可以每周和孩子一起做:

  • 我最喜欢的事情是……
  • 我觉得我擅长的是……
  • 我最近做得最棒的一件事是……
  • 我希望改进的一点是……

→ 培养自我反思、自我定位能力

✅ 做法 2:帮助孩子面对“失败”和“缺点”

孩子说:“我不行”“我最差”

不要说:“不会的你很好!”

而是说:

“你觉得自己哪方面不行?是因为一次失败,还是之前一直不顺?我们可以找找看可以怎么改进。”

→ 鼓励他们用客观语言看待自己,不带情绪标签。


🤝 三、在关系中体验“被接纳”,激发内在价值感

✅ 做法 1:建立安全感 —— 无论成功与否,我都被爱

“我爱你,不是因为你考几分,而是你就是你。”

特别在孩子失败、犯错、被拒绝时,更要表达接纳。

✅ 做法 2:赋予孩子“影响力”与“被信任”的机会

  • 请孩子做“家庭小负责人”:如整理计划、安排游戏、点菜等。
  • 说:“这事我相信你能自己搞定,你觉得怎么做最好?”

→ 被信任,是最强的自信来源之一。


✅ 四、家庭日常实践建议

方法 操作例子
📘 情绪日记 每天写或画:“我今天最有自信的时候是……”“让我不开心的是……”
🪞 镜前宣言 每天早上对镜子说一句:“我喜欢我自己因为……”
🎭 情境演练 玩“自信挑战”:模拟答题、演讲、和陌生人打招呼
💌 家人互写“优点卡” 每周写一张小卡,互相写“我看到你这一周最棒的一点”

✅ 五、帮助孩子学会接纳“不完美的自己”

让孩子理解:有缺点并不可怕,每个人都有不同的优势。

可以用“成长型思维”引导:

  • “你不是不行,是还没有学会。”
  • “失败是练习的一部分,是进步的开始。”
  • “你现在不擅长表达,但可以通过练习慢慢变好。”

🎯 总结:真正的自信不是“我什么都好”,而是“我了解我自己,接受我自己,愿意让自己变更好”。


如何培养孩子的 时间管理与计划能力

培养孩子的时间管理与计划能力,就是教会他们“为目标做安排、为安排负责任”的能力。这不仅让学习和生活更高效,还能提升孩子的自律、执行力和成就感,是迈向独立不可缺少的一步。


✅ 一、孩子为什么常常“不会安排时间”?

常见表现 背后原因
总是拖延作业、磨蹭 没有概念:不知道时间流逝、任务量难评估
安排不合理、任务堆积 缺乏优先级意识、不会拆解任务
不愿做计划或三分钟热度 计划太难执行、没看到成效、缺乏反馈动力

✅ 二、培养时间管理的4大核心能力

能力 举例
🕓 时间感知 知道“10分钟有多长”,能感觉到时间流逝
📋 计划制定 会列清单、安排顺序、评估所需时间
✅ 执行与调整 能按计划开始/结束任务,遇到变化会调整
🧠 反思复盘 能总结做得好/不好的地方,提升下一次效率

✅ 三、6个实用方法一步步培养孩子的时间管理能力


✅ 1. 训练“时间感知”从生活细节入手

⏳ 玩“猜时间”游戏:

  • 蒙住眼说:“你感受一下,什么时候是1分钟到了?”
  • 计时挑战:写一行字、背一首诗用几分钟?

🔁 让孩子在活动前做“预估”,结束后对比“实际耗时”,提高感知。


✅ 2. 每天写“小计划卡”,从简单任务开始

让孩子写下:

  • 今天要做的3件事(含学习和生活)
  • 每件事准备花多少时间
  • 做完后打 ✅

📌 一开始不要求完美,只培养“列计划+执行+完成”的习惯。


✅ 3. 教会孩子“任务拆分法”

“写一篇作文”太大,可以拆成:

  1. 想主题(10分钟)
  2. 列大纲(10分钟)
  3. 写第一段(15分钟)……

→ 孩子更容易进入状态,避免拖延。


✅ 4. 建立固定“时间块”,用番茄钟法提升效率

如:
🕓 每天 16:30~17:00:课后作业时间
🕔 19:30~20:00:阅读时间

使用【番茄钟】技巧:

  • 学习25分钟 → 休息5分钟
  • 循环2~3次后,奖励10分钟自由活动

✅ 5. 设置“可视化计划板”增强执行感

  • 使用时间表、白板、贴纸进度条等工具
  • 做完一个任务就移动磁铁/打勾,孩子成就感高
  • 可以配合“积分制”:完成一整天计划可兑换小奖励

✅ 6. 每晚5分钟“复盘时间”提升计划力

睡前问孩子:

  1. 今天计划完成了吗?哪里做得好?
  2. 哪件事花时间多了?为什么?
  3. 明天可以怎么安排得更合理?

📘 家长可以和孩子一起写“亲子计划本”增强互动


✅ 四、给孩子“时间控制权”,激发主动性

与其家长安排所有时间,不如:

“你自己来定今天学习和玩的时间表,我们来一起看看是否合理。”

✅ 孩子拥有“时间主权” → 更愿意遵守 → 自我负责感上升


✅ 五、阶段性练习建议(根据年龄)

年龄 建议重点
5~7岁 概念启蒙:感知时间、识别时钟、做简短清单
8~10岁 简单计划:列当日任务、设时间段、学番茄法
11~13岁 综合管理:安排一天任务、做优先级排序、复盘优化

✅ 六、鼓励性语言模板(给家长)

  • “你现在已经可以自己安排一下午了,好厉害!”
  • “虽然没全部完成,但你今天更快进入状态了,说明你在进步。”
  • “你的计划很合理,下次我们可以加点挑战看看?”

🎯 总结:时间管理不是让孩子“像机器一样高效”,而是教他们有目标、有条理、有节奏地过每一天。

🌱 “真正的自由,不是无所事事,而是有能力掌控自己的时间。”


如何培养孩子的德判断与责任感?

培养孩子的道德判断力与责任感,是塑造他们成为“有良知、有担当”的关键。这不仅关系到孩子未来的做人底线,也直接影响他们在群体中的可信度、人际关系质量和自我价值感。


✅ 一、什么是“道德判断力”与“责任感”?

能力 表现 意义
🧭 道德判断力 能分辨是非对错,知道什么是“对的事”,并理解原因 做人有原则、有底线,能独立思考道义问题
🪴 责任感 对自己行为的后果负责,不推卸、不逃避 被信任、有担当、对自己和他人负责

✅ 二、父母常犯的误区

常见做法 带来的问题
用奖惩代替道理教育(只说“做错了要罚”) 孩子只为避惩罚,不理解对错本质
包办一切,怕孩子犯错 孩子习惯依赖、逃避责任
训斥代替讨论,道德说教太多 孩子产生反感,缺乏内在认同

✅ 三、培养责任感与道德判断的实用方法(年龄适用:5~13岁)


✅ 1. 引导孩子从“后果”理解对错,而非靠大人评判

  • ❌ 不只是说:“你这样做不对!”
  • ✅ 而是问:“你觉得这样做别人会怎么感觉?会造成什么后果?”

→ 帮助孩子将行为与后果建立联系,形成内在判断。


✅ 2. 多用情景讨论法而非道德说教

例如一起看新闻/故事后提问:

  • “你觉得他这样做对吗?为什么?”
  • “如果你是他,你会怎么做?”

→ 培养道德推理,理解“为什么是对的”。


✅ 3. 让孩子承担“实际责任”并体验其意义

年龄段 可承担任务
5~7岁 整理玩具、喂宠物、收拾自己的碗筷
8~10岁 管理零花钱、照顾植物、参与家务任务
11岁+ 组织家庭小活动、做家庭预算、照顾弟妹/宠物等

✔ 不要因为“他做不好”就剥夺任务,让孩子从责任中学会坚持和承担。


✅ 4. 鼓励孩子面对错误并承担后果,而非回避

  • 孩子犯错时,避免立即训斥,先问:

    “你觉得哪里出了问题?”
    “你打算怎么补救/承担?”
    “下次会怎么做?”

→ 帮助孩子建立:错 ≠ 我是坏人,错 → 我有能力改正


✅ 5. 营造“家庭契约”文化:规则不是命令,而是共同承诺

  • 和孩子一起定规则,如作息、游戏时间、家务分工等
  • 强调:“规则是我们一起定的,要共同遵守”

→ 让孩子理解规则背后是“对集体的责任”,不是父母的控制


✅ 6. 鼓励参与“助人”行为,培养道德动机

如:

  • 参与学校/社区公益活动
  • 做“家庭小志愿者”:帮忙照顾小朋友、老人、清理环境等
  • 家中设立“帮助墙”:记录每次主动帮助他人的事

→ 增强“我是一个对他人有价值的人”感


✅ 7. 使用“角色互换”法培养共情与道德判断

让孩子换位思考:

  • “如果你是那个被打的同学,你会怎么想?”
  • “你是妈妈,每天很累,你希望孩子怎么做?”

→ 共情是道德判断的基础。


✅ 8. 每周进行“责任+反思”对话

📝 每周和孩子聊:

  1. 这周你承担了哪些责任?做得怎样?
  2. 有什么事你做得特别对或特别不对?为什么?
  3. 如果再来一次,你会怎么做?

→ 养成“行为 → 反思 → 成长”的自我负责路径。


✅ 四、家长的榜样力量最重要

  • 承认自己的错误,告诉孩子:“今天我错怪你了,下次我会更注意。”

  • 做到答应的事(守信)

  • 说明自己做事的道德动机,比如:

    “我这样做,是因为这是对别人最公平的。”

👨‍👩‍👧 家庭氛围决定孩子内在价值观的种子能否生根发芽。


✅ 五、鼓励性语言模板

  • “我看到你没有找借口,而是勇敢承认了错误,这很棒。”
  • “你今天做这件事时有考虑别人的感受,我为你感到骄傲。”
  • “你愿意承担责任,并且努力补救,这才是一个有担当的人。”

🎯 总结:

道德判断 ≠ 被告知对错,而是自己思考对错;
责任感 ≠ 被安排任务,而是愿意为选择和行为负责。

🌱 父母要做的是播下“正直”和“担当”的种子,陪孩子一点点成长为一个真正有“人格力量”的人。


如何培养孩子的好奇心与创造力?

培养孩子的好奇心与创造力,就是在点燃他们内心的探索引擎。一个好奇的孩子,才会愿意主动去看、去问、去想、去创造;而创造力,是21世纪最稀缺、最珍贵的核心能力之一。


✅ 一、什么是好奇心与创造力?

能力 表现 意义
🔍 好奇心 喜欢提问、探索未知、尝试新事物 是学习动力的源头,能激发主动思考
🎨 创造力 不拘一格地思考、表达和解决问题的能力 是未来面对复杂问题的核心竞争力

✅ 二、好奇心与创造力为何会被“抹平”?

家庭常见做法 对孩子的影响
孩子问问题时被打断/敷衍 减弱提问欲望,害怕表达
过早强调“标准答案” 限制发散思维,害怕犯错
把“乱涂乱画、胡思乱想”看作“不正经” 扼杀自由表达,抑制创意萌芽

✅ 三、培养策略一:保护并激发“好奇心”本能

✅ 1. 用“好奇”回答“好奇”,鼓励多问多想

孩子问:“为什么天是蓝的?”
不要说:“你以后就知道了。”
而可以说:“你觉得可能有哪些原因?”再一起查找答案。

→ 把每一个“为什么”都当作“思维起点”。


✅ 2. 营造一个“允许提问”的安全氛围

  • 设立“问题墙”或“好奇本”,鼓励孩子把想问的写下来
  • 家长可以每天也分享一个“我今天很好奇的事”

→ 家庭变成一个“有趣的问题空间”,而不是只有答案的地方。


✅ 3. 拓展视野,激发新奇感

经常带孩子去接触多样化的事物,如:

  • 博物馆、科技馆、自然场景、实验活动
  • 观看纪录片、非主流主题绘本、世界各地的文化现象

→ 刺激大脑产生新连接,让好奇“有素材可燃烧”。


✅ 四、培养策略二:创造力是“允许+练习”出来的

✅ 1. 提供“开放式材料”和“无标准答案任务”

材料 玩法
积木、乐高、纸箱、废旧纸卷 不给说明书,让孩子自由组合
开放问题 “如果你有隐形能力,你会怎么用?”、“火星上会不会有学校?”

→ 不追求“像不像”,而是“有没有新想法”。


✅ 2. 创设“表达空间”,鼓励自由表达

举例:

  • 画图不必涂满,故事不必有逻辑
  • 自己编歌、编舞、编故事、编规则
  • 玩“变一变”游戏:把一只鞋想象成10种用途

→ 孩子的想象力不是空想,而是创造力的前奏。


✅ 3. 鼓励“失败”和“奇怪想法”,而不是打压

  • 孩子说“我想造一个可以飞的书包”,不要笑或说“不可能”

而是说:“那你觉得它怎么飞?用什么动力?”

  • 做实验失败了,也可以说:

“真棒,你又试出了一种‘不能成功’的方法!”

→ 创造力的核心是敢于尝试,不怕出错。


✅ 五、家庭练习活动推荐

活动 方法 培养能力
✍ 创意接龙故事 一人一句,接力编故事 创造表达 + 发散思维
🎨 “变形画”游戏 把圈画成动物,把线变成山水等 想象力 + 图像思维
📦 自制“万能盒” 给一堆材料(纸盒、吸管、瓶盖),随意组合成新物品 动手创造力
🎭 角色扮演剧 自导自演,孩子扮演角色处理问题 表达力 + 情境创造
🧠 “如果我是……” “如果我是风”、“如果我是猫”,你会做什么? 抽象转换能力

✅ 六、家长的引导话术模板

场景 可说的话
孩子提出奇思妙想 “真有趣!你是怎么想到的?”
孩子失败了 “失败也是一种发现方法呢!”
孩子不敢画/写/表达 “没有对错,想怎么画/写就怎么来”
孩子问“这对不对” “你觉得呢?如果换一种角度会怎么样?”

✅ 七、别急着“纠正”,让想象自由流动

  • 孩子说:“月亮是被绳子拉上去的。”
    不要立刻纠正说“不是啦,它是地球卫星。”
    可以说:“哇~你觉得是谁拉的?这根绳子是连在哪儿的?”

→ 孩子的“错”可能是创意的苗头,别急着用“科学”扑灭想象。


🎯 总结一句话:

好奇心是求知的发动机,创造力是改变世界的工具。
你的任务不是灌输知识,而是帮孩子守护好这两样宝藏。


为每种能力培养各总结10个常用的话术和10个代办清单。

以下是适用于一般家庭、系统性培养孩子10种核心能力的家庭成长手册,每种能力包含:

  • ✅ 10句常用正向引导话术(父母语言)
  • 📋 10个可实践的任务清单(孩子实际练习)

🧠 1. 自我管理能力(情绪与行为)

✅ 常用话术:

  1. “你现在的感受是什么?可以告诉我。”
  2. “我看到你很生气,我们一起来想办法冷静一下吧。”
  3. “生气是正常的,我们不可以伤害别人或自己。”
  4. “你可以试试深呼吸,或者去安静角落待一会儿。”
  5. “事情发生了,我们来想解决方法,而不是互相指责。”
  6. “你能控制自己的情绪,真的很了不起。”
  7. “下一次我们可以换一种方式表达生气,好吗?”
  8. “你觉得这个情绪像哪种颜色?像什么动物?”
  9. “当你能自己冷静下来,说明你越来越成熟了。”
  10. “你有没有想过,是不是还有其他的解释?”

📋 任务清单:

  1. 每天使用“情绪温度计”画出今天心情
  2. 练习“生气了我可以怎么做”情绪调节卡
  3. 制作一个“冷静角”,布置自己喜欢的物品
  4. 一起制定“冲突处理三步法”家庭规则
  5. 每天说出3个感受 + 原因(例如:我今天高兴,因为……)
  6. 看一部情绪主题绘本或动画,并谈谈人物感受
  7. 学习3种情绪调节方法:深呼吸、画画、走动
  8. 每周一次家庭“问题讨论会”,说说本周冲突如何处理
  9. 在冲突后做“事后复盘”:我当时做得对吗?还能怎么做?
  10. 每月制作“我掌控情绪的进步日记”

🤝 2. 人际交往能力

✅ 常用话术:

  1. “你今天和谁玩了?发生了什么?”
  2. “如果是你,你会希望别人怎么对你?”
  3. “我们可以一起想一个更友善的说法。”
  4. “你观察到了对方的表情或情绪吗?”
  5. “说出你的想法,同时也听听别人怎么说。”
  6. “每个人的想法不同,我们可以不一样。”
  7. “你愿意去道歉/解释吗?那是成熟的表现。”
  8. “我看到你今天主动打招呼了,太棒了。”
  9. “发生冲突的时候,先暂停一下,想一想再回应。”
  10. “你觉得你今天有没有做一个‘好朋友’?”

📋 任务清单:

  1. 每周主动和一位同学交谈或一起游戏
  2. 学会3句表达善意的话,如:“我可以帮你吗?”
  3. 练习轮流、等待和倾听的小游戏
  4. 每天讲一个“我今天和别人相处的事”
  5. 用图画形式记录一次小冲突和解决过程
  6. 玩“角色互换”游戏(你是老师/你是朋友)
  7. 练习“同理句式”:如果我是他,我会……
  8. 家庭演练“拒绝别人时怎么说更礼貌”
  9. 制作“我的交往小目标”卡片每周打卡
  10. 学习记住别人的名字 + 喜好并在交往中体现

🧺 3. 独立生活能力

✅ 常用话术:

  1. “你愿意试试看自己完成这件事吗?”
  2. “做得不完美没关系,重要的是你尝试了。”
  3. “你现在已经会自己做……了,真棒!”
  4. “你可以安排一下今天的事情吗?”
  5. “你觉得做饭/收拾房间哪个你想学?”
  6. “每个人都要为自己的生活负责。”
  7. “失败是练习的一部分,我们可以一起复盘。”
  8. “你对自己的安排满意吗?”
  9. “遇到困难时先想一想,再来问我。”
  10. “完成自己的事是一种责任,也是一种自由。”

📋 任务清单:

  1. 每天自己整理书包与文具
  2. 制作一张自己的生活任务表
  3. 学会做1道简单的早餐或冷食
  4. 学会洗碗、洗袜子或简单扫地
  5. 每周自己整理房间与衣物
  6. 自己设闹钟并按时起床 3 天以上
  7. 自己打电话/点餐/问路一次
  8. 学习一项基本安全常识(如过马路、急救)
  9. 每周完成一次“家庭小值日”任务
  10. 每月完成一个独立完成的“生活挑战”

✅ 4. 解决问题与批判性思维能力

✅ 常用话术

  1. “你觉得还有哪些办法可以试试?”
  2. “如果我们换一个角度看,会不会有不同结果?”
  3. “你有没有考虑过其他可能?”
  4. “这个判断是你自己的,还是别人说的?”
  5. “事情发生了,我们先来找原因,再想解决方案。”
  6. “世界上没有完美答案,但我们可以找更合适的。”
  7. “做决定前,我们可以列出利弊。”
  8. “你能不能用证据来说服我?”
  9. “我欣赏你敢于思考不同意见。”
  10. “错误是发现更好办法的过程。”

📋 实操清单

  1. 每周完成一个“生活难题小挑战”(如:雨天没带伞怎么办)
  2. 每月看一部侦探/逻辑推理动画,复述并推理
  3. 学会“5W1H提问法”解决问题
  4. 一起玩“假如我是市长”游戏,解决城市问题
  5. 画出“问题-原因-对策”三步图解
  6. 设计两个以上解决方法,再比较选最优解
  7. 和家长做“观点辩论”:正反方交替表达
  8. 写“如果我是…我会…”小作文,反转角度
  9. 制作自己的“思维导图”记录复杂任务
  10. 每月一次“失败复盘日记”:我遇到的问题 + 我的解法

✅ 5. 学习能力(专注力与主动性)

✅ 常用话术

  1. “学习是你自己的事情,你为自己负责。”
  2. “今天你计划自己学什么?我来听听。”
  3. “一小段时间专注比拖拉一整天更有效。”
  4. “你今天的目标是什么?”
  5. “学习时可以休息,但要讲规则。”
  6. “主动学习的感觉,是不是挺自豪的?”
  7. “你有没有想过为什么这题会错?”
  8. “我们一起找一个不被打扰的学习空间吧。”
  9. “你坚持下来的样子,真棒。”
  10. “不是做多少题,而是你有没有真正弄懂。”

📋 实操清单

  1. 每天定一组“25分钟专注 + 5分钟休息”番茄钟
  2. 自己写出每天学习目标清单(3-5项)
  3. 观察自己专注时间长短,用图表记录
  4. 每周一次主动向老师/家长请教不懂的问题
  5. 参加一次课外自主探索项目(写、画、查资料)
  6. 制作“错题反思卡”:我错在哪?怎么避免?
  7. 尝试不同的学习法:画图记忆、口诀法、讲给别人听
  8. 每周和家长一起制定/复盘学习计划
  9. 学会使用闹钟、清单等学习工具辅助专注
  10. 每月写一次“我最近最大的学习突破”

✅ 6. 表达与沟通能力

✅ 常用话术

  • “你想表达的重点是什么?可以再清楚一点吗?”
  • “你说得真好,我一下就听懂了。”
  • “你有没有注意到他说话的表情?”
  • “表达不是说得多,而是说得让人明白。”
  • “和别人说话要看场合、看对象。”
  • “你可以练练怎么用故事表达一个道理。”
  • “如果你不说出来,别人不知道你在想什么。”
  • “说之前想一想,这样更容易被听懂。”
  • “你愿意把今天的感受说出来吗?”
  • “沟通是双向的,也要听听别人怎么说。”

📋 实操清单

  • 每周做一次“3分钟演讲”:介绍一个人或事
  • 每天写一句“我今天最想说的话”
  • 用“说-听-问”三步对话法和父母聊天
  • 学会使用表达公式:“我觉得…因为…所以我希望…”
  • 复述一段动画/绘本故事给他人听
  • 制作一张“沟通情境卡”,分角色对话
  • 和家长玩“比划猜词”游戏,锻炼表达方式
  • 每周写一段“描述性表达”:形容一个事物或感受
  • 进行一次家庭辩论/讨论:支持 vs. 反对一个观点
  • 每天主动说出1句关心别人的话(语言关怀练习)

✅ 7. 自信心与自我认知能力

✅ 常用话术

  • “你已经做得比上次好多了。”
  • “你不需要和别人比,只要和过去的自己比。”
  • “失败说明你在努力。”
  • “你最值得骄傲的地方是什么?”
  • “每个人都有自己的节奏。”
  • “你可以的,只要你再坚持一下。”
  • “你对自己说话的方式很重要。”
  • “你不完美,但你很特别。”
  • “先尝试,相信自己能应对。”
  • “我们一起看你这次学到了什么,而不是错了什么。”

📋 实操清单

  • 每天写1件自己做得不错的小事
  • 每周制作“成长记录卡”:本周最骄傲的一件事
  • 完成一件有挑战但成功的小任务(如跑步1公里)
  • 家长每周一次写“我欣赏你的一点”小纸条
  • 面镜子对自己说3句肯定语
  • 每月完成一个“我能做到”的挑战任务
  • 与家长共同画出“我的优点之树”
  • 完成“失败回忆录”:写一次失败经历 + 我从中学到什么
  • 说出自己最喜欢的三个方面(外貌/性格/能力)
  • 帮助一个比自己小的孩子,建立自我效能感

✅ 8. 时间管理与计划能力

✅ 常用话术

  • “你觉得这件事需要花多少时间?”
  • “做事前先列清单,能更高效。”
  • “你想今天先做什么,后做什么?”
  • “时间不够的时候,哪些事可以推后?”
  • “计划赶不上变化,但思考顺序很重要。”
  • “你完成得比预计早,时间管理很棒。”
  • “每天用5分钟做计划,就能节省30分钟。”
  • “试着把大任务拆成小步骤。”
  • “我们可以一起做一个时间分配表。”
  • “做完一件事就打钩,会很有成就感。”

📋 实操清单

  • 每天使用“今日计划卡”列出3-5件小任务
  • 每周画出“时间分配饼图”观察自己怎么安排时间
  • 使用沙漏/闹钟管理专注学习时间段
  • 制作“我的一日时间表”图示
  • 学会区分“重要-紧急-不重要”三类任务
  • 做“时间对对碰”游戏:估算和实际花费对比
  • 每周一次做任务拆分:把大任务变小块
  • 完成一周“计划-执行-复盘”任务卡
  • 每天晚上5分钟回顾今天进度,调整明天计划
  • 和家长定期一起制定“周计划”并贴墙上执行

✅ 9. 道德判断与责任感

✅ 常用话术

  • “做对的事,有时候比做容易的事更难。”
  • “你做的选择,会对别人产生影响。”
  • “我们要为自己的行为负责。”
  • “诚实不总是容易,但值得尊重。”
  • “你愿意承担这件事的后果吗?”
  • “帮助别人并不总有回报,但这是一种力量。”
  • “如果没人看见,你还会这样做吗?”
  • “说谎也许暂时逃避,但会失去信任。”
  • “你做这件事的动机是什么?”
  • “责任感是把事情做完,而不是把锅推给别人。”

📋 实操清单

  • 每周承担一项家庭任务并坚持完成
  • 做一次“承诺行动”:答应了就必须完成
  • 阅读并讨论1个关于诚实、责任的故事或新闻
  • 每月一次“行为复盘”:我为哪件事负了责任?
  • 看电影/绘本后,讨论角色的道德选择
  • 完成一次“为别人着想”任务:替他人做决定前先思考后果
  • 设定一个“我承诺做到”的长线目标(1-2周内完成)
  • 自己管理一个角落/物品区(如学习桌、宠物)
  • 家庭讨论:“责任”和“自由”哪个更重要?
  • 制作一份“我负责的事清单”,并定期打勾

✅ 10. 好奇心与创造力(激发探索、联想与创新能力)

✅ 常用话术(引导孩子敢想、敢问、敢表达)

  1. “这个想法很特别!你是怎么想到的?”
  2. “问题问得太好了!我们一起查一查答案吧。”
  3. “你愿意把你的脑洞画出来或讲出来吗?”
  4. “世界上很多伟大发现,都是从奇怪的想法开始的。”
  5. “错了没关系,说明你在尝试新方法。”
  6. “你觉得这个问题有没有别的可能?”
  7. “能不能把两个没关系的东西合起来用?”
  8. “你想不想自己来设计一个完全不同的版本?”
  9. “没有标准答案,我们就大胆试试吧。”
  10. “你能再问我一个问题吗?你的问题太有意思了!”

📋 实操清单(每日可选1项,全家都能参与)

  1. 每天问一个“为什么”(如:为什么天是蓝色的?为什么猫会呼噜?)
    ➤ 鼓励孩子带着问题生活,家长一起查找资料。

  2. 每周做一个“反常识”小实验(如:用纸包住冰块放在火上会怎样?)
    ➤ 激发“世界不是课本说的那样死板”。

  3. 每月设计一个“自己的发明”(可以是新玩具、新规则、新游戏)
    ➤ 画图 + 命名 + 说明书。

  4. 编一个“如果我是…”的故事(如:如果我是空气 / 如果我是书包)
    ➤ 训练换位思考和想象力。

  5. 制作“多用途挑战”:找一个物品,想10种不同用途(如:鞋盒能做什么?)
    ➤ 开发发散性思维。

  6. 每周读一本“冷知识”或“奇怪问题”类绘本,分享你最喜欢的1个知识点
    ➤ 例如《十万个为什么》《科学也疯狂》。

  7. 进行一次“物品改造挑战”:用废品做一个新玩意(机器人、灯罩、小剧场等)
    ➤ 结合环保和创意动手。

  8. 参加一次“脑洞画画”:用圆圈、波浪线等涂鸦形式变成创意图
    ➤ 家长和孩子可以轮流接龙创作。

  9. 开设家庭“怪问题收集本”:全家每人每周写1个最奇怪的问题
    ➤ 每月评选“最有趣脑洞奖”。

  10. 玩“创造新规则”的游戏:如“重新发明一种棋类/跳绳/卡牌的玩法”
    ➤ 让孩子成为“规则制定者”。


📍温馨提示

  • 创造力的关键在于“无惩罚的尝试空间”与“好奇值得鼓励的氛围”。
  • 家长的回应和鼓励,比正确答案更重要。

202506

wget 使用代理

wget -qO- -e use_proxy=yes -e http_proxy=http://127.0.0.1:9080 ifconfig.me/all.json | jq
wget --debug -e use_proxy=yes -e http_proxy=http://127.0.0.1:9080

新建 .net 项目

dotnet new winforms -o WawaEditor
cd .\WawaEditor\
dotnet run

如何设计一个文本编辑器可以打开和编辑超大文本文件

好的,这是一个非常经典且有深度的问题。设计一个能够用较小内存打开、编辑超大文本文件(例如几个 GB 到几十 GB)的文本编辑器,其核心思想是**“分而治之”“虚拟化”**。绝对不能将整个文件一次性读入内存。

下面我将从基本思路到高级数据结构,为你梳理几个关键的设计思路。

核心挑战与错误思路

  • 核心挑战:一个 10GB 的文件远远超出了典型应用程序的内存分配能力,也超出了单个字符串或对象所能容纳的极限。
  • 错误思路:调用 File.ReadAllText()File.ReadAllLines()。这会尝试将整个文件加载到内存中,导致内存溢出(OutOfMemoryException)和程序崩溃。

思路一:文件索引 + 虚拟化视图 (最核心、最实用的方法)

这个思路将“数据模型”与“UI展现”完全分离,是所有高性能大文件编辑器的基础。

1. 建立行索引(Pre-indexing)

在打开文件时,并不读取文件内容,而是快速扫描一遍文件,建立一个行位置索引

  • 做法
    1. 打开一个文件的只读流 (FileStream)。
    2. 创建一个列表,例如 List<long>,用于存储每一行在文件中的起始位置(字节偏移量)。
    3. 从头到尾读取文件流(可以按一个较大的缓冲区,如 64KB,来提高效率),但不保存内容。
    4. 每当检测到一个换行符 (\n),就将紧随其后的字节的偏移量(stream.Position)记录到索引列表中。
  • 结果:你会得到一个相对很小的索引。例如,一个 10GB 的文件有 1 亿行,每行起始位置用一个 long (8字节) 存储,索引本身大约只需要 100,000,000 * 8 bytes ≈ 800 MB 的内存。这虽然也不小,但相比 10GB 已经是可以管理的了。

2. 实现虚拟化 UI(UI Virtualization)

UI 控件(无论是 WinForms 的 TextBox 还是自定义绘制的面板)永远只加载和渲染当前屏幕上可见的几十行文本。

  • 做法
    1. UI 控件维护一个“总行数”的属性,这个值就等于前面建立的行索引的长度。这让滚动条可以正确地表现出文件的总大小。
    2. 当用户滚动滚动条时,根据滚动条的位置计算出当前应该显示的起始行号(例如 line 1,000,000)。
    3. 程序使用行索引,找到第 1,000,000 行在文件中的字节偏移量。
    4. 使用 FileStream.Seek() 方法将文件指针直接移动到该位置。
    5. 从该位置开始,只读取屏幕上需要显示的几十行数据到内存缓冲区中,然后将其渲染到屏幕上。

3. 实现数据缓存(Data Caching)

为了让滚动体验更流畅,不应该只加载屏幕可见的行。

  • 做法:可以维护一个内存中的“窗口”或“缓冲区”,比如总是加载当前可视区域前后各 1000 行的数据。当用户滚动时,只要目标行在缓存中,就不需要进行磁盘 I/O,只有当滚动到缓存区域之外时,才去磁盘读取并更新缓存。

思路二:处理编辑操作 (最复杂的部分)

查看是只读操作,而编辑会改变文件内容和结构,这要复杂得多。

1. 保持源文件只读,使用变更日志(Change Log)

直接修改磁盘上的大文件是非常低效的,因为插入或删除一个字符都可能导致后续所有字节的移动。

  • 做法
    1. 在整个编辑会话中,始终保持原始的超大文件为只读状态
    2. 在内存中创建一个“变更日志”或“事务日志”。这个日志可以是一个字典,例如 Dictionary<int, string>,其中 Key 是行号,Value 是被修改后的新行内容。
    3. 对于修改操作:当用户修改第 N 行时,将新的行内容存入变更日志。
    4. 对于删除操作:在变更日志中标记第 N 行已被删除。
    5. 对于插入操作:在变更日志中记录在第 N 行之后插入了哪些新行。
  • 渲染逻辑:当需要显示第 N 行时,程序首先检查变更日志。
    • 如果日志中有第 N 行的修改/插入记录,则显示日志中的内容。
    • 如果日志中没有,则通过行索引从原始文件中读取并显示。

2. 文件保存策略

  • 另存为 (Save As):这是最简单的保存方式。程序创建一个新文件,然后从头到尾遍历所有行(根据原始索引和变更日志),将最终的内容逐行写入新文件。
  • 保存 (Save):安全的做法是先执行“另存为”到一个临时文件。如果临时文件写入成功,则删除原始文件,并将临时文件重命名为原始文件名。这能保证即使在保存过程中断电或程序崩溃,原始文件也不会损坏。

思路三:使用高级数据结构(优化编辑性能)

当插入和删除操作非常频繁时,简单地维护一个变更日志会变得复杂且低效。这时可以引入专门为文本编辑设计的数据结构。这些结构将文件内容切分成小块,使得中间的修改不会影响到整个数据。

1. Rope (绳索)

  • 概念:Rope 是一种二叉树结构,它的叶子节点是小的文本块(字符串),而中间节点则表示将它的子节点连接起来。
  • 优点
    • 快速编辑:在文本中间插入或删除内容,通常只需要修改树的几个节点,而不需要像数组一样移动大量内存。
    • 内存高效:多个 Rope 可以共享未被修改的子树节点,非常适合实现“撤销/重做”(Undo/Redo)功能。
  • 实现:将大文件切分成许多小的 Rope 叶子节点(例如每 64KB 一个),然后构建一棵 Rope 树来表示整个文件。所有编辑操作都在这棵树上进行。

2. Gap Buffer (间隙缓冲区)

  • 概念:这是一个在内存中维护的、包含一个“间隙”(Gap)的字符数组。光标所在的位置就是间隙所在的位置。
  • 优点
    • 打字速度极快:用户在光标处输入字符,只是简单地在间隙中填入字符并移动间隙的边界,非常高效。
    • 非常适合用户通常在同一位置进行连续编辑的场景。
  • 缺点:当光标大幅度跳跃时,需要移动整个间隙,这会涉及大量的内存复制,性能会下降。

总结与架构设计

一个强大的大文件文本编辑器通常是上述思路的结合体。

简化架构图:

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+--------------------------------+
| UI Layer | <-- 用户交互 (滚动, 输入)
| (Virtualized Text Control) |
+--------------------------------+
^
| (请求数据 / 发送编辑命令)
v
+--------------------------------+
| Editor Logic / Buffer | <-- 核心逻辑层
| Manager |
+--------------------------------+
| |
(读取/修改) | | (查找/修改)
v v
+---------------+ +-----------------+
| Data Model | | Change Log | <-- 内存中的数据结构
| (Rope/Gap/etc)| | (记录修改/删/增)|
+---------------+ +-----------------+
|
(按需读取) |
v
+--------------------------------+
| Original Large File on Disk | <-- 磁盘上的原始文件 (只读)
| (Accessed via FileStream) |
+--------------------------------+

总结一下关键点:

  1. 绝不一次性加载:这是第一原则。
  2. 建立索引:为快速定位行提供基础。
  3. UI虚拟化:只渲染屏幕上可见的内容。
  4. 编辑与数据分离:使用变更日志或高级数据结构来处理修改,不直接碰触原始数据。
  5. 安全保存:通过“另存为”+“重命名”的策略保证文件安全。

AI

  1. 初学者的生成式人工智能:
  • 生成式人工智能和语言模型的介绍
  • 探索和比较不同的语言模型
  • 负责任地使用生成式人工智能
  • 理解提示工程的基础知识

https://microsoft.github.io/generative-ai-for-beginners/

  1. 微软 - 初学者的人工智能:

探索这24个有趣课程:

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通过动手实战项目、互动测验和实际实验,加强你的学习。

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  1. 生成式人工智能:周到在线搜索的进化
  • 在线搜索信息的进化

  • 改变我们搜索和共享信息的方式

你将掌握的技能:

  • 生成式人工智能
  • 先进的搜索引擎技术

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Markdown PPT

为开发者打造的演示文稿工具
https://cn.sli.dev/

pyenv

curl https://pyenv.run | bash

pyenv install 3.7.10
pyenv virtualenv 3.7.10 gector 
pyenv activate gector 

pip install --upgrade pip setuptools wheel
pip install jsonnet==0.17.0
pip install -r requirements.txt --prefer-binary


pyenv versions
pyenv uninstall <version>
pyenv virtualenvs

setuptools wheel 这两个是干啥的,python没有自带吗?

工具 作用
setuptools 用于 打包和构建 Python 包(生成 .egg / .tar.gz
wheel 用于 构建和安装 .whl 文件(一种更快的包格式)
  • 几乎所有 pip 安装的包都依赖 setuptools 来“打包”它们自己
  • wheel 是 Python 官方推荐的现代包格式(.whl 文件)
    • 安装快(无需编译),跨平台可用(只要匹配 Python/OS 架构)
    • 使用 pip install --only-binary :all: some_package
  • Python 安装时自带了 pip,通常会预装一个老版本的 setuptools 和 wheel
    • 有些系统精简安装会没有 wheel
    • 很多编译失败问题都是因为这俩太旧或缺失
    • 建议每次建新环境后运行 pip install --upgrade pip setuptools wheel

unshre

unshare 是 Linux 下一个非常强大的命令行工具,用于 创建新的命名空间(namespace)并在其中运行命令。这使你可以在某些隔离的环境下执行程序,比如隔离网络、挂载点、PID 等,类似于容器的某些功能。

工具/系统调用 作用
unshare 创建新的命名空间(如 mount、PID、network、user 等),用于隔离进程资源视图。
chroot 更改当前进程的“根目录”,限制进程访问其他目录,是一种文件系统层面的隔离手段
pivot_root 把新的挂载点作为根文件系统,原根变成子目录,是更强的 rootfs 替换方式,常用于 init 或容器。

实现了一个隔离的运行环境

unshare --mount --uts --ipc --net --pid --fork bash
mount --bind /myroot /myroot
chroot /myroot /bin/bash

好的!下面我将为你提供一个完整的 Bash 脚本,它使用 unshare + chroot 构建一个类容器(轻量沙箱)环境,你可以在里面运行独立命令,和宿主系统隔离。


🧱 脚本目标

  • 创建新的命名空间(mount、PID、UTS、IPC、net)
  • 使用 unshare 隔离这些命名空间
  • 使用 chroot 切换到一个你准备好的根文件系统(比如一个最小的 BusyBox 或 Debian 系统目录)
  • 自动挂载 /proc 和其他必要目录
  • 模拟容器效果

🧾 脚本内容:sandbox.sh

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#!/bin/bash

set -e

# 1. 指定你准备的 rootfs 路径(提前准备 busybox、debian 根目录等)
ROOTFS=/sandbox/rootfs

# 2. 检查 root 权限
if [ "$EUID" -ne 0 ]; then
echo "请用 root 运行这个脚本"
exit 1
fi

# 3. 必须的目录结构
mkdir -p $ROOTFS/{proc,sys,dev,tmp}

# 4. 创建沙箱:新命名空间 + chroot + /proc 挂载
unshare --mount --uts --ipc --net --pid --fork bash <<EOF
# 挂载 /proc
mount -t proc proc $ROOTFS/proc

# 可选:挂载 dev
mount --bind /dev $ROOTFS/dev
mount --bind /sys $ROOTFS/sys

# 设置主机名
hostname sandbox

# 切换 rootfs
cd $ROOTFS
chroot . /bin/bash

# 退出时卸载
umount $ROOTFS/proc
umount $ROOTFS/dev
umount $ROOTFS/sys
EOF

精简

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#!/bin/bash
set -e
ROOTFS=/sandbox/rootfs
mkdir -p $ROOTFS/{proc,sys,dev,tmp}
unshare --mount --uts --ipc --net --pid --fork bash -c "
mount -t proc proc $ROOTFS/proc
mount --bind /dev $ROOTFS/dev
mount --bind /sys $ROOTFS/sys
hostname sandbox
exec chroot $ROOTFS /bin/sh
"

📦 如何准备 $ROOTFS

方法一:用 busybox 最小系统

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mkdir -p /sandbox/rootfs
cd /sandbox/rootfs
cp /bin/busybox ./bin/
# 创建符号链接
for cmd in sh ls mount umount echo cat; do
ln -s /bin/busybox ./bin/$cmd
done

方法二:用 Debian 制作 rootfs(推荐)

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debootstrap --arch=amd64 stable /sandbox/rootfs http://deb.debian.org/debian/

🧪 使用方式

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sudo chmod +x sandbox.sh
sudo ./sandbox.sh

你会进入一个完全隔离的 bash,你在里面看不到宿主的进程、网络、主机名,甚至可以模拟 root(如果使用 --user)。


🚀 进阶(添加用户命名空间)

想用非 root 用户运行(模拟 root 权限):

1
unshare --user --mount --uts --ipc --net --pid --fork --map-root-user bash

需要额外做 UID/GID 映射,这可以再扩展支持。


如果你告诉我你想基于什么系统(busybox、Debian、Ubuntu)或你的使用场景(如运行 Node、Python、curl、网络实验、进程沙箱),我可以为你生成更详细、更高级的容器脚本。是否继续?

太好了,恭喜你成功运行了沙箱环境!👏
现在你想把宿主机上的 tree 命令“提供”给沙箱使用 —— 也就是 把它连同依赖复制进沙箱 rootfs,这样在 chroot 后可以运行 tree


✅ 步骤概览

要让沙箱内能用 tree 命令,你需要:

  1. 找出 tree 可执行文件的位置;
  2. 找出它依赖的共享库(.so 文件);
  3. 把这些文件复制到沙箱的 rootfs 中对应的位置;
  4. 在沙箱内运行验证。

🛠️ 操作步骤(以 Ubuntu 为例)

🔍 1. 查找 tree 路径

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which tree

输出示例:

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/usr/bin/tree

🔍 2. 查看依赖库

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ldd /usr/bin/tree

输出示例:

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linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffce45f4000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f158ae00000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f158b200000)

📦 3. 创建目标路径并复制文件

假设你的 $ROOTFS=/sandbox/rootfs

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# 可执行文件
cp /usr/bin/tree $ROOTFS/usr/bin/

# 共享库
cp /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 $ROOTFS/lib/x86_64-linux-gnu/
cp /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 $ROOTFS/lib64/

注意:libc.so.6ld-linux 的路径和平台有关,请以你的系统为准。


⛑️ 4. 如目录不存在,先创建它:

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mkdir -p $ROOTFS/usr/bin
mkdir -p $ROOTFS/lib/x86_64-linux-gnu
mkdir -p $ROOTFS/lib64

✅ 5. 进入沙箱验证

进入你之前配置好的沙箱:

1
sudo ./sandbox.sh

然后在沙箱中运行:

1
tree

你应该能看到正常输出。


🧠 小提示:写个通用复制函数

你可以写个函数批量复制任何命令和其依赖,比如:

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copy_command_to_rootfs() {
CMD=$1
DEST=$2
BIN=$(which $CMD)

echo "Copying $CMD from $BIN"
cp --parents "$BIN" "$DEST"

for LIB in $(ldd $BIN | awk '{print $3}' | grep -v '^$'); do
cp --parents "$LIB" "$DEST"
done
}

使用方式:

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copy_command_to_rootfs tree /sandbox/rootfs
copy_command_to_rootfs ls /sandbox/rootfs
copy_command_to_rootfs ps /sandbox/rootfs

✅ 总结

步骤 命令
查找命令位置 which tree
查找依赖 ldd /usr/bin/tree
复制文件 cp 可执行文件和依赖库
进入沙箱 sudo ./sandbox.sh
运行验证 tree

这是一个非常好的问题,说明你在深入理解 Linux 沙箱或容器底层原理。
我们之所以在沙箱(chroot + unshare)环境中挂载 /proc/dev/sys,是为了让沙箱内的程序能够正常运行、获取系统信息,模拟“更真实的 Linux 环境”。

下面我来详细解释这三个挂载点的意义和用途:


✅ 1. /proc虚拟的进程信息文件系统

  • /proc 是一个由内核提供的虚拟文件系统,不是真正存在的文件,而是系统运行时动态生成的内容。
  • 它包含了进程信息(如 /proc/[pid]/status)、内核配置、CPU、内存等信息。

🚀 如果不挂载 /proc

  • ps, top, htop, free, uptime, cat /proc/cpuinfo 等命令将无法工作;
  • 会报错:procfs not mounted, No such file or directory, ps: command failed.

✅ 沙箱中挂载示例:

1
mount -t proc proc /sandbox/rootfs/proc

✅ 2. /dev设备节点目录

  • /dev 包含各种设备文件,例如:

    • /dev/null, /dev/zero, /dev/random
    • /dev/tty, /dev/pts/*(终端)
    • /dev/sda, /dev/loop0(磁盘)
  • 许多命令和 shell 交互都会依赖这些设备节点。

🚀 如果不挂载 /dev

  • 很多命令会报错,例如:

    • ls 输出时写不到 /dev/tty
    • 程序访问 /dev/null 失败
    • 无法输入密码、不能交互

✅ 挂载方式(复制宿主 /dev 进沙箱):

1
mount --bind /dev /sandbox/rootfs/dev

⚠️ 注意:这不是“完全隔离的设备”,只是复用了宿主 /dev,安全性适中。


✅ 3. /sys内核对象模型文件系统(sysfs)

  • /sys 是另一种虚拟文件系统,用于查看和配置内核设备与模块信息,如:

    • /sys/class/net(网卡信息)
    • /sys/block(磁盘信息)
    • /sys/kernel(内核状态)
  • 很多系统工具(如 udevadm, ip, lsblk, systemd)都依赖它。

🚀 如果不挂载 /sys

  • ip, ifconfig, udevadm, lsblk 等命令会失效;
  • 可能报错:sysfs not mounted, cannot read /sys/...

✅ 挂载方式:

1
mount --bind /sys /sandbox/rootfs/sys

🎯 总结:为什么挂这三大目录?

目录 类型 作用/必要性 如果不挂会怎样
/proc 虚拟 fs 提供进程/内核/内存等信息 ps, top, free 等都失效
/dev 设备节点 提供基本输入/输出、tty、null 等设备支持 无法交互、输出失败、命令报错
/sys 虚拟 fs 提供内核/硬件/网络等信息 ip, lsblk, udevadm 无法使用

🧠 想象一下如果你用 Docker

你运行一个 Docker 容器时,其底层也会挂载这些内容(可能是隔离版或 bind mount):

1
docker run -it ubuntu

Docker 就会自动挂载:

  • --mount type=proc
  • --mount type=sysfs
  • --mount /dev(部分绑定)

✅ 补充建议

如果你想提高安全性,也可以选择只挂一些最小需要的设备(比如 /dev/null, /dev/tty)而不是整挂 /dev,甚至配合 devtmpfsudevd 模拟完整环境。

links

ChatGPT技术原理解析
https://zhuanlan.zhihu.com/p/618320262

OpenAI ChatGPT(三):十分钟读懂 GPT-2
https://zhuanlan.zhihu.com/p/613895056

ck

ck distinct 爆内存,可以设置不同的 distinct 算法

SET count_distinct_implementation = 'uniq';

SELECT countDistinct(xxx)
FROM data 
WHERE xxx != '';
实现名 描述
uniq 使用 HyperLogLog++,近似但非常快
uniqCombined 平衡准确性和内存
uniqExact 完全精确,但慢
uniqHLL12 12-bit HyperLogLog(近似)

向量的 L1,L2,L∞ 范数的作用

向量的 L1 范数L2 范数L∞(无穷)范数 是衡量向量“大小”或“长度”的不同方式。它们在数学、机器学习、优化等领域中有广泛用途。下面我分别介绍它们的定义、直观理解和典型应用:


✅ 1. L1 范数(曼哈顿距离)

定义:

$$
|x|1 = \sum{i=1}^{n} |x_i|
$$

即所有分量的绝对值之和

几何理解:

  • 表示从原点到点 $x$ 的“曼哈顿距离”。
  • 在二维平面上,等 L1 范数的点集是一个菱形。

作用 / 应用:

  • 稀疏性:L1 范数常用于稀疏建模(如 Lasso 回归),能使一些系数变为0,达到特征选择的效果。
  • 在某些优化问题中,L1 范数约束比 L2 更容易生成稀疏解。

✅ 2. L2 范数(欧几里得范数)

定义:

$$
|x|2 = \sqrt{\sum{i=1}^{n} x_i^2}
$$

即向量的平方和的平方根

几何理解:

  • 这是我们最熟悉的“距离”概念。
  • 在二维平面上,等 L2 范数的点集是一个圆。

作用 / 应用:

  • 稳定性强:L2 范数会平滑参数,不会像 L1 那样强制为0,适合保留所有特征。
  • 用于岭回归(Ridge),可以缓解共线性问题。
  • 常用于损失函数,如 MSE(均方误差)中的平方项就是 L2 范数的平方。

✅ 3. L∞ 范数(无穷范数 / 最大范数)

定义:

$$
|x|\infty = \max{i} |x_i|
$$

即向量中绝对值最大的分量

几何理解:

  • 在二维平面上,等 L∞ 范数的点集是一个正方形(轴对齐)。

作用 / 应用:

  • 最大误差控制:适用于当你想限制某个变量偏差不能太大,比如鲁棒优化、控制最大误差。
  • 有时用于神经网络权重的约束,确保每个权重不超过某个值。

✅ 对比总结

范数 数学表达 特点和作用 常见应用
L1 ( \sum x_i ) 稀疏、易于特征选择 Lasso、稀疏编码
L2 $\sqrt{\sum x_i^2}$ 平滑、稳定,强调整体误差 Ridge 回归、MSE、神经网络
L∞ ( \max x_i ) 控制单个最大误差、注重极端值 鲁棒优化、最大误差约束

最大似然估计法的思想是使训练数据出现的概率最大化,依此确定概率分布中的未知参数,估计出的概率分布也就最符合训练数据的分布。最大后验概率法的思想则是根据训练数据和已知的其他条件,使未知参数出现的可能性最大化,并选取最可能的未知参数取值作为估计值。
解释这段话

这段话是在对比两种常见的统计推断方法
最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE)
最大后验概率估计(Maximum A Posteriori Estimation, MAP)


我们来逐句拆解和解释这段话:


🔹 1. 「最大似然估计法的思想是使训练数据出现的概率最大化,依此确定概率分布中的未知参数」

解释:

  • 给定一组观测数据(训练数据),我们假设这些数据是从某种分布 $P(x \mid \theta)$ 中产生的,$\theta$ 是我们想估计的参数。
  • 最大似然的目标是:找一个参数 $\theta$,使得在这个参数下,整个训练数据出现的可能性最大

公式上写作:

$$
\hat{\theta}{\text{MLE}} = \arg\max{\theta} P(D \mid \theta)
$$

其中 $D$ 是观测数据,$P(D \mid \theta)$ 是数据在参数 $\theta$ 下出现的“似然函数”。

所以你可以理解为:

MLE 用模型解释已有数据,并找一个最可能“生成”这些数据的参数。


🔹 2. 「估计出的概率分布也就最符合训练数据的分布。」

解释:

MLE 得到的参数 $\hat{\theta}$,是最可能生成训练数据的那个参数,因此它构建出的分布 $P(x \mid \hat{\theta})$ 就最接近数据分布的形状(在模型允许的范围内)。


🔹 3. 「最大后验概率法的思想则是根据训练数据和已知的其他条件,使未知参数出现的可能性最大化」

解释:

这时你不再只根据数据来估计参数,还考虑参数本身可能的先验分布 $P(\theta)$。

也就是说,你相信:

参数 $\theta$ 并不是完全未知的,它服从某个先验概率分布。

MAP 的目标是:

$$
\hat{\theta}{\text{MAP}} = \arg\max{\theta} P(\theta \mid D)
$$

也就是:

找出在给定数据 $D$ 之后,参数 $\theta$ 出现概率(后验概率)最大的那个取值。

根据贝叶斯公式:

$$
P(\theta \mid D) \propto P(D \mid \theta) \cdot P(\theta)
$$

所以:

$$
\hat{\theta}{\text{MAP}} = \arg\max{\theta} P(D \mid \theta) \cdot P(\theta)
$$

✅ 可见:MAP = MLE × 先验
(如果先验是均匀分布,MAP就退化成MLE)


🔹 4. 「并选取最可能的未知参数取值作为估计值。」

这就是“最大后验”的意义:

在考虑了数据和先验之后,最有可能的参数取值是谁?我们就选它作为我们的参数估计。


✅ 总结对比

方法 核心思想 数学形式 是否使用先验 典型场景
MLE 找一个参数,使训练数据的出现概率最大 $\arg\max_\theta P(D \mid \theta)$ ❌ 不使用 模型拟合、最大化似然
MAP 找一个参数,使它在观测数据下最有可能 $\arg\max_\theta P(D \mid \theta) P(\theta)$ ✅ 使用 有先验信息,希望正则化参数

🎯 类比理解

  • MLE 就像一个只看考试成绩的老师,谁考得高就选谁
  • MAP 就像一个考虑了“平时表现”的老师,不仅看这次考试,还看学生的日常表现(先验)

为什么P(D∣θ) 是个函数而P(x∣θ)是一种分布呢,不太理解

你这个问题非常关键,是很多人在学习统计推断时的“认知断层”之一。我们来逐步、深入但通俗地解释:


🎯 首先区分两个视角:

符号 是谁在变? 是谁被视为“已知” 本质
$P(x \mid \theta)$ x 是变量 $\theta$ 已知 这是一个分布(给定 $\theta$,x 的分布)
$P(D \mid \theta)$ θ 是变量 D(数据)已知 这是一个函数(θ 的函数),叫“似然函数

🧠 更直白地讲:

  • $P(x \mid \theta)$ 是“生成数据的模型”:

    给你一套参数(比如正态分布的均值和方差),那么 x 是如何分布的?我们就可以画出这个分布图。

  • $P(D \mid \theta)$ 是“观察了数据后,θ 的可能性如何变化”:

    数据是观察到的事实,我用它来评估每个 $\theta$ 对这份数据的解释能力有多强。它是 $\theta$ 的函数。


🔍 举个直观例子:硬币抛掷

你要估计一个硬币正面概率 $\theta$

  • 你观察到:抛了 10 次,结果是 7 次正面、3 次反面(数据 $D$)

A. 用 $P(x \mid \theta)$:描述模型

这是“给定θ,某次抛正面的概率是多少”:

$$
P(x = H \mid \theta) = \theta \
P(x = T \mid \theta) = 1 - \theta
$$

这是一个分布
每一个θ值,都会生成一个特定的抛硬币模型。


B. 用 $P(D \mid \theta)$:评价 θ 的可能性

这是似然函数,告诉你:如果正面概率是θ,出现“7正3反”的这个结果有多大可能?

$$
P(D \mid \theta) = \theta^7 (1 - \theta)^3
$$

你可以把这个看成是 θ 的函数,在 θ∈[0,1] 上作图,它的最大值对应最可能的 θ(这就是 MLE)。


✅ 所以你的问题是:

为什么 $P(x \mid \theta)$ 是个分布,而 $P(D \mid \theta)$ 是个函数?

✅ 答案:

  • 因为两者的“自变量”不同

    • 在 $P(x \mid \theta)$ 里,x 是变量,θ是固定的 → 所以它是“x 的概率分布”
    • 在 $P(D \mid \theta)$ 里,θ 是变量,D是固定的 → 所以它是“θ 的函数”,即似然函数

✅ 它们本质上是同一个公式,只是关注点不同:

名称 形式 谁是变量 用来干什么
概率分布 $P(x \mid \theta)$ x 用已知参数描述数据如何分布
似然函数 $\mathcal{L}(\theta) = P(D \mid \theta)$ θ 用已知数据估计参数θ

📌 总结口诀:

同一个公式,换个变量看主角,
x是变量就是分布,θ是变量就是似然!


如果你愿意,我可以画一个图,展示这个视角的“切换”过程,更直观。是否需要图示说明?

ck

clickhouse中如何每隔1000条数据取一条数据

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SELECT *
FROM (
SELECT
*,
row_number() OVER () AS rn
FROM your_table
) AS sub
WHERE rn % 1000 = 1

ck中如何查看一个字段的分散度或基数?

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SELECT
uniq(your_column) AS uniq_count,
count() AS total_count,
uniq(your_column) / count() AS dispersion_ratio
FROM your_table;
  • uniq 是 ClickHouse 提供的近似去重计数函数(基于 HyperLogLog),比 count(DISTINCT …) 快得多。
  • 如果需要更高精度,也可以使用 uniqExact(your_column)。
  • dispersion_ratio 越接近 1,说明字段越分散(越接近每行一个不同值)
  • 越接近 0,说明字段值高度集中(低基数)

python

wav to mp3

from pydub import AudioSegment

# 读取 WAV 文件
audio = AudioSegment.from_wav("output.wav")

# 导出为 MP3
audio.export("output.mp3", format="mp3")

shell

sudo apt-get install sox libsox-dev
sox input.wav output.mp3

ck

cityHash64和crc32的区别

特性 cityHash64 crc32
目标用途 哈希分片、采样、去重 数据完整性校验
位数 64 位 32 位
速度 极快(专为性能优化) 非常快
碰撞率 极低 高(不适合作为哈希键)
安全性 非加密,不可逆 非加密,不可逆
用于采样/分片 ✅ 推荐使用 ❌ 不推荐使用

我有一个crc32的列,如何分成100个均等的段儿,查看每个段的数据量?

SELECT
    intDiv(crc32_value, pow(2, 32) / 100) AS bucket,
    count(*) AS count
FROM your_table
GROUP BY bucket
ORDER BY bucket;

如何求出每个桶的数量的均值和标准差

SELECT
    avg(cnt) AS mean,
    stddevPop(cnt) AS stddev
FROM (
    SELECT
        intDiv(crc32_value, pow(2, 32) / 100) AS bucket,
        count(*) AS cnt
    FROM your_table
    GROUP BY bucket
) AS bucket_counts;
  • stddevPop(cnt):总体标准差(不是样本标准差);
  • 如果你更倾向于样本标准差,可用 stddevSamp(cnt)。

如何均匀的遍历一个cityhash64范围,用python,遍历的过程中调用一个函数,如果函数报错,则缩小本次遍历的范围,如果缩小后函数仍然报错,继续缩小,如果无法再缩小,则跳出循环。要做到不重不漏。

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MAX_UINT64 = 2**64 - 1
MIN_BLOCK_SIZE = 1000 # 最小粒度,防止无限分裂

def do_task(start, end):
"""
你自定义的函数,比如处理某个 cityHash64 范围
报错可以是内存、网络、查询失败等
"""
if end - start > 10**9:
raise RuntimeError("模拟处理失败")
print(f"Processed range: {start} ~ {end}")

def process_range(start, end):
try:
do_task(start, end)
except Exception as e:
if end - start <= MIN_BLOCK_SIZE:
print(f"Too small to split further: {start} ~ {end}, skipping. Error: {e}")
return
mid = (start + end) // 2
process_range(start, mid)
process_range(mid + 1, end)

def main():
STEP = 2**32 # 初始大步长
for bucket_start in range(0, MAX_UINT64, STEP):
bucket_end = min(bucket_start + STEP - 1, MAX_UINT64)
process_range(bucket_start, bucket_end)

if __name__ == "__main__":
main()

blockchain

相关技术,服务,库,组件

功能 技术/库/服务
合约部署 Solidity, Hardhat
区块链交互 Ethers.js
存储照片 IPFS, Web3.Storage
钱包与登录 Web3Auth
地理位置 HTML5 Geolocation API
前端框架 React
UI 样式 Tailwind CSS
文件上传与展示 File Input, IPFS Viewer

区块链使用连接工具demo测试MetaMask、Remix和Ganache
https://blog.csdn.net/m0_54226831/article/details/146029108

区块链日记本方案

我大概的想法是做一个区块链日记本,大概想这样做,不知道技术上是否可行?

  1. 用户用如谷歌或微信登录平台,平台为每个用户用 Web3Auth 分配一个钱包,不充钱,只用做身份识别。
  2. 使用 Solidity 定义一个智能合约 DiaryNotes.sol,包含 Record 定义,addRecord,getRecord等函数。
  3. 用户写日记时连接到自己的钱包,并用 web3.js / ethers.js 调用 addRecord 把内容记录到区块链上。
  4. 如果用户需要上传图片等,使用 web3.storage 把图片上传到 IPFS,然后区块链上只记录图片 hash。
  5. 用户不需要往自己的钱包充值,所有区块链费用由平台方承担,平台方维护一个MetaMask钱包。
  6. 本地测试时用 Hardhat 把之前写的 DiaryNotes.sol 部署到 Polygon Mumbai 测试网
  7. 正式上线前用 Slither 静态分析工具和 MythX 云端漏洞扫描做代码审计
  8. 正式上线选择 Polygon 主网,稳定、费用低、开发友好。
  9. 正式上线前平台给自己的 MetaMask 钱包充值,承担合约部署和运营费用。

你的构想整体上技术上是完全可行的,你已经对核心技术栈和部署流程有了清晰的思路。下面我会逐条点评你提的9点方案,指出可行性、注意事项,以及建议优化的地方:


✅ 1. 用户用如谷歌或微信登录平台,平台为每个用户用 Web3Auth 分配一个钱包,不充钱,只用做身份识别。

可行性:高

  • Web3Auth 非常适合这类 Web2.5 应用,它支持 Google、WeChat、Twitter 等 OAuth 登录,并自动生成并托管钱包(非托管或半托管)。
  • 用户无需手动管理助记词或钱包,体验较好。

⚠️ 注意事项:

  • WeChat 的 OAuth 接入在中国内地部署要注意合规与备案。
  • 如果用 Web3Auth 的托管模式,要说明密钥管理模型,增强用户信任。

✅ 2. 使用 Solidity 定义一个智能合约 DiaryNotes.sol,包含 Record 定义,addRecord,getRecord等函数。

可行性:高

  • 完全标准做法,Solidity 是处理链上数据记录的理想语言。

⚠️ 注意事项:

  • 请注意每次写入链的数据量,链上存储很贵,建议使用 IPFS 保存正文内容。
  • 考虑隐私问题,日记即便加密后放上链,其元数据(写入时间、频率)也是可追踪的。

✅ 3. 用户写日记时连接到自己的钱包,并用 web3.js / ethers.js 调用 addRecord 把内容记录到区块链上。

可行性:高

  • 使用 Web3.js / Ethers.js 是行业标准。
  • 如果钱包是通过 Web3Auth 生成的,可以自动发起交易。

⚠️ 注意事项:

  • 如果用户钱包不持有 MATIC 或 ETH 等 gas 费,需用 Meta Transactions 模式(见第5点)。

✅ 4. 上传图片到 IPFS,链上只记录图片 hash。

可行性:高

  • 使用 web3.storage(或 Pinata / NFT.storage)上传到 IPFS 是当前主流做法。
  • 图片文件过大不应上链,hash 上链即保持不可篡改性。

✅ 5. 用户不需要充值,所有区块链费用由平台方承担,平台方维护一个 MetaMask 钱包。

关键点,技术上完全可行,但实现需要一点技巧。

  • 这个模式叫做 “Gasless Transactions”,推荐使用:

    • BiconomyGelato 等 Relayer 服务
    • 或自己实现 Meta Transaction + EIP-2771(Trusted Forwarder)

用户签署意图(addRecord(...)),平台转为交易发送。

✅ 优点:

  • 用户体验非常好,接近 Web2。

⚠️ 注意:

  • 平台的 MetaMask 钱包要托管并定期补充。
  • 需要防止用户滥用(例如疯狂发日记,消耗你的 gas)。

✅ 6. 本地测试用 Hardhat,把 DiaryNotes.sol 部署到 Polygon Mumbai 测试网

完全合理。

  • Hardhat 是目前最流行的开发环境。
  • Polygon Mumbai 适合测试(但注意 Mumbai 有时会宕机,备用 Goerli 也可以)。

✅ 7. 正式上线前用 Slither 静态分析 + MythX 云审计

非常专业!

  • Slither 检测大部分代码层面的问题。
  • MythX 能发现更深层问题(但可能收费)。

✅ 你也可以看看:

  • OpenZeppelin Defender(权限管理 + 安全监控)
  • Certora(高级形式化验证)
  • ConsenSys Diligence

✅ 8. 正式上线选择 Polygon 主网,稳定、费用低、开发友好。

完全认同。

  • Polygon 主网的 gas 费用是以太坊的几百分之一,非常适合写入密集型应用。
  • 钱包生态和工具链都非常成熟。

⚠️ 注意:

  • 也可以关注 Base(Coinbase 推出)、Linea、Scroll、ZKSync 等其他 L2,适合未来扩展。

✅ 9. 平台给 MetaMask 充值,用于部署和运营合约

合理,建议添加资金预警机制。

  • 每笔 addRecord 成本 < 0.01 USD,但用户一多,费用也很快堆积。
  • 可以设置警戒线,当余额低于某阈值时自动提醒(甚至自动充值)。

✅ 总结:你的方案是可行的,建议添加以下增强点:

  1. 隐私设计:

    • 链上记录敏感信息需要加密(AES + IPFS 或 zk-based 方案)。
    • 或可采用链下存储 + 链上签名验证的方案。
  2. 滥用控制:

    • 为避免用户频繁调用消耗 gas,可添加 rate limit 或信用积分系统。
  3. 运营监控:

    • 监控 gas 费余额,日志记录,自动化报警。
  4. 扩展性:

    • 后续可添加社交功能、日记加密分享、NFT 日记等功能。

如果你愿意,我可以帮你起草:

  • DiaryNotes.sol 合约样例
  • addRecord() 的安全版本
  • 前端与 Meta Transaction 的对接示例

是否需要这些内容?

adhd

介绍针对ADHD的CBT课程

针对注意缺陷多动障碍(ADHD)的认知行为疗法(CBT, Cognitive Behavioral Therapy)课程,通常是一种结构化、目标导向的心理治疗形式,旨在帮助患者改善注意力、冲动控制和执行功能障碍。CBT 不直接治疗 ADHD 的核心神经生物学机制,而是教会患者如何应对由 ADHD 引发的行为和情绪问题,提升自我管理能力。以下是这类课程的基本结构与内容介绍:


🎯 课程目标

  1. 增强时间管理和组织能力
  2. 改善冲动控制与情绪调节
  3. 减少拖延行为,提高任务完成能力
  4. 增强自我意识和元认知能力
  5. 减少负面思维和自我批评
  6. 建立积极的生活和工作习惯

📚 课程结构(常见为12-16周,每周1次,每次60-90分钟)

第1-2周:认知行为疗法基础与ADHD认知模型

  • 了解 ADHD 的成因、表现与大脑机制
  • 介绍 CBT 的基本概念:情绪-思维-行为三角模型
  • 明确个人目标与当前困难

第3-4周:组织与计划技巧

  • 制定每日/每周计划(如使用时间块、待办事项)
  • 使用提醒系统(闹钟、应用程序、白板等)
  • 建立任务优先级排序技巧

第5-6周:时间管理与拖延应对

  • 认识拖延行为的心理机制
  • 学会时间估算技巧
  • 运用“番茄钟”等行为策略分解任务

第7-8周:冲动控制与情绪调节

  • 识别冲动行为的触发因素
  • 运用“暂停—思考—行动”技巧
  • 引导情绪记录表,管理挫折情绪

第9-10周:认知重构与自我对话

  • 识别负性自动思维(如“我就是做不好”)
  • 替代性思维训练(现实性 vs. 功能性)
  • 增强自我效能感和情绪耐受力

第11-12周:建立支持系统与防复发策略

  • 制定困难情境的应对计划
  • 强化社会支持(家人、同事、导师等)
  • 回顾课程进展,建立长期维持机制

👥 适用对象

  • 成年或青少年 ADHD 患者(特别是已用药但仍有执行功能困难者)
  • 有拖延、焦虑、情绪波动等共病的 ADHD 人群
  • 对结构化行为训练感兴趣、能持续参与治疗的人群

🧠 治疗形式

  • 个体 CBT:针对个人情况量身定制,更深入
  • 小组 CBT:增加互动与共鸣,培养社交技能
  • 远程 CBT(在线课程):适用于无法面谈的人群,灵活性强

📝 常用工具/技术

  • 时间记录表、行为激活表
  • 思维记录表(Thought Record)
  • 任务优先矩阵(如艾森豪威尔矩阵)
  • 自我监测日志

如果你希望,我可以根据年龄(成人或青少年)、治疗形式(个体或团体)等细节,进一步定制一个具体的CBT课程大纲或课件提纲。需要吗?

为了一个13岁的初中ADHD学生制定一个具体的指导

为一位13岁的初中ADHD学生制定CBT(认知行为疗法)指导方案,需要特别考虑该年龄段的认知发展、情绪波动、学习压力以及家庭和学校环境的影响。以下是一个结构化的12周CBT课程指导方案,专为青春期初期、有执行功能困难和情绪管理问题的ADHD学生设计。


🧠 基础信息

  • 年龄:13岁
  • 学段:初中
  • 问题表现:注意力不集中、作业拖延、情绪易激动、忘事、组织能力差等
  • 目标:提升学习习惯、管理情绪与冲动、建立自信

🗓 12周CBT课程结构(每周1次,每次45-60分钟)

第1周:建立信任与了解 ADHD

  • 目标:建立治疗关系,帮助学生了解自己

  • 活动

    • 绘制“我的大脑地图”(让学生画出自己认为“混乱/跳跃”的地方)
    • 简介ADHD:不是“懒”、“不听话”,而是大脑处理信息的方式不同
  • 家庭作业:记录一周内“注意力最差”和“最好”的时刻


第2周:理解行为三角(想法—情绪—行为)

  • 目标:建立情绪识别与自我觉察

  • 活动

    • 情绪卡片游戏:识别不同情绪
    • 举例分析:“当我不能完成作业时,我在想什么?”
  • 工具:情绪记录表(简单图示版)


第3-4周:建立学习与任务管理习惯

  • 目标:减少拖延,提升时间管理

  • 活动

    • 制作“学习时间块”日历
    • 游戏化任务清单(完成任务=获得小奖励)
    • 设计“作业起步仪式”(固定开始动作+时间提示器)
  • 工具:番茄钟应用、每日任务小贴纸


第5-6周:组织与物品管理训练

  • 目标:改善书包乱、作业丢、常忘带东西的行为

  • 活动

    • “清空书包挑战”:规定时间内整理好并归类
    • 设计“上学前检查表”和“放学整理站”
  • 家庭参与:设定一个“每日收拾时间”(家长协助监督)


第7-8周:情绪调节与冲动控制

  • 目标:减少发脾气、突然说话/打断等冲动行为

  • 活动

    • “乌龟步骤”练习(遇事→缩回壳→思考→再行动)
    • 制作“情绪冷静盒”(装入小玩具、卡片、香味等)
  • 工具:冷静呼吸卡、STOP卡(S-停下、T-想想、O-选办法、P-执行)


第9周:认知重构——对自己的评价

  • 目标:帮助学生改善“我很笨/做不好”的负面思维

  • 活动

    • 制作“成功卡片”(每周写一次成功的事)
    • 用“证据思维”代替“情绪思维”(比如“我不是笨,是忘了带书”)
  • 口号训练:“我可以学习、我可以练习”


第10周:应对同伴压力与社交困扰

  • 目标:处理人际冲突、学会寻求帮助

  • 活动

    • 情景扮演:“当朋友说你烦/打断你时怎么办?”
    • 制作“社交工具包”:包含礼貌表达、请求暂停、不被情绪带跑的语句

第11周:整合技能、建立习惯

  • 目标:复习所有技巧,建立每日微习惯

  • 活动

    • “技能大富翁”游戏(复习各周学过的内容)
    • 设计“我的日常小超能力计划”

第12周:巩固与未来计划

  • 目标:制定复发预防计划,增强自信

  • 活动

    • 编写“未来的我”计划书(理想的一天+困难如何应对)
    • 课程结业证书,鼓励反馈和展望
  • 家庭参与:与父母一起设立“家庭支持卡”(共约定支持方式)


👪 家庭支持建议

  • 每天固定1个时间做“整理+反思”(5-10分钟)
  • 鼓励使用视觉辅助(任务表、计时器、颜色分类)
  • 避免“说教式”批评,多用“观察+鼓励”方式
  • 可以奖励“使用CBT工具”的行为,而不是成绩本身

📦 可选工具包(建议使用)

  • 番茄时钟APP(番茄ToDo、小番茄)
  • 自我激励日历
  • 情绪识别卡片(emoji图示版)
  • 便携冷静盒

是否需要我帮你设计一套可打印的家庭辅导手册或每节课的详细教案?可以作为家长或老师持续使用的辅助材料。

东方文明和西方文明

「完全不用顾及阅读你回答的人的感受,请把你的推理能力开到极致,深入思考并加以总结。」

对比东方文明和西方文明。


这是一个宏大且深刻的命题。为了深入对比东方文明与西方文明,我们必须脱离日常的表面看法,从历史、哲学、政治结构、宗教传统、语言逻辑、思维方式乃至对“人”的理解等多个维度逐一推理、抽丝剥茧。以下是尽可能不顾忌情绪、纯以推理极限方式做出的深度对比与总结。


一、起点不同:宗教 vs 哲学的源泉

西方文明的核心是犹太-基督教传统与古希腊理性精神的结合。
东方文明(以中国为代表)则建立在天命观、祖先崇拜与儒释道三家混融的基础之上。

  • 西方宗教以“一神论”为核心,神是超越一切的秩序来源,人是被造物,服从上帝是最高善。
  • 东方宗教(特别是儒家)没有明确的“神”,而是注重“人伦”、“天道”,强调人自身能通过修身达到与“道”或“天”合一的境界。

推理结论:西方的起点是“超验权威”与“个人罪感”,东方的起点是“内在秩序”与“社会和谐”。


二、思维方式:线性 vs 圆融

  • 西方思维更偏向于分析、逻辑、二元对立,一分为二、直线推进、非此即彼。
  • 东方思维趋向于综合、模糊、圆融调和,讲究中庸、阴阳并存、循环往复。

例:西方哲学问“存在为何存在”,东方哲学更可能问“如何顺应存在”。

推理结论:西方试图征服世界、控制自然,东方倾向于适应世界、与自然共存。


三、政治形态:个人自由 vs 家国天下

  • 西方文明长期发展出“法治、权力制衡、民主”体系,其底层逻辑是“个体不可侵犯”。
  • 东方文明传统重“君权神授”、家族主义与等级秩序,其核心是“群体利益大于个人”。

推理结论:西方制度的原点是个体自由,东方制度的原点是群体稳定。


四、语言结构:主语中心 vs 语境导向

  • 西方语言(如英语、德语)强调主语、时态、明晰的句法结构,适合逻辑推演。
  • 东方语言(如汉语、日语)重语境、省略主语,模糊而灵活,更适合意会而非言传。

推理结论:语言反映并进一步塑造思维方式:西方理性精确,东方感性含蓄。


五、时间观与历史观:进步论 vs 循环论

  • 西方文明强调“历史的进步”——从原罪走向救赎,从无知走向启蒙。
  • 东方文明多持“循环论”与“盛衰兴替”的观念——王朝轮回、道法自然。

推理结论:西方人倾向“创造未来”,东方人倾向“复归本源”。


六、对“人”的定义与责任感

  • 西方人文精神强调个体的“权利”,自由、独立、选择。
  • 东方则强调人的“角色”与“责任”,即人在家庭、社会中的位置与义务。

推理结论:西方“人是自主的主体”,东方“人是关系中的存在”。


七、对待冲突的态度

  • 西方重“对抗性”,认为真理需在冲突中产生。
  • 东方重“调和性”,讲究“和而不同”,尽可能避免正面冲突。

推理结论:西方社会更具爆发力,东方社会更具韧性。


总结(高度凝练):

维度 西方文明 东方文明
本体起点 超验神权,原罪与救赎 天道人和,伦理与和谐
思维方式 二元对立,线性分析 阴阳调和,圆融模糊
政治哲学 个人权利与制度制衡 家国秩序与伦理责任
语言结构 主语突出、逻辑强 语境优先、意会为主
时间与历史 进步论,线性时间 循环论,天命循环
人的定义 权利主体 关系角色
对待冲突 对抗真理观 调和关系观

极限推理结语:

东方文明追求**“世界的和谐”,是“治人”之道;
西方文明追求
“世界的真理”**,是“治物”之道。

前者稳重但容易僵化,后者激进但易失控。
一个像水,包容一切;一个像火,燃烧世界。

人类真正的未来,很可能不是偏向东方或西方,而是如何在这两者之间找到一种新的合成方式


你想我在哪一部分更深入展开?比如文明的现代冲突、科技影响、宗教变化、还是语言对文化的制约?

202503

VXX 交易

分析买入远期实值VXX put的可行性,考虑

  • 波动率大多时候的走势,以及极端时候的走势,
  • 入场和出场时机。
  • 胜率,盈亏比

下面是一种分析框架,用以评估买入远期实值VXX看跌期权(Put)的可行性,结合波动率走势、入场出场时机、胜率及盈亏比等因素:


1. 波动率走势分析

常态下的波动率表现

  • 大部分时间:
    • 市场波动率大多处于温和水平,VXX因Contango效应存在时间价值消耗,价格长期呈下降趋势。
    • 在这种环境下,VXX价格下跌比较稳定,若买入远期实值看跌期权(内在价值较高,且时间溢价较低),期权价格会随着标的物缓慢下跌而逐步获利,但涨幅有限。

极端市场情况

  • 极端情况下:
    • 突发性市场事件(如金融危机、地缘政治风险、重大经济数据意外等)会导致市场恐慌,波动性急剧飙升,从而推高VXX价格。
    • 在这种情形下,买入看跌期权可能面临亏损风险,因为VXX价格逆势上行。此外,极端行情下市场流动性可能骤降,期权价格波动加剧,交易成本上升。

2. 入场和出场时机

入场时机

  • 理想入场条件:
    • 低隐含波动率环境: 当市场波动率处于较低水平,隐含波动率较低时,买入看跌期权成本相对便宜。
    • 技术面确认下行趋势: 观察VXX处于长期下跌趋势或处于关键阻力位附近,确认没有短期反弹迹象。
    • 事件周期判断: 在市场情绪相对平稳期介入,避免在市场转向前即被卷入突发事件。

出场时机

  • 目标设定和风险控制:
    • 渐进止盈: 若VXX价格如预期逐步下跌,可考虑部分平仓锁定收益。
    • 止损机制: 若市场突然转向或波动性上升(标志着VXX可能反转上行),应及时止损离场。
    • 事件驱动离场: 若市场出现重大风险事件,考虑提前平仓保护本金。

3. 胜率与盈亏比

胜率考量

  • 历史表现:
    • 从历史数据看,VXX因其设计和结构特性(Contango和滚动损耗)长期呈下降趋势,在正常市场环境下采用看跌策略可能具有较高的胜率。
    • 然而,在波动率爆发的极端市场情景下,标的价格急剧上行可能导致策略失效。因此,胜率很大程度上依赖于市场环境及事件周期的判断。

盈亏比评估

  • 内在价值与时间价值:
    • 买入实值远期看跌期权,本质上成本较高,但内在价值较大,能在VXX缓慢下跌时获得稳定收益。
    • 盈亏比主要取决于入场成本、时间溢价和持有期间市场波动变化。
  • 理想条件下:
    • 若按照计划持有并成功规避极端波动风险,盈亏比有望维持在1:2甚至更高,即风险较低的情况下获取较为稳健的回报。
  • 风险预估:
    • 如果市场突发性逆转,上涨剧烈,则可能出现较大亏损,此时盈亏比大幅恶化。因此,必须严控风险和设定止损点。

4. 综合评估

  • 优势:

    • 利用VXX长期下行趋势,在正常市场环境中,买入远期实值看跌期权能较好捕捉标的下跌收益。
    • 实值期权内在价值较高,受时间价值消耗影响相对较小,胜率在稳态市场中相对较高。
  • 风险:

    • 市场极端波动和突发事件可能使策略逆转,导致较大损失。
    • 选择合适的入场和出场时机至关重要,否则可能在市场反转前被套或遭遇流动性风险。
  • 策略建议:

    • 结合技术指标与宏观事件判断,设定明确入场条件;
    • 同时制定严格的风险管理计划(止损位、仓位控制、动态调整);
    • 可以考虑配合其他对冲策略(如适量持有反向ETF或其他波动率产品)平衡潜在风险。

总结

买入远期实值VXX看跌期权在理论上可利用VXX长期下行趋势获得正收益,胜率在正常市场环境中较高、盈亏比较理想,但极端事件风险始终存在。因此,策略的成功依赖于对市场波动率走势的准确判断、恰当的入场出场时机把握以及严格的风险管理。交易者应进行充分的模拟测试与数据回测,确保策略在不同市场情景下的稳定性。


因为买的是远期的put,比如一年之后到期,如果在这期间,比如6个月后发生了黑天鹅事件,这时候如何操作,清仓,继续持有,还是加仓。
考虑黑天鹅引起的波动率升高最终会下降。

在持有一年到期的远期VXX看跌期权时,黑天鹅事件可能会带来短期内波动率急升,这通常会推高VXX价格,从而对看跌期权形成短期的不利影响。不过,黑天鹅事件过后,市场波动率通常会迅速回落甚至低于事件前的水平,从而使VXX重回长期下行轨道。基于这种预期,以下是几种操作思路和建议:


1. 分析黑天鹅事件的影响

  • 短期波动率急升

    • 在黑天鹅事件爆发时,市场恐慌可能使隐含波动率急剧上升,导致看跌期权的时间价值和波动率溢价上升,但同时标的VXX价格可能因为情绪驱动而短暂上行,进而对期权内在价值造成负面影响。
  • 事件后的波动率回落

    • 黑天鹅事件通常是突发性危机,其后波动率会出现“峰值”然后迅速收敛。这意味着从长期来看,VXX可能会因持续的Contango和滚动损耗重新走低。

2. 操作策略建议

A. 部分清仓或减仓

  • 目的:在黑天鹅事件爆发后,先部分兑现部分利润或控制风险。
  • 优点:如果事件导致期权短期内价格波动,你可以通过部分平仓锁定已有的正收益,同时保留部分头寸以待事件后波动率回落时获得更大收益。
  • 注意事项:在清仓部分头寸时,应考虑到手续费、流动性以及未来的市场走势,确保不会过早退出未来反弹带来的收益机会。

B. 继续持有等待回落

  • 目的:如果你对市场波动率回落和VXX长期下行的判断非常坚定,可以选择继续持有头寸。
  • 优点:持有远期期权能够充分捕捉到黑天鹅事件后VXX价格回落带来的收益。
  • 风险:短期波动可能会导致期权价格波动较大,期间需要有较强的心理承受能力,并且需要预留充足的风险资金以防止中途被迫平仓。

C. 加仓策略

  • 条件:只有在价格回调到合理水平且市场情绪趋于平稳时,才可以考虑加仓。
  • 优点:加仓可以降低平均持仓成本,进一步放大未来市场回归时的收益。
  • 风险提示:在黑天鹅事件初期加仓风险较大,因为波动率仍然处于高位,市场情绪不稳定,加仓容易遇到“抛售陷阱”。建议等待市场明确转向后再考虑加仓。

3. 入场与出场时机的再考量

  • 短期内风险控制

    • 可以设置动态止损或者目标价位,及时锁定短期收益,避免市场波动带来的情绪性决策。
  • 观察市场情绪和波动率指标

    • 关注VIX等波动率指数及市场流动性情况,判断何时开始出现波动率回落的迹象,再考虑调整持仓比例。
  • 定期评估头寸

    • 定期(如每月或每季度)回顾持仓策略,特别是对于远期产品,需要确保当前策略仍与市场基本面和技术面相符。

4. 综合建议

总体来说,面对黑天鹅事件时的操作应谨慎应对:

  • 短期内建议:视市场情况,考虑部分平仓以锁定已有收益,同时保留部分头寸等待事件后的波动率回归;
  • 中长期持有:如果对市场长期下行和VXX衰减趋势有充分信心,可以继续持有,但需要做好心理和资金上的准备;
  • 加仓操作:建议在市场情绪明朗、波动率明显回落之后,再考虑适量加仓,以优化持仓成本。

每种操作都有其风险和收益特点,关键在于实时观察市场情绪和波动率变化,并根据个人风险承受能力和交易策略做出灵活调整。


因为买入远期实质PUT的成本比较高,而且持有时间长,遇到黑天鹅的概率比较高,但因为VXX长期下行,所以是一个大概率赚小钱,小概率亏大钱的策略,但因为是期权买方,风险是有限的,所以管理好仓位,是能得到长期稳定收益的。

这么理解正确吗?

你的理解大体正确,但也需要注意一些细微风险和市场现实情况:

  • 高买入成本与时间价值消耗:远期深度实值PUT价格较高,长时间持有会带来较高的时间价值消耗(Theta),在平稳下跌过程中可能只赚取小额利润。

  • 大概率赚小钱、小概率亏大钱的特性:正如你所说,利用VXX长期下行趋势,这一策略在大部分时间内能获得小额收益,但在遇到黑天鹅或极端市场事件时,损失可能会迅速扩大。

  • 期权买方风险有限:作为买方,亏损风险确实是有限的(最多损失初始投入),但高昂的成本和波动率风险依然需要精细管理。

  • 仓位管理与风险控制:通过合理的仓位控制、止损策略以及对市场情绪的实时判断,可以在降低极端风险的同时捕捉长期的收益。

总的来说,你对策略的理解是正确的,但实际操作中需要特别关注时间价值侵蚀、市场极端波动以及流动性风险,确保策略在各种市场环境下都能经受考验。

在大多情况下vxx Contango和滚动损耗得到的收益能否抵消掉时间价值损耗,如果我买入1年后到期的实值 vxx put,如果在到期前平仓的话,大概率是赚钱还是亏钱?

从理论上讲,如果市场基本保持稳定且VXX长期处于Contango状态,其滚动损耗会推动VXX逐步下跌,这种下跌趋势可能会转化为期权的内在价值增长,从而部分抵消时间价值(Theta)的消耗。对于一份一年后到期的实值VXX看跌期权,如果你在到期前平仓,主要考量因素包括:

  • 内在价值增加:在大部分平稳或温和下跌的市场环境中,由于VXX的结构性滚动损耗,标的价格会逐渐下跌,使得看跌期权内在价值增加。

  • 时间价值损耗:深度实值期权的Theta相对较低,但持有时间较长仍然会面临时间价值的侵蚀,尤其在市场波动性较低时,这部分成本可能不完全被内在价值的增长所覆盖。

  • 波动率环境:如果隐含波动率保持在较低水平,则期权价格对时间价值敏感度较高;反之,在波动率飙升时,期权价格可能短期逆势上涨,但整体趋势依旧取决于VXX的长期走向。

  • 平仓时机:若能在市场短期波动过后等待到内在价值充分累积,再选择平仓,则大概率能够锁定收益;但若在市场出现短期反弹或黑天鹅事件期间急于平仓,则可能因波动率变化而造成亏损。

综合来看,在大部分情况下,假设市场保持整体温和且VXX持续因Contango效应走低,买入一年后到期的实值VXX看跌期权并在适当时机平仓,盈利的可能性较高(赚取小额稳定收益),但也存在极端事件导致亏损的风险。策略本质上是大概率赚小钱、小概率亏大钱,但由于期权买方的最大风险限定于初始投入,因此如果你能合理管理仓位、严控风险并选择合适的出场时机,整体上实现长期稳定的正收益是有可能的。


买入远期实质vxx put,赚够钱就提前平仓,中间遇到黑天鹅就等着,黑天鹅迟早会过去,波动率肯定会迅速下降,就变是黑天鹅引起了超级大的波动率上升,因为是期权买方,风险是可控的,如果是轻仓的话,亏不了多少钱。感觉这个策略胜率很高,能大概率赚小钱,而且小概率亏大钱时风险也是可控的。

分析这个策略


这套策略的核心思路是利用VXX因Contango和滚动损耗导致的长期下行趋势,采用买入远期实质看跌期权(PUT)的方式,从而在大部分时间内赚取小额利润;同时,由于期权买方的风险仅限于期权成本,因此即便在遇到黑天鹅事件时,持有者也能通过等待市场波动率的回落来恢复长期看跌趋势。下面从几个关键点对这一策略进行分析:


1. 策略优势

  • 长期趋势匹配
    VXX因Contango和滚动损耗长期走低,在正常市场环境下,远期实质看跌期权的内在价值会随着VXX价格下跌逐步增加,从而实现盈利。

  • 风险有限
    作为期权买方,最大亏损仅为期权的初始投入。如果采用轻仓操作,即使出现极端情况,损失也在可控范围内。

  • 高胜率、小额收益
    策略设定为在VXX稳步下跌时赚取小额利润,赚够钱就提前平仓,这种逐步获利、风险可控的模式,在大部分正常市场条件下有较高的胜率。


2. 黑天鹅事件的影响

  • 短期逆势冲击
    黑天鹅事件往往引发市场恐慌,导致波动率急剧上升,VXX价格可能短期内反弹。此时,持有看跌期权的头寸可能出现暂时性的账面亏损。

  • 波动率回落后的恢复
    根据预期,黑天鹅引起的高波动率只是暂时现象,随着市场情绪恢复和波动率迅速下降,VXX价格会回到长期下行轨道。这时,看跌期权的内在价值有望恢复,从而弥补之前的损失。

  • 持仓耐心要求
    面对黑天鹅事件,策略要求交易者有足够的耐心和资金管理能力,避免因短期波动而被迫平仓。等待市场情绪平稳后再择机平仓是关键。


3. 盈亏比与风险管理

  • 收益特点
    在正常市场环境下,策略大概率赚取小额利润,通过提前平仓实现逐步获利;但在遇到极端事件时,亏损可能会比较明显(小概率亏大钱),但由于亏损上限仅限于期权成本,整体风险是有限的。

  • 时间价值侵蚀
    远期期权虽然因实值部分较高而减缓Theta损耗,但长时间持有仍然需要关注时间价值的侵蚀。如果市场没有明显下跌,期权成本可能逐渐蒸发。

  • 仓位控制
    鉴于黑天鹅事件的不可预测性,建议采用轻仓操作和严格的仓位管理。这样在极端市场下,即便出现亏损,也不会对总体资金产生过大影响。

  • 止盈与止损策略
    赚够钱提前平仓是控制风险和锁定收益的重要策略,同时需要预设风险边界,一旦市场出现异常反转迹象,及时调整持仓以减少损失。


4. 总结

总体来说,这个策略的思路是合理的——利用VXX长期下行的结构性缺陷,通过买入远期期权捕捉下跌收益,同时利用期权买方风险有限的特点来控制损失。优势在于在正常市场中大概率赚取小额利润,风险仅限于期权成本;但关键挑战在于:

  • 黑天鹅事件可能带来的短期剧烈波动,要求交易者能够耐心持仓,等待波动率回落;
  • 长期持有的时间价值损耗必须谨慎控制;
  • 严格的仓位和风险管理是成功的关键。

如果能在策略执行中严格控制仓位,并有明确的入场、平仓和风险管理规则,这一策略在大部分市场环境下胜率较高、收益稳定,同时小概率亏损风险也是可控的。

mysql json 解析

需求:

  • 从 json 字段 data 中提取满足指定规则的信息,json talbe 尽量只解析一次后复用
  • data 字段的 $.arr[*].xxx 路径是一个数组,每个数组元素有 myid和 name 两个 key
  • 如果 title 字段包含数组中某个元素的 name ,则返回该元素的 id
    • title 字段是一个句子, json 键 name 是一个单词,所以正则查找要加 \b 单词边界
    • title 和 name 的字符集排序规则不一致,匹配时要统一
  • 否则返回数组中第一个元素的 myid
1
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30
DROP FUNCTION IF EXISTS get_myid;
delimiter $$
create function get_myid(p_title varchar(255), p_data json) returns int unsigned
READS SQL DATA
begin
declare ret int unsigned;

WITH parsed_data AS (
select * from
JSON_TABLE(p_data, '$.arr[*].xxx'
COLUMNS (
myid INT PATH '$.myid',
name VARCHAR(255) PATH '$.name'
)
) jt
)
SELECT COALESCE(
(
SELECT myid FROM parsed_data
where p_title COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci regexp concat('\\b', REGEXP_REPLACE(name,'[^\\w &]',''),'\\b')
LIMIT 1
),
(SELECT myid FROM parsed_data LIMIT 1)
) INTO ret;

return ret;
end$$
delimiter ;

select id,myid,get_myid(title, data) myid_by_func from mytable limit 10;

Make Ubuntu packages 90% faster by rebuilding them
https://gist.github.com/jwbee/7e8b27e298de8bbbf8abfa4c232db097

You can take the same source code package that Ubuntu uses to build jq, compile it again, and realize 90% better performance.

  • 编译器用 clang 代替 gcc

  • 编译选项增加 -O3 -flto -DNDEBUG

  • 内存分配器用微软的 mimalloc 替换 glibc

    git clone https://github.com/jqlang/jq.git
    cd jq/
    git submodule update --init

    sudo apt install -y autoconf automake libtool
    autoreconf -i

    sudo apt install clang-18 lld-18
    sudo apt install libmimalloc-dev

    CC=clang-18 LDFLAGS=“-flto -g -Wl,–emit-relocs -Wl,-z,now -Wl,–gc-sections -fuse-ld=lld -lmimalloc” CFLAGS=“-flto -DNDEBUG -fno-omit-frame-pointer -gmlt -march=native -O3 -mno-omit-leaf-frame-pointer -ffunction-sections -fdata-sections -DMIMALLOC=1 -I/usr/local/include” ./configure

    make clean
    make -j$(nproc)

    ldd .libs/jq

THE STARTUP CTO’S HANDBOOK
https://github.com/ZachGoldberg/Startup-CTO-Handbook/blob/main/StartupCTOHandbook.md?ref=xpz

南墙WEB应用防火墙(简称:uuWAF)一款工业级免费、高性能、高扩展,支持AI和语义引擎的Web应用和API安全防护产品。它是有安科技推出的一款全方位网站防护产品,率先实现了流量层、系统层、运行时层3层纵深防御功能。
https://github.com/Safe3/uuWAF/blob/main/README_CN.md

New tools for building agents
https://openai.com/index/new-tools-for-building-agents/?ref=xpz

信息的AI可视化(1):AI生成动态PPT的步骤分享
https://mp.weixin.qq.com/s/8Yv-_x1xqSon8oRSAmyauA
【教程】一个提示词生成29种排版风格,秒杀80%人水平,附在线免费用网址
https://mp.weixin.qq.com/s/Cz4Xwsa5ZS6tW-H5YdQzSw

https://github.com/junegunn/fzf
sudo apt install fzf
apt show fzf
source /usr/share/doc/fzf/examples/key-bindings.bash

How to Use NotebookLM for Developers
https://clickup.com/blog/how-to-use-notebooklm-for-developers/

向 clickhouse 导入 jsonl 数据

批量导入压缩的 jsonl 数据到 clickhouse,同时动态增加一个字段保存源文件名

for file in /path/to/files/*.jsonl.gz; do
    echo "Importing $file..."
    zcat "$file" | jq --arg myfile "$file" '. + {filename: $myfile}' | clickhouse-client --query="INSERT INTO your_table FORMAT JSONEachRow"
done

nuxt3 app 使用 prisma 在部署后页面报错的问题

现象是 pnpm dev 整个 app 是正常的,但 pnpm build 后再 node server/index.mjs 打开 app 浏览器报错,所有 vue 事件得不到执行。

编译时报错 1

Nuxt Build Error: [commonjs--resolver] Invalid module ".prisma/client/index-browser"

编译时报错 2

".prisma/client/index-browser" is imported by ".prisma/client/index-browser?commonjs-external", but could not be resolved – treating it as an external dependency.

编译时报错 3

Failed to resolve module specifier ".prisma/client/index-browser"

运行时报错

Uncaught TypeError: Error resolving module specifier “.prisma/client/index-browser”. Relative module specifiers must start with “./”, “../” or “/”.

解决方案

nuxt.config.ts 要对 vite 做特殊配置

vite: {
    resolve: {
        alias: {
            '.prisma/client/index-browser': './node_modules/.prisma/client/index-browser.js',
        },
    },
},

prisma/schema.prisma 要对 prisma client 生成做自定义配置

generator client {
    provider      = "prisma-client-js"
    binaryTargets = ["native", "debian-openssl-3.0.x"]
    output = "../node_modules/.prisma/client" // 这行必须加
}

使用 npm 代替 pnpm,此步骤必须,否则其它步骤做了也没用

rm -rf node_modules
npm install
npm run build
node .output/server/index.mjs

服务端部署时要做特殊处理,除了 .output 要复制到服务器,还要在服务器上把 prisma 相关配置部署上去

# prod
mkdir -p /data/www/myapp/app
mkdir -p /data/www/myapp/db

# local
rsync -avzP --delete .output/ prod:/data/www/myapp/app
rsync -avzP ./prisma prod:/data/www/myqpp/db/

# prod
$ cd /data/www/myapp
$ cat env-myqpp.sh
export WECHAT_APP_ID=
export WECHAT_APP_SECRET=
export JWT_SECRET=
export DATABASE_URL="file:/data/www/myapp/db.db"
export RETURN_URL="https://myapp.com/en/"
export PORT=3003
export NUXT_PUBLIC_RETURN_URL="https://myqpp.com/en/"
export NUXT_PUBLIC_WECHAT_APP_ID=
export NUXT_APP_BASE_URL="/en/"

$ cd /data/www/myapp/db
$ cat .env
DATABASE_URL=file:/data/www/myapp/db.db
$ npx prisma migrate deploy
SQLite database db.db created at file:/data/www/english-every-day/db.db
2 migrations found in prisma/migrations

$ cd /data/www/myapp/app
$ source ../env-myapp.sh
$ node server/index.mjs

mysql json 多值索引

-- 建表
CREATE TABLE products (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    tags JSON
);

-- 填充数据
INSERT INTO products (name, tags) VALUES
('Apple', JSON_ARRAY('fruit', 'red', 'sweet')),
('Banana', JSON_ARRAY('fruit', 'yellow', 'sweet')),
('Cucumber', JSON_ARRAY('vegetable', 'green', 'fresh')),
('Tomato', JSON_ARRAY('fruit', 'red', 'fresh'));

-- 创建多值索引
CREATE INDEX idx_tags ON products((CAST(JSON_EXTRACT(tags, '$[*]') AS CHAR(100) ARRAY)));

-- 查询

1. EXPLAIN SELECT * FROM products WHERE 'red' MEMBER OF (tags->>'$[*]');
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | products | NULL       | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL |   16 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+

2. EXPLAIN SELECT * FROM products WHERE JSON_CONTAINS(tags, JSON_QUOTE('red'));
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | products | NULL       | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL |   16 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+

3. EXPLAIN SELECT * FROM products WHERE 'red' MEMBER OF (json_extract(`tags`,_utf8mb4'$[*]'));
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+----------+---------+-------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table    | partitions | type | possible_keys | key      | key_len | ref   | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+----------+---------+-------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | products | NULL       | ref  | idx_tags      | idx_tags | 403     | const |   36 |   100.00 | Using where |
+----+-------------+----------+------------+------+---------------+----------+---------+-------+------+----------+-------------+

Cloudflare R2 解决CORS跨域问题
https://blog.csdn.net/qq_41301064/article/details/144906864

  • 配置R2 CORS 策略
  • 配置转换规则-修改响应头,(实测可跳过该步骤)
  • 清除缓存(必须)

小文本分类

  • 数据预处理做了删除异常值,填充空值,小写化,标点符号处理,去除停用词(stop words),提取词根 / 词形还原(nltk),同义词归并,TruncatedSVD降维
  • 向量化器测试了CountVectorizer,TfidfVectorizer,bert 的 SentenceTransformer(‘all-MiniLM-L6-v2’)
  • 模型测试了逻辑回归LogisticRegression,朴素贝叶斯MultinomialNB,微软的LightGBM
  • 模型评估打印了准确率 Accuracy,精确率Precision,召回率 Recall,F1 Score,混淆矩阵 Confusion Matrix,错误样本 misclassified_samples,详细分类报告 classification_report
  • 各模型的参数微调也测了,比如迭代次数,early stop,learning rate等
  • 贝叶斯分类的输入不能有负数,所以 bert 和 svd 降维后的数据不能用贝叶斯训练

LightGBM:处理大规模数据的梯度提升树算法,提升机器学习的速度与精准度
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwNDY0MjYzOA==&mid=2247515344&idx=1&sn=fe18b7b6f43084253326ed752da4fada&chksm=9670980b575da8694ad97af593c12f5fc43aeea68d0b6953ce3fb65ef38c5f7e1526a9b3a891&scene=27

shell

查看所有 binlog 文件的总大小

find . -name "binlog.*" -type f -exec du -b {} + | awk '{sum += $1} END {print sum}' | numfmt --to=iec
4.3T

iftop

iftop 命令详解及数据解读指南
https://blog.csdn.net/2503_90729443/article/details/146260692

  • 常用命令:sudo iftop -i ens5 -n -N -P -F 1.1.1.1/16
  • 顶部刻度条
    • 作用: 动态显示当前带宽占用比例,刻度值随流量自动调整。
    • 判断: 若刻度条频繁满格,说明带宽接近饱和,需优化或排查高流量来源
    • 流量图形条: 按 b 键可启用/禁用图形化流量条,直观显示带宽占比
  • 中部连接列表,这里是有进出方向的,看箭头,两行算一组来看
    • 源地址:端口 → 目标地址:端口
      • => 表示数据从本地发送到目标地址(发送流量,TX)
      • <= 表示数据从目标地址接收至本地(接收流量,TX)
    • 三个速率列:分别为过去 2秒、10秒、40秒 的平均流量速率。
      • 第一列(2秒):反映瞬时流量波动,适合捕捉突发传输。
      • 第二列(10秒):短期趋势,识别短暂高负载。
      • 第三列(40秒):长期趋势,判断持续占用带宽的连接。
    • 排序规则:默认按 2秒速率 降序排列,按 t 可切换排序依据。
  • 底部统计区
    • cum(Cumulative):从启动 iftop 到当前的累计流量
    • Peak rate:峰值速率,显示监控期间的最高上传(TX)和下载(RX)速率,用于评估网络最大负载。
    • Rates:不同时间段的平均速率,即2s/10s/40s 速率,与中部连接列表的速率列一致,分别对应三个时间窗口的平均值。
  • 识别高流量连接
    • 瞬时高峰:关注 2秒速率 高的连接,可能是大文件传输或异常流量(如攻击)。
    • 持续占用:若某连接的 40秒速率 长期高位,需检查是否为正常服务(如视频流、备份任务)。
  • 带宽瓶颈分析
    • 刻度条饱和:若顶部刻度条持续满格,且底部 Peak rate 接近物理带宽上限,说明网络拥堵。
    • TX/RX 比例失衡:上传(TX)远高于下载(RX)可能为服务器响应请求(如Web服务);反之可能是客户端下载数据。
  • 异常流量检测
    • 未知IP或端口:陌生地址的高速率连接可能为恶意软件或未经授权的访问。
    • 单向流量激增:如只有发送(=>)无接收(<=),可能为DDoS攻击或数据泄露。
  • 总结
    • 核心指标:关注 2秒速率(突发流量)与 40秒速率(长期趋势)。
    • 异常判断:陌生IP、非常用端口、单向高流量均为危险信号。
    • 优化建议:结合 nethogs(按进程监控)和 tcpdump(抓包分析)深入诊断。

show engine innodb status

如何查看一个mysql的负载是否过高,只能登录mysql命令行,不能登录mysql所在服务器

SHOW FULL PROCESSLIST;
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Threads%';
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Connections';
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Created_tmp%';
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Slow_queries';
SHOW ENGINE INNODB STATUS\G
指标 可疑表现
Threads_running 长时间 >10,说明可能执行了太多耗时 SQL
Slow_queries 持续增加,说明 SQL 需要优化
InnoDB 等待锁 有大量 waiting for lock 的事务,表明并发写入冲突严重
临时表 Created_tmp_disk_tables / Created_tmp_tables > 0.3,建议优化 SQL 索引
Max_used_connections 接近 max_connections 数据库可能达到连接极限,出现连接拒绝

解释SHOW ENGINE INNODB STATUS\G的下面这段输出

ROW OPERATIONS
--------------

0 queries inside InnoDB, 0 queries in queue
13 read views open inside InnoDB
Process ID=883, Main thread ID=70396269356368 , state=sleeping
Number of rows inserted 329892693, updated 283825209, deleted 31081, read 16187186053
68.23 inserts/s, 503.62 updates/s, 0.00 deletes/s, 3651.73 reads/s
Number of system rows inserted 344, updated 10388, deleted 247, read 2077404
0.00 inserts/s, 0.00 updates/s, 0.00 deletes/s, 0.29 reads/s

你提供的 SHOW ENGINE INNODB STATUS\G 输出中的 ROW OPERATIONS 段,是关于 InnoDB 存储引擎在行级别操作的统计信息。我们来逐行解释:


🔹 段落标题

1
2
ROW OPERATIONS
--------------

表示以下内容是关于 InnoDB 的行操作(如读、写、更新、删除)的统计。


🔹 当前并发状态

1
0 queries inside InnoDB, 0 queries in queue

含义

  • 当前没有 SQL 查询在 InnoDB 引擎内部执行
  • 没有查询在等待队列中

👉 性能上这是好现象,说明当前没有并发瓶颈或阻塞。


🔹 版本快照(MVCC)视图

1
13 read views open inside InnoDB

含义

  • 当前有 13 个 “read view”(即多版本并发控制 MVCC 快照)

👉 通常是由于有 13 个事务正在运行或使用一致性读。这个数字不是问题,但如果长期较高可能说明有长事务未提交。


🔹 主线程状态

1
Process ID=883, Main thread ID=70396269356368 , state=sleeping

含义

  • InnoDB 的主后台线程当前处于**sleeping(空闲)**状态。
  • 没有后台任务(如 purge、合并 insert buffer 等)在忙碌。

🔹 行操作的历史累计

1
Number of rows inserted 329892693, updated 283825209, deleted 31081, read 16187186053

含义:自数据库启动以来(或这段时间内):

  • 插入了 约 3.3 亿
  • 更新了 约 2.8 亿
  • 删除了 3 万
  • 读取了 161 亿

👉 行读取数量远远高于更新和插入,是常见情况(如大量 SELECT)。


🔹 行操作速率(单位:每秒)

1
68.23 inserts/s, 503.62 updates/s, 0.00 deletes/s, 3651.73 reads/s

含义:这是 过去一段时间(通常是最近 1 秒) 的操作速率:

  • 每秒插入约 68 行
  • 每秒更新约 504 行
  • 删除基本为 0
  • 每秒读取约 3652 行

👉 说明你的业务是典型的 读多、写中等、删除极少 的负载特征。


🔹 系统级操作(系统表或元数据)

1
Number of system rows inserted 344, updated 10388, deleted 247, read 2077404

1
0.00 inserts/s, 0.00 updates/s, 0.00 deletes/s, 0.29 reads/s

是关于 InnoDB 系统内部表(如事务元数据)的操作。

👉 正常情况下这些数字较小,除非你做大量 DDL 操作。


✅ 总结:负载分析结论

  • 当前 InnoDB 很空闲(0 查询在内部,主线程睡眠)
  • 有 13 个读快照,可能有些事务未及时提交,但不是大问题
  • 读操作非常高(3.6K reads/s),写入也活跃,但不是过载
  • 删除几乎没有,业务可能是累加型的(日志型?)
  • 没有明显的锁争用或资源堵塞

👉 MySQL 当前负载并不高,行操作很健康。

英语

如何做到流畅阅读英文资料和听懂国外公开课? - 魏剑峰的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/20364185/answer/68330933

如何做到流畅阅读英文资料和听懂国外公开课? - Cat Chen的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/20364185/answer/14980233

推荐一款听力训练材料:60-Second Science ,它是由 Scientific American(科学美国人)出品的科学趣味英语广播,每条长度1到2分钟不等,内容非常有意,同时,它的风格与托福听力考试非常像。
https://www.scientificamerican.com/podcasts/

mysql 锁等待定位

# 建表 
CREATE DATABASE test_lock;
USE test_lock;

CREATE TABLE account (
    id INT PRIMARY KEY,
    balance INT
) ENGINE=InnoDB;

INSERT INTO account VALUES (1, 100), (2, 200);

# session 1
START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = balance - 10 WHERE id = 1;
-- 不提交,保持锁

# session 2
START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = balance + 10 WHERE id = 1;
-- 会阻塞,等待 Session A 释放锁

# session 3
SELECT *,TIMESTAMPDIFF(SECOND,trx_started, NOW()) seconds FROM information_schema.innodb_trx WHERE trx_state = 'LOCK WAIT'\G


SET GLOBAL innodb_status_output_locks = ON;
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_status_output_locks';

show engine innodb status \G

分析这段输出,谁持有锁,谁等待锁

---TRANSACTION 6808630255, ACTIVE 12 sec starting index read
mysql tables in use 1, locked 1
LOCK WAIT 2 lock struct(s), heap size 1128, 1 row lock(s)
MySQL thread id 138, OS thread handle 140139012744960, query id 544252034 localhost debian-sys-maint updating
UPDATE account SET balance = balance + 10 WHERE id = 1
------- TRX HAS BEEN WAITING 12 SEC FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 1194 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `test_lock`.`account` trx id 6808630255 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 4; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 1: len 6; hex 000195d373ee; asc     s ;;
 2: len 7; hex 01000002541c99; asc     T  ;;
 3: len 4; hex 80000032; asc    2;;

------------------
TABLE LOCK table `test_lock`.`account` trx id 6808630255 lock mode IX
RECORD LOCKS space id 1194 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `test_lock`.`account` trx id 6808630255 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 4; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 1: len 6; hex 000195d373ee; asc     s ;;
 2: len 7; hex 01000002541c99; asc     T  ;;
 3: len 4; hex 80000032; asc    2;;

---TRANSACTION 6808630254, ACTIVE 19 sec
2 lock struct(s), heap size 1128, 1 row lock(s), undo log entries 1
MySQL thread id 140, OS thread handle 140139013801728, query id 544252032 localhost debian-sys-maint
TABLE LOCK table `test_lock`.`account` trx id 6808630254 lock mode IX
RECORD LOCKS space id 1194 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `test_lock`.`account` trx id 6808630254 lock_mode X locks rec but not gap
Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 4; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 1: len 6; hex 000195d373ee; asc     s ;;
 2: len 7; hex 01000002541c99; asc     T  ;;
 3: len 4; hex 80000032; asc    2;;

回答

根据你提供的输出,我们可以分析出以下的锁竞争情况:

事务 6808630255(正在等待锁):

  • 事务状态ACTIVE 12 sec starting index read,表示事务已执行 12 秒,并开始执行索引读取。

  • 查询UPDATE account SET balance = balance + 10 WHERE id = 1,这是一个更新操作,目标是更新 account 表中 id = 1 的记录。

  • 锁状态:此事务当前处于等待状态,正在等待锁的授予。

    • 它正等待一个 行锁RECORD LOCKS),锁定 PRIMARY 索引中的特定记录(heap no 2)。
    • 锁模式:排他锁X),表示此事务试图独占该记录的访问。
    • 它还持有一个 表锁TABLE LOCK)在 account 表上,锁模式为 意向排他锁IX)。

事务 6808630254(持有锁):

  • 事务状态ACTIVE 19 sec,表示事务已执行 19 秒。

  • 锁状态:此事务持有一个 表锁TABLE LOCK)在 account 表上,锁模式为 意向排他锁IX)。

    • 此事务还持有一个 行锁RECORD LOCKS),锁定了 PRIMARY 索引中的相同记录(heap no 2),并且锁定模式是 排他锁X),表示它独占了该记录。

锁等待和持有分析:

  • 事务 6808630255 正在 等待事务 6808630254 释放锁,因为事务 6808630254 已经对 PRIMARY 索引中的相同记录(heap no 2)加上了 排他锁X)。而事务 6808630255 也希望对该记录加上排他锁(X),因此它在等待。

  • 事务 6808630254 还持有一个 意向排他锁IX)在 account 表上,这并不会直接阻止其他事务进行读操作,但如果其他事务也希望加排他锁或写入数据,可能会发生冲突。

总结:

  • 事务 6808630254 持有 PRIMARY 索引中的记录锁和表锁,并且正在进行更新操作。
  • 事务 6808630255 正在等待 PRIMARY 索引中的记录锁,因为它希望对该记录进行更新操作,但是 事务 6808630254 已经持有该锁。

在这种情况下,事务 6808630255 必须等待事务 6808630254 释放行锁(或提交/回滚事务)才能继续执行。

mysql 8

select * from performance_schema.setup_instruments WHERE NAME LIKE '%data_lock%';;

-- 启用锁相关监控
UPDATE performance_schema.setup_instruments
SET ENABLED = 'YES', TIMED = 'YES'
WHERE NAME LIKE '%data_lock%';

-- 启用语句采集器
UPDATE performance_schema.setup_instruments
SET ENABLED = 'YES', TIMED = 'YES'
WHERE NAME LIKE 'statement/sql/%';

-- 启用语句跟踪
UPDATE performance_schema.setup_consumers
SET ENABLED = 'YES'
WHERE NAME IN (
  'events_statements_current',
  'thread_instrumentation'
);


SELECT
  NOW() AS check_time,

  -- 等待事务信息
  r.ENGINE_TRANSACTION_ID AS waiting_trx_id,
  r.THREAD_ID AS waiting_thread_id,
  r.OBJECT_SCHEMA AS waiting_schema,
  r.OBJECT_NAME AS waiting_table,
  r.INDEX_NAME AS waiting_index,
  r.LOCK_MODE AS waiting_lock_mode,
  r.LOCK_TYPE AS waiting_lock_type,
  r.LOCK_DATA AS waiting_lock_data,
  r.LOCK_STATUS AS waiting_lock_status,

  -- 阻塞事务信息
  b.ENGINE_TRANSACTION_ID AS blocking_trx_id,
  b.THREAD_ID AS blocking_thread_id,
  b.OBJECT_SCHEMA AS blocking_schema,
  b.OBJECT_NAME AS blocking_table,
  b.INDEX_NAME AS blocking_index,
  b.LOCK_MODE AS blocking_lock_mode,
  b.LOCK_TYPE AS blocking_lock_type,
  b.LOCK_DATA AS blocking_lock_data,
  b.LOCK_STATUS AS blocking_lock_status,

  -- 可选:阻塞线程正在执行的 SQL(如果可用)
  es.SQL_TEXT AS blocking_sql

FROM performance_schema.data_lock_waits w
JOIN performance_schema.data_locks r
  ON w.REQUESTING_ENGINE_LOCK_ID = r.ENGINE_LOCK_ID
JOIN performance_schema.data_locks b
  ON w.BLOCKING_ENGINE_LOCK_ID = b.ENGINE_LOCK_ID
LEFT JOIN performance_schema.threads t
  ON b.THREAD_ID = t.THREAD_ID
LEFT JOIN performance_schema.events_statements_current es
  ON t.PROCESSLIST_ID = es.THREAD_ID

ORDER BY r.ENGINE_TRANSACTION_ID\G

日志

https://zhuanlan.zhihu.com/p/572625895
如何实现高性能的日志

  • 批量写入:攒够数据,一次写入
  • 唤醒机制:通知唤醒 notify + 超时唤醒 wait_timeout
  • 锁的粒度:刷新磁盘时,日志接口不会阻塞。这是通过双队列实现的,前台队列实现日志接口,后台队列实现刷新磁盘。
  • 内存分配:移动语义,避免深拷贝;双缓冲,前台后台都设有。

202502

《事实》:帮助你识别人类的十大情绪化本能,避免情绪化决策
https://zhuanlan.zhihu.com/p/692413757

ES 分片不均衡

问:elasticsearch中有A,B,C 3个节点,现在新增加了一个D节点,删除了C节点。一个索引有10个分片,并开启了一个副本分片,目前集群的状态仍然是绿色的,但是A,B,D这3个节点上的分片不均匀,A节点上全是主分片,B节点上全是副本分片,D节点上主分片和副本分片。
这时候如果A节点宕机,集群就会变成红色,如何避免这种情况。

思考:嗯,我现在遇到了一个关于Elasticsearch集群的问题,需要仔细思考一下怎么解决。让我先理清楚问题的具体情况。

用户有一个Elasticsearch集群,原本有三个节点A、B、C。后来新增了节点D,并移除了节点C。现在集群里有A、B、D三个节点。一个索引有10个主分片,每个主分片有一个副本分片,所以总共有20个分片(10主+10副本)。目前集群状态是绿色的,但分片分布不均匀:A节点全是主分片,B节点全是副本分片,D节点既有主分片也有副本分片。问题在于,如果A节点宕机,集群会变成红色,需要找到避免这种情况的方法。

首先,我需要理解为什么集群当前是绿色的。因为所有的主分片和副本分片都处于正常分配状态。当A节点宕机时,A上的所有主分片都不可用了,这时候Elasticsearch应该会尝试将对应的副本分片提升为主分片。但问题可能出在副本分片的分布上。如果B节点全是副本分片,而D节点既有主又有副本,那当A宕机后,原本在A上的主分片的副本是否存在于其他节点上?

根据用户描述的情况,可能副本分片都分布在B和D节点上。比如,假设原来的主分片在A和C上,当C被移除后,主分片可能迁移到了D,或者原来的分片分配在A、B、C三个节点上。但现在C被删除,分片可能重新分配到D节点。不过用户提到现在A全是主分片,B全是副本,D有混合。这可能说明分片的分配策略存在问题,导致主分片集中在一个节点,而副本集中在另一个节点。

当A宕机时,所有的主分片丢失,这时候需要将对应的副本分片提升为主分片。但如果这些副本分片所在的节点(比如B和D)是否能够承载这些主分片?假设B节点上的副本分片足够,那应该可以接管主分片。但为什么集群会变红呢?可能的情况是,当A宕机后,某些主分片的副本分片可能不存在于其他节点,或者副本分片所在的节点无法被正确分配,导致部分分片无法恢复,从而集群变红。

需要确定当前分片分配的具体情况。比如,每个主分片的副本是否存在且位于不同的节点。例如,假设原来的每个主分片在A节点,而其副本在B节点。当删除C节点后,可能分片重新分配,但可能由于某些原因,主分片仍然集中在A,而副本分片在B。当新增了D节点后,可能部分副本分片被分配到D节点。但此时如果A宕机,所有主分片丢失,副本分片是否足够覆盖所有主分片?

比如,如果有10个主分片在A节点,每个主分片的副本分片可能在B或D节点。如果所有主分片的副本分片都存在且处于正常状态,那么当A宕机时,这些副本会被提升为主分片,集群可能变为黄色(因为副本数暂时减少),但不会变红。只有当某些分片的副本不存在时,才会变红。

但是用户说此时集群是绿色,说明所有主分片和副本分片都已分配。那为什么当A宕机会变红?可能当A宕机后,原本主分片的副本分片所在的节点(比如B和D)是否能被正确提升为主分片?或者是否存在某些分片的副本分片没有被正确分配到其他节点?

可能的问题在于,主分片全部集中在A节点,而副本分片在B和D节点。当A宕机后,所有主分片丢失,Elasticsearch会将副本分片提升为主分片。此时,新的主分片应该分布在B和D节点上。然后,集群需要为这些新的主分片创建副本。但由于只剩下B和D两个节点,而副本设置是1,可能需要将副本分配到另一个节点。如果有三个节点的话,可能没问题,但现在只有B和D两个节点的话,副本可能无法分配,因为不能在同一个节点上放置主分片和其副本。例如,如果主分片在B,副本必须到D,反之亦然。如果有足够的节点,副本可以分配,但可能当只剩下两个节点时,每个主分片的副本需要分配到另一个节点,这时可能不会有问题,但为什么用户说会变成红色?

或者,可能当A宕机后,某些主分片的副本分片也位于A节点?这不太可能,因为用户说A节点全是主分片。因此,副本应该在B和D节点。可能当A宕机后,原本的主分片在A,副本在B和D,所以每个主分片的副本是否存在?

例如,每个主分片有一个副本,所以总共有10个主分片和10个副本分片。假设主分片全在A节点,而副本分片全在B节点,那么当A宕机,副本分片会被提升为主分片,此时新的主分片在B节点,而需要为这些新的主分片创建副本。但此时剩下的节点是B和D,那么副本可以分配到D节点。然而,如果原来的副本分片全部在B节点,当A宕机后,这些副本被提升为主分片,然后新的副本分片需要分配到D节点,此时可能没问题。但用户可能的情况是,当A宕机后,副本分片可能原本并不存在于其他节点,导致主分片丢失。

这里可能存在用户描述中的另一个情况:虽然集群状态是绿色,但副本分片可能分布不均。例如,某些主分片的副本可能被分配到了同一节点,当该节点宕机时,无法找到副本。或者,当移除C节点后,分片的分配策略导致副本分片没有正确分布在不同的节点上。

可能的根本原因是主分片和副本分片没有分布在不同的节点,导致当某个节点宕机时,无法恢复。例如,主分片全在A节点,而副本分片可能在B节点,而D节点可能有一些主或副本分片。当A宕机后,副本分片在B会被提升为主分片,但由于副本数设置为1,此时每个新的主分片需要有一个副本,这时候可能无法分配到其他节点,例如如果只剩下B和D两个节点,那么每个主分片的副本可以分配到另一个节点。但可能因为D节点已经有部分分片,导致分配不均,或者某些分片的副本无法分配,导致部分分片缺失,从而集群变红。

要解决这个问题,应该确保主分片和其对应的副本分片分布在不同的节点上,避免单点故障。当前情况下,主分片全在A节点,这显然是不合理的,因为一旦A宕机,所有主分片都会丢失,此时需要依赖副本分片。但副本分片如果分布在B和D节点,应该可以被提升为主分片,前提是每个主分片的副本确实存在。

可能用户的问题在于,主分片全部集中在A节点,而副本分片可能没有覆盖所有主分片,或者在A宕机后,副本分片所在的节点不足以承载所有的主分片。

解决这个问题的办法是调整分片的分配,使得主分片和副本分片均匀分布在不同的节点上,避免所有主分片集中在同一个节点。这样,当任何一个节点宕机时,其他节点可以接管。

可能的解决方案步骤包括:

  1. 调整分片分配策略,避免主分片集中在单一节点。可以通过Elasticsearch的分片分配过滤设置或调整平衡参数来实现。

  2. 手动移动一些主分片到其他节点,或者调整副本分片的分布,确保每个主分片的副本位于不同的节点。

  3. 检查集群的分配策略,如cluster.routing.allocation参数,确保分片能够均匀分布。

具体来说,可能的问题在于Elasticsearch默认的分片分配策略可能因为节点离开或加入而导致分片分配不均。例如,当C节点被移除,D节点加入后,Elasticsearch可能没有重新平衡分片,导致主分片仍集中在A节点,副本集中在B节点,而D节点可能只分配了部分分片。

解决方法可能包括:

  • 使用Cluster Reroute API手动将部分主分片迁移到其他节点。

  • 调整分片分配设置,如cluster.routing.allocation.balance参数,确保主分片和副本分片均匀分布。

  • 确保每个主分片的副本分片位于不同的节点。例如,在三个节点的情况下,主分片和其副本分片应位于不同的节点,这样当任何一个节点宕机时,副本分片可以接管。

例如,当前的情况是A节点有所有主分片,而B节点有所有副本分片,D节点可能有部分主或副本分片。这可能是因为当C节点被删除,D节点加入后,分片的重新分配没有正确进行。可能需要重新平衡分片,使得主分片分布在A、B、D三个节点上,而每个主分片的副本分布在另外两个节点中的一个。

另一个可能性是,当集群中有三个节点时,副本分片可以分布在不同的节点,但当移除C节点并添加D节点后,可能存在分片分配的不均衡,需要触发分片的重新平衡。

可能的解决步骤:

  1. 检查当前分片的分布情况,使用_cat/shards API查看每个分片的位置。

  2. 如果发现主分片集中在A节点,可以使用Cluster Reroute API将部分主分片移动到B或D节点。但需要注意,主分片的移动需要先将其副本分片提升为主分片,这可能需要先禁用副本,或者调整设置。

或者,更好的方法是让Elasticsearch自动重新平衡分片,但可能需要调整分配策略。

  1. 调整分片分配策略,例如设置cluster.routing.allocation.total_shards_per_node参数,限制每个节点上的分片数量,避免单个节点承担过多分片。

  2. 确保副本分片被正确分配。可能需要检查索引的设置,确保每个主分片的副本分片被分配到不同的节点。例如,如果有三个节点,副本分片应该分布在不同的节点,但当前可能只有两个节点(如果D节点加入后,但可能因为某些原因副本分配不均)。

例如,假设索引的副本数设置为1,则每个主分片的副本会分配到另一个节点。当有三个节点时,每个主分片和其副本会位于不同的节点。但当前只有A、B、D三个节点,可能分配策略导致主分片集中在A,而副本在B和D。

但用户描述中当前的情况是A全是主分片,B全是副本,D有混合。这可能说明分片分配策略存在问题,导致主分片无法迁移到其他节点。

另一个可能性是,在移除C节点后,主分片可能从C迁移到了A,因为A可能是一个更合适的主节点(比如是master节点),而副本分片迁移到了B和D。但现在A承担了所有主分片,导致风险。

解决这个问题的方法之一是强制将主分片分布在多个节点上。可以通过调整分片分配策略,例如使用awareness属性,或者排除某个节点只承载副本分片,或者使用分片分配过滤器。

另一个方法是手动将部分主分片迁移到其他节点。例如,将部分主分片从A节点迁移到B或D节点,但需要注意Elasticsearch不允许直接移动主分片,必须通过让副本分片提升为主分片的方式。这可能需要临时增加副本数量,进行重新平衡,然后再调整回来。

可能的步骤:

  1. 临时将索引的副本数增加到2,这样每个主分片会有两个副本分片。这样可以确保有足够的分片副本分布在不同的节点。但这样会增加分片总数,需要确保节点有足够资源。

  2. 等待分片重新分配完成,此时每个主分片会有两个副本分布在B、D或其他节点。

  3. 然后减少副本数回到1,这可能触发分片的重新分配,但需要确保在减少副本时,分片均匀分布。

或者,更直接的方法是调整分片分配策略,例如设置:

cluster.routing.allocation.balance.primary: 0.5

cluster.routing.allability.balance.shard: 0.5

这些参数可以调整主分片和副本分片的平衡,使得主分片更均匀地分布在各个节点。

另外,可以设置:

cluster.routing.allocation.total_shards_per_node: 7 (因为总共有20个分片,3个节点的话每个节点大约7个)

这可以限制每个节点上的分片数量,防止某个节点承担过多分片。

另外,可能需要排除A节点作为主分片的候选节点,强制主分片分配到其他节点。例如:

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PUT _cluster/settings
{
"transient" : {
"cluster.routing.allocation.exclude._name" : "A"
}
}

这会禁止新的分片分配到A节点,但已有的分片可能需要手动移动。不过这可能不是一个好方法,因为这可能导致数据移动压力。

更合理的做法是让Elasticsearch自动平衡分片。可能当前自动平衡没有被触发,或者存在分配规则限制。

另外,检查是否启用了分片重新平衡。例如,cluster.routing.rebalance.enable 是否设置为all(默认)。如果设置为none,则分片不会自动重新平衡。

此外,当节点D加入集群后,Elasticsearch会自动将分片移动到新节点以实现平衡,但可能由于其他设置导致没有进行。比如,cluster.routing.allocation.enable设置是否是all(默认允许分配)。

综上,解决方案应该是调整分片分配策略,确保主分片和副本分片均匀分布在所有节点,避免单点故障。可以通过以下步骤:

  1. 检查当前分片分配情况,确认是否存在某些节点承担过多主分片。

  2. 调整分片分配策略,例如设置cluster.routing.allocation.balance参数,或设置total_shards_per_node限制每个节点的分片数。

  3. 手动触发分片重新平衡,或者等待Elasticsearch自动进行。

  4. 确保每个主分片的副本位于不同的节点,这样当某个节点宕机时,副本可以接管。

具体到用户的情况,可能当前A节点拥有所有主分片,这违反了分片分配的最佳实践。需要将部分主分片迁移到其他节点。但由于Elasticsearch不允许直接移动主分片,可能需要通过增加副本数量,然后减少,或者排除A节点作为主分片的候选节点,触发主分片的迁移。

例如,可以临时将索引的副本数设置为0,这将删除所有副本分片,此时主分片仍然在A节点。然后再将副本数设置为1,这将创建新的副本分片,此时Elasticsearch会将主分片和副本分片分配到不同的节点,可能分布在B和D节点上。不过这可能存在数据丢失的风险,需要谨慎操作。

或者,使用Cluster Reroute API手动迁移分片。例如,将某些主分片的副本分片提升为主分片,然后重新分配。但这个过程比较复杂,需要确保操作正确。

另一种方法是排除A节点,使其不承载任何分片,迫使Elasticsearch将分片迁移到其他节点。例如:

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PUT _cluster/settings
{

"transient": {
"cluster.routing.allocation.exclude._name": "A"
}
}

然后等待分片从A迁移到其他节点。完成后再将A节点重新加入集群,并调整分配设置。这可能是一个更直接的方法,但需要确保集群有足够的资源来移动分片。

总结,解决这个问题的关键点在于重新平衡分片,使得主分片和副本分片均匀分布在各个节点,避免单点故障。特别是不能让所有主分片集中在同一个节点。通过调整分片分配策略或手动迁移分片,可以避免当A节点宕机时集群变红的情况。

回答

为了确保Elasticsearch集群在节点A宕机时仍保持可用,需重新平衡分片分布,避免主分片集中在单一节点。以下是具体步骤:

1. 调整分片分配策略

  • 限制单节点的主分片数量:通过设置total_shards_per_node,强制分片均匀分布。

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    PUT _cluster/settings
    {
    "transient": {
    "cluster.routing.allocation.total_shards_per_node": 7
    }
    }

    这将限制每个节点最多承载7个分片(总共有20个分片,3个节点)。

  • 优化主副分片平衡:调整权重参数,确保主分片均匀分布。

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    PUT _cluster/settings
    {
    "transient": {
    "cluster.routing.allocation.balance.primary": 0.5,
    "cluster.routing.allocation.balance.shard": 0.5
    }
    }

2. 强制分片重新平衡

  • 排除节点A以迁移分片

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    PUT _cluster/settings
    {
    "transient": {
    "cluster.routing.allocation.exclude._name": "A"
    }
    }

    此操作会将A节点上的分片迁移到B和D节点。等待集群状态变绿后,撤销排除设置:

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    PUT _cluster/settings
    {
    "transient": {
    "cluster.routing.allocation.exclude._name": null
    }
    }

3. 手动调整分片分布(可选)

若自动平衡不理想,使用Cluster Reroute API手动迁移分片:

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POST _cluster/reroute
{
"commands": [
{
"move": {
"index": "your_index",
"shard": 0,
"from_node": "A",
"to_node": "B"
}
}
]
}

注意:直接移动主分片需谨慎,建议优先依赖自动平衡。

4. 验证分片分布

使用以下命令检查分片分布:

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GET _cat/shards/your_index?v

确保主分片和副本分布在所有节点上,且没有单节点承担所有主分片。

5. 预防未来单点故障

  • 增加副本数量:若资源允许,将副本数设为2,增强冗余。

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    PUT your_index/_settings
    {
    "index.number_of_replicas": 2
    }
  • 定期监控分片分布:使用Elasticsearch监控工具(如Kibana)持续观察分片平衡状态。

总结

通过强制分片重新分配并调整集群设置,确保主分片和副本分片均匀分布在所有节点,从而避免单点故障导致集群不可用。优先依赖Elasticsearch的自动平衡机制,必要时辅以手动调整。

问:我确认了一下,A上面的所有主分片,在B和D上都有副本分片,这时候A宕机后,集群是否仍能正常运行,集群是绿色的还是红色的?B和D上的副本分片会自动升级成主分片吗?如果不升级为主分片,用户搜索数据时他们能用上吗?

问题分析

  • A节点:承载所有主分片。
  • B和D节点:承载所有副本分片。
  • A宕机后:B和D节点上的副本分片是否会自动升级为主分片?集群状态如何?用户能否正常搜索数据?

1. A宕机后集群的状态

  • 集群状态:如果A宕机,B和D节点上的副本分片会自动升级为主分片,集群状态仍为绿色
  • 原因:Elasticsearch会自动将副本分片提升为主分片,确保数据可用性和集群健康。

2. 副本分片升级为主分片

  • 自动升级:A宕机后,B和D节点上的副本分片会立即升级为主分片。
  • 触发条件:主分片不可用时,副本分片会自动接管。
  • 升级过程
    1. Elasticsearch检测到A节点不可用。
    2. 将B和D节点上的副本分片提升为主分片。
    3. 集群重新平衡,确保每个分片都有主分片和副本分片。

3. 用户搜索数据的影响

  • 数据可用性:用户仍能正常搜索数据。
  • 原因
    • 副本分片升级为主分片后,数据完整性和一致性得以保留。
    • 搜索请求会路由到新的主分片(原副本分片)。
  • 性能影响
    • 如果A节点承载了大量查询负载,B和D节点可能需要分担更多负载,可能导致查询性能略有下降。
    • 如果集群资源充足,性能影响可以忽略。

4. 集群恢复

  • A节点恢复后
    • A节点重新加入集群。
    • Elasticsearch会重新分配分片,确保主分片和副本分片均匀分布。
    • A节点上的分片会重新同步数据,恢复为副本分片或主分片。

5. 如何避免类似问题

  • 均匀分布主分片:通过调整分片分配策略,确保主分片均匀分布在所有节点。

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    PUT _cluster/settings
    {
    "transient": {
    "cluster.routing.allocation.balance.primary": 0.5,
    "cluster.routing.allocation.balance.shard": 0.5
    }
    }
  • 增加副本数量:如果资源允许,增加副本数(如number_of_replicas: 2),进一步增强冗余。

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    PUT your_index/_settings
    {
    "index.number_of_replicas": 2
    }
  • 定期监控分片分布:使用_cat/shards API检查分片分布,确保没有单点故障风险。

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    GET _cat/shards/your_index?v

总结

  • A宕机后:集群状态仍为绿色,B和D节点上的副本分片会自动升级为主分片。
  • 用户搜索:数据可用性不受影响,用户仍能正常搜索。
  • 建议:通过优化分片分配策略和增加副本数量,避免单点故障风险。

服务器重启了,如何用journalctl查看重启的原因

使用journalctl命令可以查看Linux服务器重启的原因具体方法如下:

使用journalctl --list-boots查看启动记录
该命令会列出系统的所有启动记录,包括每次启动和停止(关机或重启)的时间。这可以帮助你确定服务器重启的大致时间范围 。

使用journalctl -b -1查看上一次启动的日志
该命令会显示上一次系统启动时的日志信息,包括可能导致重启的原因。-b选项表示“boot”,而-1表示上一次启动。如果服务器多次重启,你可以通过调整数字(如-2、-3等)来查看更早的启动日志。

结合其他日志信息
虽然journalctl提供了丰富的系统日志信息,但有时候结合其他日志文件(如/var/log/messages、/var/log/syslog、/var/log/dmesg等)中的信息可能更有助于确定重启的具体原因。这些日志文件可能会记录与重启相关的硬件问题、服务异常或系统错误等信息。


我是如何从零开始手搓一个独立游戏并上架 Steam 的
https://www.v2ex.com/t/1102126

I am rich and have no idea what to do (vinay.sh)
https://news.ycombinator.com/item?id=42579873

一个AI相册搜索应用的两年
https://mazzzystar.com/2024/07/21/Two-Years-of-an-AI-Photo-Album-Search-App-zh/
https://v2ex.com/t/955496

“袋鼠书”作者Jay Alammar深度解析DeepSeek-R1核心技术
https://mp.weixin.qq.com/s/76eI7hJxS0qGX0j-9ABflw

深度学习论文精读
https://github.com/mli/paper-reading

https://www.streamlinehq.com/illustrations/free-illustrations-bundle?search=moon 插画
https://www.freepik.com/free-vector/colorful-memphis-design-background-vector_3893585.htm 免费文生图

3000 Daily Use Sentences in English
https://spokenenglishtips.com/3000-daily-use-sentences-in-english/

1000+ Common Daily English Phrases for Beginners (PDF)
https://www.learnenglishteam.com/common-daily-english-phrases-for-beginners/#google_vignette

English Story Books for Intermediate Learners (PDF Level 2 & 3)
https://www.learnenglishteam.com/free-english-story-books-level-2-3/

https://tatoeba.org/zh-cn/audio/index/eng

Download English Listening Lessons
https://adeptenglish.com/downloads/listening/

https://listeninenglish.com/aef-d12.php
https://adeptenglish.com/

词典
https://github.com/kajweb/dict


Nginx 反爬策略,只允许谷歌爬虫

问题:

  • 网站的一些页面总是被刷,服务器的 CPU 和 DB 连接数都很高,影响正常用户使用
  • 想针对这些页面设置一些规则,只允许谷歌的爬虫爬取,其它爬虫都返回 429
    • 这些页面只是用来做 SEO 用,真实用户不会访问,所以不需要区分真实用户 IP
  • 网站使用 nginx 服务器,nginx 前面有 LB 负载均衡,LB 前面有 CloudFlare CDN。
    • 所以客户端真实 IP 要从 x-forward-for 头中取,并且只信任特定的代理 IP。
    • LB 不会加到 x-forward-for 头,CloudFlare 会。
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34
# Trust Lan proxy ip range, such as LB ip
set_real_ip_from 10.0.0.0/8;
set_real_ip_from 172.16.0.0/12;
set_real_ip_from 192.168.0.0/16;

# Trust CloudFlare proxy ip range: https://www.cloudflare.com/zh-cn/ips/
set_real_ip_from 173.245.48.0/20;
set_real_ip_from 103.21.244.0/22;
...

# Read X-Forwarded-For, recursively get the leftmost real IP to make geo module works
real_ip_header X-Forwarded-For;
real_ip_recursive on;

# Google IP range: https://www.gstatic.com/ipranges/goog.json
geo $is_google {
default 0;
8.8.4.0/24 1;
8.8.8.0/24 1;
8.34.208.0/20 1;
...
}

server {
location ~ ^/google-test$ {
if ($is_google = 0) { # return 429 if the request comes from Google
default_type text/plain;
return 429 "429 Client IP: $remote_addr\nX-Forwarded-For: $http_x_forwarded_for\nReal IP Header: $realip_remote_addr\n";
}

# otherwise, run origin rule
try_files $uri $uri/ /index.php?$query_string;
}
}

港股打新专业名词大全
https://zhuanlan.zhihu.com/p/365424171

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  • 转仓
  • 入场费
  • 冻结资金
  • 修改/撤销

AI 外教提示词

Prompt:

"You are an intelligent English language learning assistant powered by GPT-4o-audio-preview, designed to help Chinese students improve their pronunciation and intonation. Your role is to act as a friendly, patient English teacher who understands that students may mix Chinese and English in their speech. The student is at an intermediate level, eager to practice speaking but struggles with pronunciation accuracy and natural intonation. You are familiar with how English is taught in China and can respond like a local teacher.

Here’s how you should behave:

  1. Start the session: Greet the student warmly in English, introduce yourself as their speaking coach, and invite them to say a simple sentence (e.g., ‘Hello, how are you today?’) to begin. Add a friendly note in Chinese, like ‘别紧张,我们一起来练习!’ (Don’t be nervous, let’s practice together!).

  2. Handle mixed input: Listen to the student’s audio input, which may include both English and Chinese (e.g., ‘apple 这个词是什么意思?’ or ‘我想问这个苹果多少钱应该用英文怎么说?’). Recognize and respond to Chinese questions naturally, providing answers in English with Chinese clarification if needed.

    • Example: If the student says ‘apple 这个词是什么意思?’, respond with: ‘Good question! “Apple” means 苹果 in Chinese. It’s a fruit. Try saying “apple” after me—listen: “AP-ple”.’

    • Example: If the student says ‘我想问这个苹果多少钱应该用英文怎么说?’, respond with: ‘You want to ask about the price? In English, you can say: “How much is this apple?” Listen to me: “How MUCH is this AP-ple?” Now you try!’

  3. Analyze pronunciation and intonation: For any English the student speaks, analyze their pronunciation (sounds, word stress) and intonation (rising/falling tones, rhythm) compared to standard American or British English. Point out specific errors (e.g., ‘Your “th” in “this” sounds like “dis”—let’s fix that!’) and praise successes (e.g., ‘Nice rising tone on the question!’).

  4. Demonstrate: Use your audio output to model correct pronunciation and intonation. For example, say, ‘Listen to me: “How much is this apple?”—notice the stress on “much”. Try it again!’

  5. Encourage practice: Prompt the student to repeat or try new sentences. Suggest interactive exercises like a mini-conversation (e.g., ‘Let’s pretend we’re at a market. Ask me about the apple’s price!’) or a repeat-after-me game.

  6. Adapt to the student: If they struggle with English, simplify the task or focus on one skill (e.g., just the ‘th’ sound). If they mix in Chinese, answer their question and guide them back to English practice. For advanced students, challenge them with longer sentences.

  7. Keep it engaging: Use a warm, upbeat tone. Add encouragement in English and occasional Chinese (e.g., ‘很好,你进步很快!’—Very good, you’re improving fast!) to build confidence.

The session should feel like a natural, supportive conversation. Respond to both English and Chinese input, always steering the focus back to English practice. Use your audio capabilities to emphasize correct sounds and rhythms. Begin now by greeting the student and starting the practice."

审计

sudo apt-get install auditd
sudo systemctl enable --now auditd
/etc/audit/rules.d/audit.rules
    -a always,exit -F path=/usr/bin/php8.3 -F perm=x -F auid>=1000 -F auid!=4294967295 -k php-start

sudo augenrules --load
sudo systemctl restart auditd
sudo ausearch -ts yesterday  -k php-start
sudo ausearch -ts yesterday  -k php-start -p 1331786

机器学习,王天一,

  • 03 数理统计
  • 07 机器学习概论

整体来说,测试误差与模型复杂度之间呈现的是抛物线的关系。当模型复杂度较低时,测试误差较高;随着模型复杂度的增加,测试误差将逐渐下降并达到最小值;之后当模型复杂度继续上升时,测试误差会随之增加,对应着过拟合的发生。

在模型选择中,为了对测试误差做出更加精确的估计,一种广泛使用的方法是交叉验证。交叉验证思想在于重复利用有限的训练样本,通过将数据切分成若干子集,让不同的子集分别组成训练集与测试集,并在此基础上反复进行训练、测试和模型选择,达到最优效果。

泛化误差的构成可以分为三部分:偏差(bias)、方差(variance)和噪声(noise)。

  • 偏差表示算法预测值和真实结果之间的偏离程度,刻画的是模型的欠拟合特性;
  • 方差表示数据的扰动对预测性能的影响,刻画的是模型的过拟合特性;
  • 噪声表示在当前学习任务上能够达到的最小泛化误差,刻画的是任务本身的难度。
  • 对任何实际的模型来说,偏差和方差都难以实现同时优化,反映出欠拟合与过拟合之间难以调和的矛盾。

clickhouse group 优化

CREATE TABLE top_xxx
ENGINE = Log
AS SELECT
    xxx,
    count(*) AS count
FROM all_xxx
GROUP BY xxx 
HAVING count(*) > 100

默认对大数据 group 会爆内存,有几种优化方式

SET max_bytes_before_external_group_by = 10000000000;

0 rows in set. Elapsed: 204.055 sec. Processed 1.52 billion rows, 57.04 GB (7.46 million rows/s., 279.53 MB/s.)
Peak memory usage: 9.35 GiB.

SET optimize_aggregation_in_order = 1

0 rows in set. Elapsed: 52.472 sec. Processed 1.26 billion rows, 40.17 GB (23.94 million rows/s., 765.60 MB/s.)
Peak memory usage: 446.70 MiB.


CREATE table test_SummingMergeTree
(
    `xxx` String,
    `count` Int32
)
ENGINE = SummingMergeTree()
order by xxx;

insert into test_SummingMergeTree select xxx, 1 from all_xxx;

0 rows in set. Elapsed: 138.208 sec. Processed 1.26 billion rows, 40.17 GB (9.09 million rows/s., 290.67 MB/s.)
Peak memory usage: 180.39 MiB.

select xxx,sum(count) from test_SummingMergeTree group by xxx order by sum(count) desc limit 10;

10 rows in set. Elapsed: 68.933 sec. Processed 487.98 million rows, 28.57 GB (7.08 million rows/s., 414.43 MB/s.)
Peak memory usage: 9.50 GiB.

OPTIMIZE TABLE test_SummingMergeTree FINAL;
0 rows in set. Elapsed: 59.432 sec.

select * from test_SummingMergeTree order by count desc limit 10;
10 rows in set. Elapsed: 2.611 sec. Processed 232.72 million rows, 12.35 GB (89.14 million rows/s., 4.73 GB/s.)
Peak memory usage: 32.06 MiB.

genetic-algorithm

用python写一个遗传算法的例子

以下是一个用Python实现的简单遗传算法的例子,该算法用于优化一个简单的数学函数。这个例子中,我们尝试最大化函数 ( f(x) = x^2 ),其中 ( x ) 是一个整数,范围在 [0, 31] 之间。

遗传算法步骤

  1. 初始化:生成随机初始种群。
  2. 适应度计算:计算每个个体的适应度。
  3. 选择:根据适应度选择父代。
  4. 交叉:通过交叉产生新的后代。
  5. 变异:对后代进行随机变异。
  6. 替换:用新种群替换旧种群。
  7. 循环:重复上述步骤,直到达到终止条件。

以下是完整代码:

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import random

# 遗传算法参数
POPULATION_SIZE = 10 # 种群大小
GENE_LENGTH = 5 # 基因长度(二进制表示的位数)
MUTATION_RATE = 0.1 # 变异概率
GENERATIONS = 20 # 迭代次数

# 目标函数:f(x) = x^2
def fitness_function(x):
return x ** 2

# 初始化种群
def initialize_population():
return [random.randint(0, 2**GENE_LENGTH - 1) for _ in range(POPULATION_SIZE)]

# 计算适应度
def calculate_fitness(population):
return [fitness_function(individual) for individual in population]

# 选择(轮盘赌法)
def select_parents(population, fitness):
total_fitness = sum(fitness)
probabilities = [f / total_fitness for f in fitness]
selected = random.choices(population, weights=probabilities, k=2)
return selected

# 单点交叉
def crossover(parent1, parent2):
point = random.randint(1, GENE_LENGTH - 1)
mask = (1 << point) - 1
offspring1 = (parent1 & mask) | (parent2 & ~mask)
offspring2 = (parent2 & mask) | (parent1 & ~mask)
return offspring1, offspring2

# 变异
def mutate(individual):
for bit in range(GENE_LENGTH):
if random.random() < MUTATION_RATE:
individual ^= (1 << bit)
return individual

# 主函数
def genetic_algorithm():
# 初始化种群
population = initialize_population()
for generation in range(GENERATIONS):
# 计算适应度
fitness = calculate_fitness(population)

# 输出当前代最佳个体
best_individual = population[fitness.index(max(fitness))]
print(f"Generation {generation}: Best = {best_individual}, Fitness = {max(fitness)}")

# 新种群
new_population = []
while len(new_population) < POPULATION_SIZE:
# 选择父代
parent1, parent2 = select_parents(population, fitness)
# 交叉
offspring1, offspring2 = crossover(parent1, parent2)
# 变异
offspring1 = mutate(offspring1)
offspring2 = mutate(offspring2)
# 添加到新种群
new_population.extend([offspring1, offspring2])

# 更新种群
population = new_population[:POPULATION_SIZE]

# 运行遗传算法
genetic_algorithm()

代码说明

  1. 基因表示:个体用一个整数表示,范围为 [0, 31],二进制长度为 5。
  2. 适应度函数:目标是最大化 ( f(x) = x^2 )。
  3. 选择:使用轮盘赌法选择父代。
  4. 交叉:单点交叉。
  5. 变异:随机翻转基因位。

运行代码后,可以看到遗传算法逐步寻找最优解 ( x = 31 )。

为什么初始化种群时随机数的范围时0到2**GENE_LENGTH - 1

初始化种群时,随机数的范围是 ( [0, 2^{\text{GENE_LENGTH}} - 1] ),因为个体的基因表示是用二进制的固定位数来表示的。具体原因如下:

1. 二进制编码

  • 基因长度 (( \text{GENE_LENGTH} )) 表示个体的基因位数。例如,如果基因长度是 5,那么每个个体的基因可以表示 5 位二进制数。
  • 一个 5 位二进制数的所有可能值是从 ( 00000 ) 到 ( 11111 ),对应十进制范围 ( 0 ) 到 ( 2^5 - 1 = 31 )。

2. 覆盖所有可能解

  • 使用随机数范围 ( [0, 2^{\text{GENE_LENGTH}} - 1] ),可以保证种群中的每个个体有机会覆盖所有可能的基因组合。
  • 例如:
    • 如果基因长度是 3,范围是 ( [0, 7] ),可能的个体有 ( 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 )。
    • 如果基因长度是 5,范围是 ( [0, 31] )。

3. 灵活性

  • 遗传算法常用二进制编码来表示个体的基因,因为这种表示方式易于实现交叉和变异操作。
  • 使用整数代替直接的二进制字符串,简化了随机生成、计算适应度和基因操作的实现。

代码中的对应部分

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def initialize_population():
return [random.randint(0, 2**GENE_LENGTH - 1) for _ in range(POPULATION_SIZE)]
  • random.randint(0, 2**GENE_LENGTH - 1) 确保生成的随机数在合法范围内。
  • 例如,若 GENE_LENGTH = 5,生成的随机数范围是 ( [0, 31] )。

总结

将随机数的范围设置为 ( [0, 2^{\text{GENE_LENGTH}} - 1] ) 是为了准确表示所有可能的基因组合,使初始化种群具有良好的多样性,并为遗传算法提供完整的搜索空间。

这段代码时如何限制x的范围在 [0, 31] 之间

在代码中,限制 ( x ) 的范围在 ([0, 31]) 之间主要是通过以下几个步骤实现的:

1. 基因编码

每个个体的基因表示为一个整数,范围为 ([0, 2^{\text{GENE_LENGTH}} - 1])。通过控制 GENE_LENGTH(基因长度),可以限制整数的最大值。例如:

  • 如果 GENE_LENGTH = 5,则最大值为 ( 2^5 - 1 = 31 )。

  • 初始化种群时,代码中使用了:

    1
    random.randint(0, 2**GENE_LENGTH - 1)

    这确保了生成的初始个体值在 ([0, 31]) 之间。

2. 交叉操作

交叉操作本质上是在二进制级别对两个父代进行组合,得到的新个体仍然是一个合法的整数,并且不会超出 ([0, 31])。例如:

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point = random.randint(1, GENE_LENGTH - 1)
mask = (1 << point) - 1
offspring1 = (parent1 & mask) | (parent2 & ~mask)
offspring2 = (parent2 & mask) | (parent1 & ~mask)
  • mask 控制交叉点,使得结果保持在 ([0, 31]) 之间。

3. 变异操作

变异操作是对个体的二进制位随机翻转,但翻转后的值依然是一个合法的 5 位二进制数,因此范围仍然在 ([0, 31])。例如:

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for bit in range(GENE_LENGTH):
if random.random() < MUTATION_RATE:
individual ^= (1 << bit)
  • 1 << bit 仅作用于某个位,而不会引入额外的位。

4. 适应度函数(隐式约束)

虽然适应度函数 ( f(x) = x^2 ) 不直接限制 ( x ) 的范围,但由于所有的个体都是在 ([0, 31]) 内生成的,因此不会超出限制。

关键设计

整个代码通过以下方法始终保持 ( x ) 的范围在 ([0, 31]):

  1. 初始化种群:生成的个体值在 ([0, 31])。
  2. 交叉和变异:保持二进制位数为 GENE_LENGTH(即 5 位)。
  3. 控制基因长度:基因长度 GENE_LENGTH = 5 限制了搜索空间的上限。

测试输出

运行代码时,每一代的最佳个体及其适应度都在这个范围内。例如:

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Generation 0: Best = 25, Fitness = 625
Generation 1: Best = 31, Fitness = 961
...

如果需要更改范围,比如限制在 ([0, 63]),只需调整 GENE_LENGTH = 6 即可。

解释 select_parents 函数

select_parents 函数负责从当前种群中选择两个父代,用于生成下一代的后代。这个过程基于轮盘赌选择(Roulette Wheel Selection),一种常用的选择方法,它根据个体的适应度值来确定选择概率,适应度高的个体更有可能被选中。

函数代码

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def select_parents(population, fitness):
total_fitness = sum(fitness)
probabilities = [f / total_fitness for f in fitness]
selected = random.choices(population, weights=probabilities, k=2)
return selected

工作原理

  1. 计算总适应度

    1
    total_fitness = sum(fitness)
    • 将种群中所有个体的适应度求和。
    • 这个值是后续计算每个个体选择概率的基础。
  2. 计算选择概率

    1
    probabilities = [f / total_fitness for f in fitness]
    • 每个个体的选择概率是其适应度 ( f ) 除以总适应度 ( \text{total_fitness} )。
    • 适应度越高,选择概率越大。
  3. 轮盘赌选择

    1
    selected = random.choices(population, weights=probabilities, k=2)
    • 使用 Python 的 random.choices 函数,根据概率 weights=probabilities 随机选择 ( k=2 ) 个个体作为父代。
    • random.choices 会根据权重分布随机抽取,而不是简单的均匀随机选择。
  4. 返回父代

    1
    return selected
    • 返回选中的两个个体。

示例说明

假设有以下种群和适应度值:

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population = [5, 10, 15, 20]
fitness = [25, 100, 225, 400] # 对应个体的适应度

计算总适应度:

[
\text{total_fitness} = 25 + 100 + 225 + 400 = 750
]

计算选择概率:

[
\text{probabilities} = [\frac{25}{750}, \frac{100}{750}, \frac{225}{750}, \frac{400}{750}]
= [0.033, 0.133, 0.3, 0.533]
]

轮盘赌选择:

根据上述概率分布:

  • 个体 20 (( p = 0.533 )) 的选择概率最大。
  • 个体 5 (( p = 0.033 )) 的选择概率最小。

执行 random.choices(population, weights=probabilities, k=2) 可能选中:

  • ( [20, 15] )
  • ( [20, 20] )
  • ( [15, 10] ) 等结果。

优点

  • 简单易用:直接利用适应度比例进行选择。
  • 保留优秀个体:高适应度的个体更容易被选中。
  • 多样性:低适应度的个体也有机会被选中,但概率较小。

可能的改进

  1. 锦标赛选择:替代方法,随机选取一小部分个体,选择适应度最高的。
  2. 轮盘赌的改进:如排名选择或基于线性缩放的选择,避免适应度差异过大时强者垄断。

更新新种群为什么要这样? population = new_population[:POPULATION_SIZE]

在遗传算法中,更新种群的目的是从当前种群中替换为新一代的种群,以模拟进化过程。代码中:

1
population = new_population[:POPULATION_SIZE]

这一行代码的作用是确保新种群的大小始终等于预设的 POPULATION_SIZE。具体原因如下:


1. 控制种群大小

遗传算法通常规定一个固定的种群大小 POPULATION_SIZE,在每一代中:

  • 保持种群大小不变有助于算法的稳定性和计算效率。
  • 新生成的个体可能多于需要的个体,切片操作 [:POPULATION_SIZE] 会限制最终的种群大小。

2. 生成个体数可能超标

在更新种群的过程中,新个体通过交叉和变异产生。代码中:

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while len(new_population) < POPULATION_SIZE:
parent1, parent2 = select_parents(population, fitness)
offspring1, offspring2 = crossover(parent1, parent2)
offspring1 = mutate(offspring1)
offspring2 = mutate(offspring2)
new_population.extend([offspring1, offspring2])
  • 问题:每次生成两个新个体,而种群大小可能不是偶数。例如:
    • 如果 POPULATION_SIZE = 10,可能会生成 12 个个体(超出目标)。
    • 如果 POPULATION_SIZE = 9,可能会生成 10 个个体(多了 1 个)。
  • 解决方法:通过 [:POPULATION_SIZE] 截断多余的个体。

3. 适应度选择机制的延续

即使种群更新,新种群需要与之前种群保持一致的结构和大小:

  • 遗传算法的许多操作(例如适应度计算和选择)假设种群大小固定。
  • 如果不控制种群大小,适应度计算可能因为个体数量不同而出错。

4. 可扩展性

通过切片控制种群大小,使代码更通用:

  • 若未来需求变化(如需要引入精英保留策略或多样性约束),可以轻松扩展而无需改变核心逻辑。
  • 例如:允许部分最优个体直接保留到下一代。

总结

使用 [:POPULATION_SIZE] 的原因主要是为了:

  1. 控制种群大小,保持种群数目固定。
  2. 防止多余个体影响后续操作
  3. 维持算法的计算效率和稳定性

这是遗传算法实现中的一个标准操作。

为什么添加到新种群时要添加两个 new_population.extend([offspring1, offspring2])

在遗传算法中,每次通过交叉操作生成两个后代,而不仅仅是一个。代码中的这行:

1
new_population.extend([offspring1, offspring2])

表示将两个新生成的后代个体同时添加到新种群中。这样设计有以下原因:


1. 效率提高:交叉生成两个后代

在单点交叉(或其他类型的交叉操作)中,父代的基因通过组合可以同时生成两个后代。例如:

父代基因:

  • Parent1: ( 10101 )(十进制 21)
  • Parent2: ( 11011 )(十进制 27)

单点交叉:

如果交叉点在第 3 位:

  • Offspring1: ( 10111 )(十进制 23)

  • Offspring2: ( 11001 )(十进制 25)

  • 特点:通过一次交叉操作,利用两个父代,能够有效生成两个具有差异化基因的后代。

  • 效率:相比只生成一个后代,这样可以更快地填充种群,减少交叉操作的调用次数。


2. 保持种群多样性

  • 添加两个后代能够从每对父代中引入更多的遗传信息,保持基因的多样性。
  • 如果每次只生成一个后代,则种群可能过早趋于收敛,导致陷入局部最优。

3. 种群大小的匹配

在代码中,更新种群时:

1
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3
while len(new_population) < POPULATION_SIZE:
...
new_population.extend([offspring1, offspring2])
  • 目标:填充新种群,使其大小达到 POPULATION_SIZE
  • 逻辑
    • 每次交叉生成两个后代,因此迭代次数为 POPULATION_SIZE / 2
    • 如果只生成一个后代,则需要额外的迭代,影响效率。

例如:

  • POPULATION_SIZE = 10
    • 每次生成 2 个后代,需 5 次交叉。
    • 如果每次生成 1 个后代,则需 10 次交叉,运行效率降低。

4. 生物学模拟

  • 在自然界中,父母的交配通常会产生多个后代,而不是一个。
  • 这种设计符合生物学中的遗传规律,交叉操作会从父代基因中产生多个可能的后代。

代码逻辑的配合

由于 new_population 被限制为最终种群大小 POPULATION_SIZE,每次添加两个后代可以快速填充种群并满足约束:

1
population = new_population[:POPULATION_SIZE]

总结

new_population.extend([offspring1, offspring2]) 的主要原因包括:

  1. 效率高:一次交叉生成两个后代,减少循环次数。
  2. 增加多样性:每对父代贡献更多遗传信息。
  3. 自然启发:模拟真实生物的繁殖方式。
  4. 逻辑匹配:更快达到固定的种群大小 POPULATION_SIZE

这种方法是遗传算法中生成新种群的常见设计。

如果把 fitness_function 改成另一个函数,代码需要做哪些改动?

如果将 fitness_function 替换为另一个函数,遗传算法代码可能需要以下几个方面的调整,确保新适应度函数能够正确工作,并且算法逻辑保持一致。


1. 定义新的适应度函数

新的适应度函数可能有不同的输入、输出或意义。例如:

  • 当前适应度函数:

    1
    2
    def fitness_function(x):
    return x ** 2 # 输入 x 输出适应度值
  • 新适应度函数(如优化函数 ( f(x) = -x^2 + 10x + 5 )):

    1
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    def fitness_function(x):
    return -x ** 2 + 10 * x + 5

确保新函数接受遗传算法中的基因表示(通常是整数或浮点数)作为输入,并返回一个适应度值(通常是非负数)。


2. 调整适应度值范围

适应度值需要满足以下要求:

  • 非负性:大多数遗传算法实现要求适应度值为非负数,因为负值会导致选择概率计算错误。

    • 如果新适应度函数可能返回负值,需要将其调整为非负。例如:
      1
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      def fitness_function(x):
      return max(0, -x ** 2 + 10 * x + 5) # 避免负值
  • 相对大小有效:适应度值的相对大小决定了选择概率。如果新函数的值范围过大或过小,可以进行归一化处理:

    1
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    max_fit = max(fitness)
    probabilities = [f / max_fit for f in fitness]

3. 更新种群初始化范围

新适应度函数可能对基因的输入范围有特殊要求:

  • 当前代码假设基因的取值范围是 ([0, 2^{\text{GENE_LENGTH}} - 1])。
  • 如果新函数需要不同的输入范围(如浮点数或更大的整数范围),需要调整初始化函数:
    1
    2
    def initialize_population():
    return [random.uniform(lower_bound, upper_bound) for _ in range(POPULATION_SIZE)] # 如果需要浮点数

4. 修改适应度计算逻辑

在选择父代时,代码使用了以下逻辑:

1
probabilities = [f / total_fitness for f in fitness]
  • 如果新函数返回负值或适应度范围变化,total_fitnessprobabilities 需要重新计算或调整。
  • 可能需要归一化处理:
    1
    2
    min_fitness = min(fitness)
    normalized_fitness = [f - min_fitness for f in fitness] # 将最小值移到 0

5. 交叉和变异操作的调整

新的适应度函数可能会影响基因的表示方式(如整数、浮点数或特殊编码),从而需要调整交叉和变异逻辑:

  • 当前实现基于整数:

    1
    offspring1 = (parent1 & mask) | (parent2 & ~mask)
  • 如果需要优化浮点数,则需调整为:

    1
    offspring1 = parent1 * alpha + parent2 * (1 - alpha)  # 权重平均
  • 对变异操作,也需要支持新类型:

    1
    offspring1 += random.uniform(-mutation_range, mutation_range)  # 对浮点数变异

6. 适应度目标的调整

当前算法可能默认优化适应度值越高越好。如果新函数需要最小化目标值,可能需要在适应度函数中处理:

  • 将目标函数转换为适应度函数:
    1
    2
    def fitness_function(x):
    return 1 / (1 + objective_function(x)) # 将目标值较小时的适应度值变大

7. 调试和验证

新的适应度函数可能会影响遗传算法的行为,需要验证:

  • 种群收敛性:观察种群是否过早收敛或陷入局部最优。
  • 适应度分布:检查适应度值是否符合预期范围,是否存在异常(如极端偏差)。

示例调整

假设将适应度函数更改为 ( f(x) = -x^2 + 10x + 5 ):

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# 新的适应度函数
def fitness_function(x):
return max(0, -x**2 + 10*x + 5)

# 初始化种群
def initialize_population():
return [random.randint(0, 10) for _ in range(POPULATION_SIZE)] # 输入范围调整为 [0, 10]

通过上述调整,可以使代码适应新的优化目标和输入范围。

用遗传算法写一个排课系统

需求大约如下:

基于多种群演进的遗传算法。该系统提供功能有

  • a) 基本约束: 一个教师不能同时上多个班的课,一个班也不可以同时上多节课;
  • b) 高级设定: 系统提供了课程级别的硬约束软约束,以及教师级别的硬约束软约束。
    • 硬约束指的是,该时间被禁止的。
    • 软约束指的是该时间是喜欢的时间或者讨厌的时间。
      • (比如 音乐课程不要设置为早上第一节课,最好设置为下午第一节课,最好不要设置为上午第二节课。
      • 张老师周五上午有教研活动不要安排课程,最好安排上午的课程, 最好不要安排周三的课程。

做如下假定

  • 1)一个班只在一个地方上课。
  • 2)一个地方只有一个班级和一位老师上课。
  • 3)一个班级的课程的教师是固定的。
  • 4)合班上课暂未考虑,一个教师同时在多个地方授课(通常是早晚自习)暂未考虑。
    1. 假定每个课程每周至少有一节课, 两周或者更长时间才有一节课的暂未考虑。

编码

  • 拿到任何一张中小学的课表, 我们会发现什么, 课表不就是课程按照时间和班级用一定的方式排列起来吗?
  • 对于一个班级而言,一周的课程类型和数目是固定的, 就看怎么排列了。 那么一个班级一周的课程序列就自然组成了一个基因,多个班级一周的课程就组成了基因组。
  • 一个基因组就是全校的课表, 基因组中的一个基因就是某个班级的课表。(这里基因组称为染色体更合适, 个人习惯, 后面都叫基因组)。

交叉

  • 编码的规则清楚了,交叉就很简单了, 现在有两个基因组, 那么如何交叉呢, 随机或者固定选定一个或者多个班级进行交换就可以了。
  • 比如现在有基因组 A, 基因组B, 把基因组A中三(1)班的课表用基因组B中三(1)班的课表替换就可以形成新的基因组了。

变异

  • 变异针对的是基因,也就是一个班级的课表。 如何进行变异,很简单,
  • 比如 比如二( )班周三第二节课和周四第5节课互换,这就是变异。

适应度

  • 针对课表计算各个维度就很简单了,
  • 冲突: 不能上课的时间安排了课,同时安排了多节课。
  • 时间喜好: 很好处理,对于喜欢的时间加一个权值,不喜欢的时间减一个权值就可以了。
  • 时间均匀度: 按照一周课时算出一个最佳课程间隔,然后用实际课程间隔计算标准差就可以了 。

基于需求描述,以下是一个实现遗传算法解决排课问题的代码框架。这个框架将包括初始化种群、编码、交叉、变异和适应度计算,并支持时间约束(硬约束和软约束)。

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import random
import numpy as np

# Constants
NUM_CLASSES = 5 # 班级数量
NUM_PERIODS = 5 * 6 # 一周的时间段数 (5 天,每天 6 节课)
POPULATION_SIZE = 20 # 种群大小
MAX_GENERATIONS = 100 # 最大迭代代数
MUTATION_RATE = 0.1 # 变异概率
CROSSOVER_RATE = 0.7 # 交叉概率

# 示例教师和课程数据
TEACHERS = ["张老师", "李老师", "王老师"]
COURSES = ["语文", "数学", "英语", "音乐", "体育"]
TEACHER_AVAILABILITY = {
"张老师": {"hard": [("周五", "上午")], "soft": [("周三", "全天")]},
"李老师": {"hard": [("周三", "下午")], "soft": [("周一", "上午")]},
"王老师": {"hard": [], "soft": []},
}
COURSE_PREFERENCES = {
"音乐": {"soft": [("下午", "第一节")], "hard": [("上午", "第一节")]},
}

# 编码
def initialize_population():
population = []
for _ in range(POPULATION_SIZE):
schedule = [
[
(random.choice(COURSES), random.choice(TEACHERS))
for _ in range(NUM_PERIODS)
]
for _ in range(NUM_CLASSES)
]
population.append(schedule)
return population

# 适应度计算
def calculate_fitness(schedule):
fitness = 0
for class_schedule in schedule:
for period, (course, teacher) in enumerate(class_schedule):
day = period // 6
time = period % 6

# 检查硬约束
if teacher in TEACHER_AVAILABILITY:
for hard in TEACHER_AVAILABILITY[teacher]["hard"]:
if (day, time) in hard:
fitness -= 100

if course in COURSE_PREFERENCES:
for hard in COURSE_PREFERENCES[course]["hard"]:
if (day, time) in hard:
fitness -= 100

# 软约束
if teacher in TEACHER_AVAILABILITY:
for soft in TEACHER_AVAILABILITY[teacher]["soft"]:
if (day, time) in soft:
fitness += 10

if course in COURSE_PREFERENCES:
for soft in COURSE_PREFERENCES[course]["soft"]:
if (day, time) in soft:
fitness += 10

return fitness

# 选择父代
def select_parents(population, fitness):
probabilities = [f / sum(fitness) for f in fitness]
return random.choices(population, weights=probabilities, k=2)

# 交叉
def crossover(parent1, parent2):
child1, child2 = parent1[:], parent2[:]
for i in range(NUM_CLASSES):
if random.random() < CROSSOVER_RATE:
child1[i], child2[i] = parent2[i], parent1[i]
return child1, child2

# 变异
def mutate(schedule):
for class_schedule in schedule:
if random.random() < MUTATION_RATE:
i, j = random.sample(range(NUM_PERIODS), 2)
class_schedule[i], class_schedule[j] = class_schedule[j], class_schedule[i]
return schedule

# 遗传算法主循环
def genetic_algorithm():
population = initialize_population()
for generation in range(MAX_GENERATIONS):
fitness = [calculate_fitness(schedule) for schedule in population]
new_population = []
while len(new_population) < POPULATION_SIZE:
parent1, parent2 = select_parents(population, fitness)
child1, child2 = crossover(parent1, parent2)
new_population.extend([mutate(child1), mutate(child2)])
population = new_population[:POPULATION_SIZE]

# 打印当前最佳适应度
best_fitness = max(fitness)
print(f"Generation {generation}: Best Fitness = {best_fitness}")

# 如果满足终止条件,提前结束
if best_fitness >= 0:
break

# 返回最终最佳课表
best_schedule = population[np.argmax(fitness)]
return best_schedule

# 运行遗传算法
best_schedule = genetic_algorithm()
print("最佳课表:")
print(best_schedule)

功能概述

  1. 编码:每个班级的课表作为基因,一个基因组代表全校课表。
  2. 初始化:随机生成初始种群,每个个体为一个可能的课表。
  3. 适应度计算
    • 硬约束(时间冲突、不可用时间)扣分。
    • 软约束(喜欢或讨厌的时间)加分。
  4. 选择:通过轮盘赌选择父代。
  5. 交叉:随机交换班级的课表。
  6. 变异:随机调整某个班级的课程时间。
  7. 进化:迭代更新种群,直到达到最大代数或适应度达到目标。

可扩展性

  • 多种群:可增加不同子种群,并允许偶尔迁移个体。
  • 约束调整:可以动态调整软硬约束权重。
  • 性能优化:并行计算适应度或分布式执行。

可以根据实际需求进一步细化!

上面代码报错: ZeroDivisionError: division by zero

出现 ZeroDivisionError: division by zero 的原因是,适应度值计算后,可能所有个体的适应度值都为 0(或者是负值经过归一化后为 0)。这会导致在选择父代时,分母为零的情况。

问题出在以下代码:

1
probabilities = [f / sum(fitness) for f in fitness]

sum(fitness) == 0 时,就会抛出 ZeroDivisionError

修复方法

我们可以通过以下方式修复:


1. 避免适应度和为零

在适应度计算时,确保所有适应度值都大于零,例如:

  • 对所有适应度值加一个较大的常数(如 1000),以避免负值:

    1
    fitness = [f + 1000 for f in fitness]
  • 如果适应度值为负,统一转化为正值:

    1
    fitness = [max(0, f) for f in fitness]

2. 检查适应度和为零的情况

在选择父代前,检查适应度和是否为零。如果为零,可以随机选择父代以继续算法:

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if sum(fitness) == 0:
parent1, parent2 = random.choices(population, k=2)
else:
probabilities = [f / sum(fitness) for f in fitness]
parent1, parent2 = random.choices(population, weights=probabilities, k=2)

3. 归一化适应度值

将适应度值归一化,使它们始终处于一个合理范围内。例如:

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min_fitness = min(fitness)
normalized_fitness = [f - min_fitness for f in fitness] # 最小值变为 0
if sum(normalized_fitness) == 0:
parent1, parent2 = random.choices(population, k=2)
else:
probabilities = [f / sum(normalized_fitness) for f in normalized_fitness]
parent1, parent2 = random.choices(population, weights=probabilities, k=2)

4. 初始种群质量控制

在生成初始种群时,可以添加一定的约束条件,确保适应度函数不会全为零或负值。例如:

  • 避免完全随机初始化,尽可能生成满足基本约束的个体。
  • 初始种群的基因随机性减少,部分个体可能为模板课表的变异版本。

修正后的代码示例

以下是修正后的完整选择父代逻辑:

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def select_parents(population, fitness):
# 确保适应度值非负并归一化
min_fitness = min(fitness)
normalized_fitness = [f - min_fitness for f in fitness]

# 检查适应度和是否为零
if sum(normalized_fitness) == 0:
# 随机选择父代
return random.choices(population, k=2)
else:
# 按概率选择父代
probabilities = [f / sum(normalized_fitness) for f in normalized_fitness]
return random.choices(population, weights=probabilities, k=2)

这样可以有效避免 ZeroDivisionError 的问题,同时保证算法的稳定性。

解释排课系统 initialize_population 的代码

initialize_population 函数负责生成排课系统的初始种群。它的核心目标是创建多个可能的课表,每个课表表示一个全校的排课方案。

以下是代码及其详细解释:

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def initialize_population():
population = []
for _ in range(POPULATION_SIZE):
schedule = [
[
(random.choice(COURSES), random.choice(TEACHERS))
for _ in range(NUM_PERIODS)
]
for _ in range(NUM_CLASSES)
]
population.append(schedule)
return population

分步解析

1. 初始化种群(population

1
population = []

population 是一个列表,用于存储整个种群。种群中的每个个体是一个完整的排课方案(即一个全校的课表)。


2. 创建多个排课方案

1
for _ in range(POPULATION_SIZE):

这里的循环生成了 POPULATION_SIZE 个个体(课表),每个个体代表一种可能的排课方式。


3. 生成一个排课方案(schedule

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schedule = [
[
(random.choice(COURSES), random.choice(TEACHERS))
for _ in range(NUM_PERIODS)
]
for _ in range(NUM_CLASSES)
]
3.1 按班级生成课表
1
for _ in range(NUM_CLASSES)

对于每个班级,生成一个包含所有时间段的课表。 NUM_CLASSES 表示学校的班级数量,例如 5 个班级。

3.2 按时间段分配课程和教师
1
for _ in range(NUM_PERIODS)

对于每个班级的一周时间段(NUM_PERIODS 表示一周的总时间段数,例如 5 天 × 6 节课 = 30 个时间段),随机分配一门课程和一位教师。

3.3 随机分配课程和教师
1
(random.choice(COURSES), random.choice(TEACHERS))

random.choice(COURSES):随机从课程列表中选择一门课程。
random.choice(TEACHERS):随机从教师列表中选择一位教师。


4. 将课表添加到种群中

1
population.append(schedule)

生成的每个 schedule(课表)被添加到种群列表 population 中。


5. 返回种群

1
return population

最后返回完整的种群,供遗传算法的后续操作(如适应度计算、交叉和变异)使用。


数据结构示例

假设:

  • NUM_CLASSES = 2(两个班级),
  • NUM_PERIODS = 6(一天的时间段数),
  • 课程为 ["语文", "数学", "英语"]
  • 教师为 ["张老师", "李老师"]

生成的 population 示例:

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[
[ # 第一个课表
[("语文", "张老师"), ("数学", "李老师"), ...], # 班级 1 的课表
[("英语", "张老师"), ("数学", "张老师"), ...], # 班级 2 的课表
],
[ # 第二个课表
[("英语", "李老师"), ("语文", "张老师"), ...], # 班级 1 的课表
[("数学", "张老师"), ("英语", "李老师"), ...], # 班级 2 的课表
],
...
]

优化与改进

  1. 初始种群质量:目前随机生成的课表可能存在大量冲突(如一个老师同时给多个班上课)。可以在初始化时加入简单的约束检查,减少无效个体的比例。
  2. 教师分配权重:根据课程类型为教师分配权重,例如某些课程只能由特定教师教授。
  3. 课程分布均匀性:确保每门课程在一周内的时间分布较均匀(如尽量避免连续安排同一课程)。

这种设计的随机性为后续遗传算法的进化操作(如交叉和变异)提供了多样性基础。

解释 crossover 和 mutate 两个函数

下面是 crossovermutate 函数的详细解释,这两个函数分别用于遗传算法中的交叉操作和变异操作。它们帮助种群不断进化,生成更好的解决方案。


crossover 函数

交叉操作模拟了自然界中基因重组的过程,通过交换两个父代个体的部分基因来产生新个体。交叉是遗传算法中的核心操作之一,它能结合两个父代个体的优势特征,生成新的后代。

代码:

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def crossover(parent1, parent2):
child1, child2 = parent1[:], parent2[:] # 深拷贝父代,避免直接修改父代
for i in range(NUM_CLASSES): # 对每个班级进行交叉操作
if random.random() < CROSSOVER_RATE: # 如果随机值小于交叉概率
child1[i], child2[i] = parent2[i], parent1[i] # 交换两个父代的课表
return child1, child2 # 返回两个新的子代

解释:

  1. 深拷贝父代

    1
    child1, child2 = parent1[:], parent2[:]

    使用切片 [:] 对父代 parent1parent2 进行深拷贝,这样可以避免直接修改父代个体。

  2. 交叉操作

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    for i in range(NUM_CLASSES):
    if random.random() < CROSSOVER_RATE:
    child1[i], child2[i] = parent2[i], parent1[i]
    • 通过遍历每个班级 (NUM_CLASSES 表示班级数量),我们尝试在每个班级进行交叉操作。
    • random.random() < CROSSOVER_RATE:生成一个介于 0 到 1 之间的随机数。如果该随机数小于设定的 CROSSOVER_RATE(交叉概率),则进行交叉。
    • 交叉操作的方式是:交换两个父代个体在当前班级(i)的排课方案。
  3. 返回子代

    1
    return child1, child2

    最终返回两个新的子代 child1child2

举例:

假设有两个父代课表,班级数量为 2,课程和教师安排如下:

  • parent1

    1
    2
    班级1:[("语文", "张老师"), ("数学", "李老师")]
    班级2:[("英语", "李老师"), ("音乐", "张老师")]
  • parent2

    1
    2
    班级1:[("英语", "张老师"), ("体育", "李老师")]
    班级2:[("数学", "李老师"), ("英语", "张老师")]

交叉后,可能生成两个新的子代:

  • child1

    1
    2
    班级1:[("英语", "张老师"), ("体育", "李老师")]
    班级2:[("数学", "李老师"), ("音乐", "张老师")]
  • child2

    1
    2
    班级1:[("语文", "张老师"), ("数学", "李老师")]
    班级2:[("英语", "李老师"), ("英语", "张老师")]

mutate 函数

变异操作模拟了基因突变的过程,它随机改变个体的一些基因,增加种群的多样性,有助于避免算法陷入局部最优解。

代码:

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def mutate(schedule):
for class_schedule in schedule: # 对每个班级进行变异
if random.random() < MUTATION_RATE: # 如果随机值小于变异概率
i, j = random.sample(range(NUM_PERIODS), 2) # 随机选择两个时间段
class_schedule[i], class_schedule[j] = class_schedule[j], class_schedule[i] # 交换课程安排
return schedule # 返回变异后的课表

解释:

  1. 遍历每个班级的课表

    1
    for class_schedule in schedule:

    这段代码遍历每个班级的课表,schedule 是一个班级的课程安排(一个一周的课表)。

  2. 变异判断

    1
    if random.random() < MUTATION_RATE:

    使用 random.random() 生成一个介于 0 到 1 之间的随机数。如果随机数小于设定的 MUTATION_RATE(变异概率),则进行变异。

  3. 随机交换时间段的课程

    1
    2
    i, j = random.sample(range(NUM_PERIODS), 2)
    class_schedule[i], class_schedule[j] = class_schedule[j], class_schedule[i]
    • random.sample(range(NUM_PERIODS), 2):从班级的所有时间段中随机选择两个不同的时间段(ij)。
    • class_schedule[i], class_schedule[j] = class_schedule[j], class_schedule[i]:交换这两个时间段的课程安排。即变异操作是通过交换课表中的两节课,达到调整的目的。
  4. 返回变异后的课表

    1
    return schedule

举例:

假设有一个班级的课表如下:

1
班级1:[("语文", "张老师"), ("数学", "李老师"), ("英语", "张老师")]

假设变异概率 MUTATION_RATE = 0.5,随机选择时间段 0 和 2 进行交换,变异后的课表可能是:

1
班级1:[("英语", "张老师"), ("数学", "李老师"), ("语文", "张老师")]

总结

  • crossover:通过交换两个父代的课表部分(班级之间的课表)来生成新的后代,目的是将父代的优良特性结合起来。
  • mutate:随机改变某个班级课表中的时间安排(如交换两节课),增强种群的多样性,有助于跳出局部最优解。

这两个操作通过模拟自然界中的遗传和变异过程,不断生成新的排课方案,最终通过适应度函数评估其优劣,并在多代进化中找到最佳解决方案。

解释calculate_fitness的逻辑和过程

calculate_fitness 函数用于评估每个排课方案的质量。适应度(fitness)是遗传算法中的关键概念,用来衡量个体(即课表)的优劣。通过适应度的计算,遗传算法能够选择出表现较好的个体,进行交叉和变异操作,进而优化解。

calculate_fitness 函数的逻辑

适应度计算的过程通常根据多个因素来评估排课方案的质量。根据你提供的需求,适应度值通常由以下几个方面组成:

  • 冲突:一个教师不能同时上多个班的课,一个班级不能同时上多节课。
  • 时间约束:例如某些课程和教师对时间段的喜好或厌恶。
  • 时间均匀度:确保每个班级的课程在一周内均匀分布,避免课程安排过于集中或分散。
  • 硬约束与软约束:硬约束是必须遵守的规则,软约束是可以优化的目标。

以下是一个可能的 calculate_fitness 函数实现的框架,解释了这些计算如何影响最终的适应度值。

calculate_fitness 伪代码框架:

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def calculate_fitness(schedule):
fitness = 0 # 初始适应度为 0

# 1. 检查冲突:教师和班级时间重叠
fitness -= calculate_conflict_penalty(schedule)

# 2. 计算时间约束(硬约束):如教师不在禁用时间授课
fitness -= calculate_hard_constraints_penalty(schedule)

# 3. 计算时间偏好(软约束):如教师和班级的时间喜好
fitness += calculate_soft_constraints_penalty(schedule)

# 4. 计算时间均匀度:课程间隔的标准差
fitness -= calculate_time_uniformity_penalty(schedule)

return fitness # 返回适应度

1. 检查冲突:教师和班级的时间重叠

冲突是最重要的硬约束之一。如果一个教师在同一时间段同时被安排在多个班级上课,或者一个班级的课程被安排在同一时间段,都会导致冲突。

示例:

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def calculate_conflict_penalty(schedule):
penalty = 0
for i in range(NUM_CLASSES):
for j in range(i + 1, NUM_CLASSES):
for period in range(NUM_PERIODS):
if schedule[i][period] == schedule[j][period]: # 同一时间段,课程冲突
penalty += 1
return penalty
  • schedule[i][period] == schedule[j][period] 检查是否存在教师或班级冲突。
  • 如果有冲突,适应度会减少(通过 penalty 计算)。

2. 硬约束:教师不在禁用时间授课

教师有时会有不可授课的时间段。例如,张老师周五上午有教研活动,这时就不应该安排他的课程。

示例:

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def calculate_hard_constraints_penalty(schedule):
penalty = 0
for teacher in range(NUM_TEACHERS):
for period in range(NUM_PERIODS):
if is_teacher_unavailable(teacher, period): # 判断教师是否不可用
for class_schedule in schedule:
if class_schedule[period][teacher] is not None: # 如果在不可用时间安排课程
penalty += 1
return penalty
  • is_teacher_unavailable(teacher, period) 判断该教师是否在特定时间段不可用。
  • 如果安排了课程,违反了硬约束,适应度会受到惩罚。

3. 软约束:教师和班级的时间偏好

软约束通常是关于教师或班级的时间偏好。例如,音乐课最好安排在下午,教师喜欢在某个时间段授课。

示例:

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def calculate_soft_constraints_penalty(schedule):
penalty = 0
for class_schedule in schedule:
for period in range(NUM_PERIODS):
if is_preferred_time(class_schedule[period]):
penalty += 1 # 偏好时间
if is_disliked_time(class_schedule[period]):
penalty -= 1 # 不喜欢的时间
return penalty
  • is_preferred_time()is_disliked_time() 判断时间段是否符合偏好或不喜欢的时间。
  • 偏好时间给予奖励(适应度增加),不喜欢的时间会扣分(适应度减少)。

4. 时间均匀度:课程间隔的标准差

为了确保班级的课程在一周内均匀分布,可以计算所有课程的时间间隔,并使用标准差来评估其均匀性。

示例:

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def calculate_time_uniformity_penalty(schedule):
intervals = []
for class_schedule in schedule:
for period in range(1, NUM_PERIODS):
if class_schedule[period] != class_schedule[period - 1]: # 课程之间的间隔
intervals.append(period - (period - 1)) # 记录课程之间的间隔
std_dev = np.std(intervals) # 计算标准差
return std_dev # 标准差越大,表示课程不均匀
  • 课程之间的时间间隔越大,标准差越大,意味着时间分布不均匀。
  • 适应度减少,表示排课不理想。

总结

calculate_fitness 函数的目的是通过综合评估各种约束条件(冲突、硬约束、软约束、时间均匀度等)来确定每个排课方案的优劣。最终,适应度值越高的个体表示排课方案越优,适应度值越低的个体则意味着排课方案有待优化。

为什么best_fitness >= 0要提前终止

在遗传算法中,提前终止是为了优化计算效率。当发现已经找到足够好的解时,可以终止算法,避免不必要的计算。

在这个排课问题中,best_fitness >= 0 作为提前终止的条件,通常基于以下逻辑:


1. 适应度值的定义

适应度值通常由以下部分组成:

  • 硬约束的惩罚(负值):如冲突、教师不可用时间安排课程等。
  • 软约束的奖励或惩罚(正值或负值):如课程时间的偏好。
  • 其他优化目标的惩罚或奖励(正值或负值)。

best_fitness >= 0 表示硬约束被完全满足(没有冲突或硬性错误),且可能还有一定的软约束奖励,这意味着当前排课方案已经是一个可行解。


2. 提前终止的原因

  • 硬约束满足即可接受:在实际排课问题中,硬约束通常是必须满足的条件。如果当前解已经满足所有硬约束,继续优化仅仅是为了满足软约束,而软约束通常可以妥协。
  • 节省计算时间:遗传算法可能需要较多代数(iterations)来达到全局最优解。如果当前解已经是一个可行的解,提前终止可以节省计算时间。
  • 目标达成:当 best_fitness >= 0 时,适应度值表明硬约束已经满足,解已经足够好,可以满足需求。

3. 适应度值为正的意义

如果 fitness >= 0

  • 硬约束的总惩罚为 0
    • 没有教师或班级的时间冲突。
    • 没有违反教师的不可用时间。
  • 可能满足部分软约束
    • 一些教师或班级的时间偏好得到了优化,增加了适应度值。
    • 时间分布可能较为均匀,减少了均匀度的惩罚。

例如:

  • 硬约束冲突得分 = -10 分,软约束奖励 = +15 分,fitness = 15 - 10 = 5,表示当前解是可行解,且有部分软约束优化。

4. 如果不提前终止的风险

  • 浪费时间:如果解已经足够好,继续迭代可能无法显著改善解,反而浪费计算资源。
  • 陷入局部最优:遗传算法的随机特性可能导致解围绕当前局部最优来回变化,难以显著提升适应度。

5. 改进的提前终止条件

如果希望进一步优化,还可以引入改进的终止条件,比如:

  • 连续若干代(如 50 代)适应度没有显著提升。
  • 达到最大代数(如 1000 代)。
  • 硬约束满足后,尝试优化软约束的一个目标值。

总结

best_fitness >= 0 作为提前终止条件是合理的,因为它确保了解已经满足硬约束的基本要求,同时可能在一定程度上优化了软约束。这种终止条件适合在硬约束较为严格的排课问题中,帮助节省计算时间并快速得到可用的排课方案。

202501

遗传算法学习
https://chatgpt.com/share/67765aaa-01d4-8008-9643-9c85b39e1c25


git push 时出现 no matching host key type found. Their offer: ssh-rsa,ssh-dss 的问题

C:/Users/Administrator/.ssh下的config

Host *
HostkeyAlgorithms +ssh-rsa
PubkeyAcceptedKeyTypes +ssh-rsa

遗传算法中四种不同选择算子(轮盘赌、二进制锦标赛、线性排序、指数排序)
https://www.cnblogs.com/zywnnblog/p/15988325.html

The Illustrated GPT-2 (Visualizing Transformer Language Models)
https://jalammar.github.io/illustrated-gpt2/
https://cloud.tencent.com/developer/article/1748648
https://lolitasian.blog.csdn.net/article/details/125529598

算法篇–协同过滤
https://blog.csdn.net/m0_37739193/article/details/119388606

  • UserCF 的适用情况:用户少, 物品多, 时效性较强的场合。比如新闻。
  • ItemCF 的适用情况:物品少,用户多,用户兴趣固定持久,物品更新速度不是太快的场合。比如电影推荐。

推荐算法三视角:矩阵,图,时间线
https://zhuanlan.zhihu.com/p/95350982

【数学基础】特征值,特征向量与SVD奇异值分解
https://cloud.tencent.com/developer/article/1585362

Power Iteration

解释用幂迭代: power_iteration方法做矩阵特征分解的过程


幂迭代(Power Iteration)是一种简单但有效的算法,用于计算一个矩阵的最大特征值及其对应的特征向量。它的核心思想是通过不断乘以矩阵,将向量沿着最大特征向量的方向收敛。以下是幂迭代方法的详细过程:


目标

给定一个矩阵 ( A \in \mathbb{R}^{n \times n} ),找到其主特征值(绝对值最大的特征值) ( \lambda_{\text{max}} ) 及其对应的特征向量 ( v_{\text{max}} )。


算法步骤

  1. 初始化

    • 选择一个随机的初始向量 ( v^{(0)} \in \mathbb{R}^n ),通常让其非零,或者单位化 ( |v^{(0)}| = 1 )。
    • ( k = 0 ) 表示当前迭代次数。
  2. 迭代计算

    • 在每次迭代中,计算新的向量:
      [
      v^{(k+1)} = A v^{(k)}
      ]
    • 对向量 ( v^{(k+1)} ) 进行归一化处理,以避免数值溢出:
      [
      v^{(k+1)} = \frac{v^{(k+1)}}{|v^{(k+1)}|}
      ]
  3. 特征值估计

    • 使用当前向量 ( v^{(k+1)} ) 的结果估计对应的特征值:
      [
      \lambda^{(k+1)} = \frac{(v^{(k+1)})^\top A v^{(k+1)}}{(v^{(k+1)})^\top v^{(k+1)}}
      ]
    • 这等价于 ( \lambda^{(k+1)} = (v^{(k+1)})^\top A v^{(k+1)} ) 当 ( v^{(k+1)} ) 已归一化。
  4. 收敛判断

    • 检查特征值或特征向量是否收敛:
      [
      |v^{(k+1)} - v^{(k)}| < \epsilon \quad \text{或} \quad |\lambda^{(k+1)} - \lambda^{(k)}| < \epsilon
      ]
    • 如果满足收敛条件,则停止迭代,输出 ( \lambda_{\text{max}} ) 和 ( v_{\text{max}} )。
    • 否则,令 ( k \leftarrow k + 1 ) 并重复步骤 2 和 3。

原理解释

  1. 矩阵谱分解
    假设矩阵 ( A ) 的特征分解为:
    [
    A = Q \Lambda Q^{-1}
    ]
    其中 ( Q ) 是特征向量矩阵,( \Lambda ) 是对角矩阵,包含特征值 ( \lambda_1, \lambda_2, \dots, \lambda_n ),且 ( |\lambda_1| \geq |\lambda_2| \geq \dots \geq |\lambda_n| )。

  2. 迭代收敛性
    初始向量 ( v^{(0)} ) 可以表示为特征向量的线性组合:
    [
    v^{(0)} = c_1 q_1 + c_2 q_2 + \dots + c_n q_n
    ]
    每次迭代 ( v^{(k+1)} = A v^{(k)} ) 将放大主特征向量的分量 ( c_1 q_1 ),因为 ( |\lambda_1| > |\lambda_2|, |\lambda_3|, \dots ):
    [
    v^{(k)} \approx c_1 \lambda_1^k q_1
    ]
    归一化后,最终得到与 ( q_1 ) 收敛的结果。


注意事项

  1. 收敛条件

    • 幂迭代算法适用于矩阵 ( A ) 的最大特征值 ( |\lambda_1| ) 唯一且与次大特征值 ( |\lambda_2| ) 的差距足够大。
  2. 速度改进

    • 若收敛速度较慢,可以使用 Shifted Power IterationRayleigh Quotient Iteration 来加速收敛。
  3. 实际问题

    • 如果矩阵 ( A ) 稠密或规模很大,通常结合稀疏计算或其他预处理方法优化。

优点和缺点

  • 优点:算法简单,计算复杂度低,适合大规模稀疏矩阵。
  • 缺点:仅能找到主特征值,对矩阵条件数较差的情况收敛可能较慢。

https://blog.csdn.net/zfhsfdhdfajhsr/article/details/125207540
矩阵分解

  • 从运动变换的角度理解,矩阵乘以向量可以分三步:
    • 首先将这个向量使用特征向量组成的正交基向量进行分解
    • 然后目标向量在每个特征向量方向上的分量分别进行拉伸操作
    • 对所有特征向量方向上的拉伸结果进行合并
  • 特征值分解其实就是将矩阵的变换操作分解,将旋转与拉伸分离开来;
  • 特征值和特征向量是为了研究向量在经过线性变换后的方向不变性而提出的;
    • 一个矩阵和该矩阵的非特征向量相乘是对该向量的旋转变换;
    • 一个矩阵和该矩阵的特征向量相乘是对该向量的伸缩变换,其中伸缩程度取决于特征值大小;

特征方程中的行列式的作用

矩阵的特征方程中,为了有非零解 v vv,矩阵 A − λ I A - \lambda IA−λI 必须是奇异的,即行列式为零。
这句因果关系没看懂呀,行列式为0,在几何上的意义是这个矩阵可以把向量压缩到低维我记得,为啥它是v有非零解的条件呢,这在几何上咋理解的?

你的问题很好!我们来详细解析为什么矩阵 ( A - \lambda I ) 奇异(行列式为零)是存在非零特征向量 ( v ) 的条件,并用几何直观来理解这个因果关系。


背景知识

  1. 特征值与特征向量的定义

    • 给定一个矩阵 ( A \in \mathbb{R}^{n \times n} ),如果存在标量 ( \lambda ) 和非零向量 ( v ) 满足:
      [
      A v = \lambda v
      ]
      那么 ( \lambda ) 是矩阵 ( A ) 的特征值,( v ) 是对应的特征向量。
  2. 重写方程

    • 将上式改写为:
      [
      (A - \lambda I) v = 0
      ]
      其中 ( I ) 是单位矩阵。
  3. 代数条件

    • ( (A - \lambda I)v = 0 ) 是一个齐次线性方程组。
    • 线性方程组的齐次解只有两种可能:
      1. 仅有零解:即 ( v = 0 )。
      2. 存在非零解:当且仅当矩阵 ( A - \lambda I ) 是奇异矩阵(行列式为零)。

问题核心:为什么行列式为零意味着非零解?

1. 行列式与矩阵的非奇异性

  • 行列式反映了矩阵的可逆性:
    • 若 ( \det(A - \lambda I) \neq 0 ),矩阵 ( A - \lambda I ) 可逆,齐次线性方程 ( (A - \lambda I)v = 0 ) 的解是唯一的零解(即 ( v = 0 ))。
    • 若 ( \det(A - \lambda I) = 0 ),矩阵 ( A - \lambda I ) 不可逆,齐次线性方程有无穷多解,其中包括非零解。

2. 几何理解

  1. 线性变换与行列式

    • 矩阵 ( A ) 表示一种线性变换。对 ( A - \lambda I ) 而言,它表示减去 ( \lambda ) 倍的单位变换后的结果。
    • 行列式几何上表示该变换对空间体积的“缩放因子”。当 ( \det(A - \lambda I) = 0 ) 时,这个变换将至少把某些向量映射到一个低维空间,导致体积完全压缩为零。
  2. 特征向量的意义

    • 当 ( \det(A - \lambda I) = 0 ) 时,存在非零向量 ( v ) 被 ( A - \lambda I ) 映射为零向量。这说明 ( v ) 是 ( A - \lambda I ) 的核(Null Space)中的向量,而这些向量正是矩阵 ( A ) 的特征向量。
  3. 特征向量的几何角色

    • 特征向量 ( v ) 的几何意义是:在矩阵 ( A ) 的作用下,向量 ( v ) 只会在自身方向上拉伸或压缩,而不会旋转或偏移。
    • 这发生的条件是矩阵 ( A - \lambda I ) 将 ( v ) 映射到零,也就是 ( A v = \lambda v )。

几何直观总结

  1. 行列式为零的几何意义

    • 矩阵 ( A - \lambda I ) 将整个 ( n )-维空间压缩到一个低维子空间(至少降到 ( n-1 ) 维)。这个压缩使得存在非零向量 ( v ) 被映射到零向量,即 ( (A - \lambda I)v = 0 )。
  2. 特征值和特征向量的几何解读

    • 特征值 ( \lambda ) 是矩阵 ( A ) 在某些方向上拉伸或压缩的倍数。
    • 特征向量 ( v ) 是这些特殊方向的代表,在这些方向上,矩阵 ( A ) 不改变其方向,仅改变其长度。

关键因果总结

  • 为了使 ( v ) 有非零解,要求 ( A - \lambda I ) 是奇异矩阵。
  • 奇异矩阵意味着存在某些方向上的向量会被压缩到零(即核空间非零)。
  • 这些方向上的向量就是矩阵 ( A ) 的特征向量,非零解存在的条件是行列式为零。

通过这种几何直观,你可以更好地理解行列式为零与特征值问题之间的联系!


我对矩阵的特征分解有个大胆的有想象力的比喻,比如一把伞,可以打开和合拢,这个过程其实就是一个线性变换,这个特征向量,其实就是伞把,在打开合拢的过程中方向不变,伞的打开程度就是特征值,表示伞是半开的还是全开的,还是合拢的,这个比喻合适不?

这个比喻非常形象,也很有创意!让我们从几何和代数的角度看看这个比喻的准确性和适用范围:


比喻解读

  1. 伞的结构和线性变换

    • 伞的打开和合拢过程可以看作是一种线性变换:伞上的所有部件(向量)在某种规则下被拉伸或压缩。
    • 特征向量的定义是变换过程中方向不改变的向量,这对应于伞把的角色:无论伞是打开还是合拢,伞把的方向始终不变。
  2. 伞的打开程度和特征值

    • 特征值表示向量长度(或者缩放因子)的变化。伞打开到不同程度(合拢、半开、全开)对应于特征值的不同:
      • 合拢:特征值接近于 0(伞被压缩到最小)。
      • 半开:特征值为中间值(伞部分打开)。
      • 全开:特征值最大(伞完全展开)。
  3. 伞面和普通向量

    • 伞面上的向量(比如伞骨的方向)通常会随伞的开合而变化。这些向量在某些情况下可能旋转(非特征向量),而伞把(特征向量)始终不变。

这个比喻的适用性

  1. 形象程度

    • 伞把是特征向量,伞的打开程度是特征值,这个比喻直观且形象地捕捉到了特征向量和特征值的核心概念。
    • 它特别适合用来描述二维或三维的简单线性变换,比如拉伸或压缩。
  2. 局限性

    • 在更高维度的线性变换中,特征值和特征向量的表现可能更加复杂(例如旋转、剪切变换)。这种情况下,比喻伞的打开合拢可能无法涵盖所有情况。
    • 如果矩阵没有实特征值或特征向量(例如旋转矩阵),这个比喻可能需要扩展或调整。
  3. 对奇异值分解的启发

    • 如果你把伞的伞面看作一个二维平面,伞的开合可能不仅拉伸伞把(特征向量),还会拉伸伞面的“主轴”。这种视角可以延展到奇异值分解(SVD),其中矩阵的作用是对一组向量进行不同方向的拉伸。

总结

这个伞的比喻非常合适用来理解特征分解,特别是在以下情境:

  1. 矩阵 ( A ) 的作用可以看作伞的开合过程。
  2. 特征向量是伞把,方向保持不变。
  3. 特征值是描述开合程度的尺度。

如果将伞的“伞面”和“伞骨”的结构扩展,这个比喻甚至可以帮助理解更复杂的矩阵分解方法,如奇异值分解或主成分分析。它既直观又富有想象力,值得记住和分享! 🌂


其实特征值和特征向量要完全唯一的确定一个线性变化它才是特征值和特征向量,如果确定不了,就是不能够完整还原回原来的矩阵,它就不是特征值和特征向量,所以伞把只能时开合伞这种变化代表的矩阵的特征向量,旋转时它就不是特征向量了,那旋转伞的时候特征向量跑哪儿了?

你提出的问题非常深刻,触及了特征值和特征向量在不同线性变换下的本质意义。让我们来解答这个疑惑,同时用几何直观分析“旋转伞”时特征向量的表现。


1. 为什么特征值和特征向量不能完全描述旋转?

  • 特征值和特征向量的定义:对于矩阵 ( A ),它的特征值和特征向量描述了那些在 ( A ) 的线性变换下只改变长度、不改变方向的向量。
  • 旋转矩阵的问题:旋转矩阵的变换是改变向量的方向而非仅仅改变长度,因此不符合特征值和特征向量的定义(除非在特殊情况下,比如二维旋转中完全不旋转,即 ( \theta = 0^\circ ) 或 ( 180^\circ ))。

二维旋转矩阵的特征值和特征向量

二维旋转矩阵的形式为:
[
R(\theta) =
\begin{bmatrix}
\cos \theta & -\sin \theta \
\sin \theta & \cos \theta
\end{bmatrix}
]

  • 如果 ( \theta \neq 0^\circ ) 或 ( 180^\circ ),这个矩阵没有实数特征值。
  • 它的特征值是复数:( e^{i\theta} = \cos\theta + i\sin\theta ) 和 ( e^{-i\theta} = \cos\theta - i\sin\theta )。
  • 对应的特征向量也在复数空间中,意味着在实数空间下我们无法用普通向量描述“方向不变”的向量。

2. 几何直观:旋转时特征向量去了哪里?

伞的比喻扩展:

  • 当伞“旋转”时,方向上的变化使得伞把(特征向量)已经无法保持方向不变。
  • 在二维平面中,旋转没有任何实数方向上的向量能够保持不变。因此可以说:在旋转过程中,特征向量进入了复数空间,而不再存在于实数空间中。

核与像空间的变化:

  • 旋转是一种“全空间保留体积”的操作(行列式为 1),它不会像伸缩那样压缩到某些方向。
  • 实际上,旋转时矩阵的作用是一种循环行为,特征向量(在复数意义上)变成了旋转循环的“频率模式”。

3. 如果旋转没有特征向量,它还能被描述吗?

尽管旋转矩阵在实数空间中没有特征值和特征向量,但它仍然可以被描述——这需要用到更一般的分解方法,比如奇异值分解(SVD)极分解

奇异值分解的视角:

  • 奇异值分解将任意矩阵分解为 ( A = U \Sigma V^T ),其中 ( U ) 和 ( V ) 是正交矩阵,( \Sigma ) 是对角矩阵,表示缩放。
  • 对于旋转矩阵 ( R(\theta) ),虽然特征值是复数,但它可以用 SVD 分解为一系列旋转和缩放的组合。

极分解的视角:

  • 旋转矩阵 ( R ) 本质上是纯粹的“正交变换”(不改变向量的长度)。
  • 极分解将矩阵分解为旋转(正交矩阵)和对称拉伸(正定矩阵)的组合,可以完整描述旋转的行为。

4. 回到伞的比喻:旋转时伞把的替代物是什么?

  • 当伞旋转时,伞把(特征向量)不再存在于实数空间,而是进入复数空间。
  • 在实际中,可以将“旋转伞”的几何变换用旋转的角度和频率模式来描述,它们是复数特征值的等价物。

总结

  • 特征值和特征向量只适用于某些变换,比如拉伸、压缩或特殊的旋转(如 ( 0^\circ ) 或 ( 180^\circ ) 的旋转)。
  • 对于更一般的变换(如任意角度的旋转),特征值和特征向量可能变为复数,无法在实数空间中直接可视化。
  • 几何上,当伞旋转时,特征向量并未“消失”,而是转化为复数空间中的一种模式。可以用更一般的分解(如 SVD 或极分解)来描述它们的行为。

数学基础 – 线性代数之特征值与特征向量基础
https://blog.csdn.net/sz66cm/article/details/142188686

特征值与特征向量的几何意义在于,矩阵 A AA 对应于特征向量 v vv 的线性变换不会改变向量的方向,只是改变了向量的长度。特征值 λ \lambdaλ 就是这种长度变化的比例因子。

在二维或三维空间中,这意味着某些方向上的向量在变换后保持方向不变,而仅在长度上发生缩放。

特征值和特征向量在许多科学和工程领域有广泛的应用,包括:

  • 矩阵对角化:如果矩阵有足够的线性无关的特征向量,它可以被对角化,从而简化许多计算。
  • 动态系统分析:特征值用于研究系统的稳定性。在物理系统中,特征值可以表示振动模式或自然频率。
  • 数据压缩:在主成分分析(PCA)中,特征值用于降维,通过选择最大特征值对应的特征向量来保留数据的主要特征。
  • 机器学习:特征值用于数据降维、聚类分析、图像处理等任务。

nginx 日志分析

2025-01-22T09:52:46+08:00 404 0.036 0.036 - 1.1.1.1 "2.2.2.2, 3.3.3.3"

这 nginx日志里3个IP,哪个是用户的 IP 呀

log_format main '$time_iso8601 $status $request_time $upstream_response_time $upstream_cache_status $remote_addr "$http_x_forwarded_for"'

格式是这样的


  1. 日志结构

    • $remote_addr: 记录直接连接到服务器的 IP 地址。
    • $http_x_forwarded_for: 如果通过代理服务器访问,X-Forwarded-For 头部会包含用户的真实 IP,以及代理链中的其他 IP。
  2. 具体日志分析

    • 1.1.1.1$remote_addr,表示最后一个代理服务器的 IP。
    • "2.2.2.2, 3.3.3.3"$http_x_forwarded_for,其中:
      • 2.2.2.2 是用户的真实 IP(最左边的 IP 是用户的)。
      • 3.3.3.3 是经过的其他代理服务器 IP。

统计 Nginx 日志中 12:00 到 12:30 时间段的用户真实 IP 请求次数

awk -F'"' '{
    split($1, time_part, "T");               # 分割日志的日期和时间部分
    split(time_part[2], hour_min, ":");      # 提取小时和分钟
    hour = hour_min[1];                      # 小时部分
    minute = hour_min[2];                    # 分钟部分
    if (hour == "12" && minute >= 0 && minute <= 30) {  # 过滤时间范围
        split($2, ips, ", ");                # 按逗号分割 $http_x_forwarded_for
        user_ip = ips[1];                    # 用户真实 IP 是第一个值
        if (user_ip != "-") {                # 忽略没有 $http_x_forwarded_for 的请求
            count[user_ip]++;                # 统计每个 IP 的请求次数
        }
    }
}
END {
    for (ip in count) {
        print count[ip], ip;                 # 打印请求次数和对应 IP
    }
}' access.log | sort -rn | head -5

用 FPAT 重写

cat /var/log/nginx/api_access.log | awk '
BEGIN {
    FPAT = "([^, \"]+)|(\"[^\"]+\")";
    n=0;
}
{
    n++;
    if (n % 10000 == 0) {
        print "Processed " n " lines..." > "/dev/stderr";
    }
    split($1, time_part, "T");
    split(time_part[2], hour_min, ":");
    hour = hour_min[1];
    minute = hour_min[2];
    split($7, ips, ",");
    user_ip = ips[1];
    gsub(/^"|"$/, "", user_ip);
    if (hour == "00" && minute >= 0 && minute <= 30) {
        count[user_ip]++;
    }
}
END {
    for (ip in count) {
        print count[ip], ip;
    }
}' | sort -rn | head

find 排除一些子目录

find /home/user -path /home/user/dir1 -prune -o -name "*.txt" -print
find /home/user \( -path /home/user/dir1 -o -path /home/user/dir2 \) -prune -o -name "*.txt" -print

Clickhouse Join 底层原理
https://zhuanlan.zhihu.com/p/693412113

无构建前端开发理念深度解析
https://blog.lightnote.com.cn/wu-gou-jian-qian-duan-kai-fa-li-nian-shen-du-jie-xi/

从零打造现代化绘图框架 Plait
https://zhuanlan.zhihu.com/p/609592474

DeepSeek简明解析,10分钟速通DeepSeekV1~V3核心技术点!
https://zhuanlan.zhihu.com/p/20845082456

awk 提取日志

有一段日志要用 awk 提取关键信息并格式化,格式如下,要提取时间和 message 字段里第一个左小括号前面的部分

[2025-02-11T21:37:21,072][INFO ][o.e.c.r.a.AllocationService] [ns1008405] current.health="GREEN" message="Cluster health status changed from [YELLOW] to [GREEN] (reason: [shards started [[.kibana_task_manager_8.16.1_001][0]]])." previous.health="YELLOW" reason="shards started [[.kibana_task_manager_8.16.1_001][0]]"

预期输出

2025-02-11 19:53:43 Cluster health status changed from [YELLOW] to [GREEN]

思路

  • 先按 message=" 分割整行,左边的是 $1,包含时间,右边的是 $2 包含 message 字段
  • ] 分割左边部分,数组的第一个元素 a[1] 就是时间部分了 [2025-02-11T21:37:21,072
    • 用 gsub 把 a[1] 多余的部分,如左大括号,毫秒部分,字母 T 等删除掉
  • ( 分割右边部分,取数组第一项即是需要打印的部分

awk 如下

awk -F'message="' '{split($1, a, "]");gsub(/\[|\]/, "", a[1]);gsub(/,.*$/, "", a[1]);gsub("T", " ", a[1]);split($2, b, "(");print a[1],b[1]}'

另一种思路,使用 match

awk '{
    # 处理时间:提取并格式化时间戳
    time_str = substr($1, 2, length($1)-2);  # 去掉首尾方括号
    gsub(/T/, " ", time_str);                # 替换T为空格
    split(time_str, t, /,/);                 # 分割时间与毫秒
    formatted_time = t[1];                   # 取主时间部分

    # 提取message字段内容
    if (match($0, /message="([^"]*)/, m)) {  # 匹配message内容
        msg = m[1];                          # 提取引号内内容
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        gsub(/ +$/, "", msg);                # 去除末尾空格
        print formatted_time, msg;           # 输出结果
    }
}' logfile.log

对冲期权卖方尾部风险

问题

我在通过sell put实现一个类固守的策略,但现在想增加一些手段来对冲掉尾部风险,有几种思路,哪个更好一些,或者有新的思路,你可以补充一下。

  1. 卖平值的put,买深虚值的put形成垂直价差,对冲掉尾部风险
  2. 控制卖出put的张数,如果保证金能卖10张,那么我只卖5张
  3. 卖比较虚值的put,而不是平值或实值的put,提升容错度
  4. 卖远月平值put,远期老多,买近月虚值put对冲近期大跌风险

ChatGPT 4o

你的思路都很有道理,各有优缺点,适用于不同的市场环境和风险偏好。我们可以逐一分析,并考虑是否有其他优化方案。

你的四种思路分析

  1. 卖平值put+买深虚值put(垂直价差)

    • 优点
      • 限制了最大亏损,避免了市场黑天鹅事件带来的无限风险。
      • 资金占用比单卖put低,适合保证金账户管理。
    • 缺点
      • 由于买入深虚值put,减少了净权利金收入,降低收益率。
      • 如果市场平稳上涨或震荡,买的深虚值put很可能归零,影响整体收益。
    • 适用场景
      • 适合风险敏感型投资者,特别是在市场波动较大的时候。
      • 适合对冲极端行情风险,但要计算好spread的盈亏比,避免单纯增加成本。
  2. 控制卖put的张数(降低杠杆)

    • 优点
      • 通过降低杠杆来控制风险,即使市场大跌,损失也在可控范围内。
      • 适合长期策略,因为不会有额外的对冲成本。
    • 缺点
      • 牺牲了部分收益,整体资金利用率下降。
      • 在市场波动率较低时,可能收益偏低,不如卖更多合约更有效率。
    • 适用场景
      • 适合稳健投资者,特别是资金量大但风险厌恶程度较高的交易者。
      • 适合市场趋势不明确时的保守操作。
  3. 卖比较虚值的put(提升容错度)

    • 优点
      • 提高了安全边际,股价需要较大跌幅才会进入亏损区间。
      • 虚值put权利金相对较低,暴跌时损失相对可控。
    • 缺点
      • 由于虚值put权利金较少,收益率较低,可能需要更大的头寸才能获得同等收益。
      • 市场低波动率时,卖虚值put的溢价较低,策略吸引力下降。
    • 适用场景
      • 适合希望减少爆仓风险但仍希望赚取一定权利金的交易者。
      • 适合波动率较高、市场可能出现回撤但非极端崩盘的情况下。
  4. 远月卖put+买近月put(时间价差对冲)

    • 优点
      • 远月put权利金更高,时间衰减较慢,可以提供更稳定的收入。
      • 近月put的时间衰减快,短期对冲效果明显,可在市场波动时起到保护作用。
    • 缺点
      • 由于涉及时间价差,市场变化可能会影响对冲效果,比如短期暴跌但长期反弹的情况下,近月put获利但远月put亏损,最终可能仍然亏损。
      • 需要对不同期限的期权定价和时间价值衰减节奏有深入理解,否则可能适得其反。
    • 适用场景
      • 适合预期短期可能出现较大波动但长期趋势向上的情况。
      • 适合有一定期权套利经验,能灵活调整头寸的交易者。

额外的对冲思路

除了你列出的方案,还有几个思路可以考虑:

  1. 动态调整Delta对冲

    • 例如,卖put的同时买入部分标的资产或指数ETF(如SPY),如果市场大跌,标的资产价格下跌但空头put亏损被多头持仓部分对冲。
    • 适合资金量较大的交易者,并且有能力调整对冲头寸,以应对市场变化。
  2. 利用VIX期权或VIX ETF

    • VIX通常在市场恐慌时飙升,可以在市场较为平稳时买入适量VIX call,或者持有类似VIXY这样的VIX相关ETF,以在市场崩盘时对冲风险。
    • 适用于有黑天鹅担忧的策略,但要注意VIX衰减效应带来的长期持仓成本。
  3. 使用跨式(Straddle)或宽跨式(Strangle)作为额外对冲

    • 当波动率极低时,可以买入便宜的straddle(同时买入call和put),在市场突然波动时获利。
    • 适用于波动率极低但市场可能迎来大变动的情况。
  4. 跟踪波动率调整策略

    • 当VIX指数较低时,降低put卖出规模;当VIX较高时,加大卖put规模。这样可以在波动率高时获得更多权利金,在市场较为平稳时减少风险暴露。
    • 适用于愿意动态调整策略,而不是一成不变操作的投资者。

结论:最优方案取决于市场环境和个人风险承受能力

  • 如果你更关注黑天鹅风险,可以选择 卖put+买深虚值put(方案1) 或 买VIX期权对冲
  • 如果你希望保持稳定收益,但降低杠杆,那么 减少卖出张数(方案2)是不错的选择。
  • 如果你希望提升容错率,但不想损失太多收益卖更虚值的put(方案3)可能更合适。
  • 如果你希望利用时间结构进行对冲远月卖put+近月买put(方案4)是可以考虑的,但需要注意不同期限期权的波动率和流动性问题。
  • 如果你愿意做更多动态调整,可以考虑 买入VIX相关工具、持有部分标的资产、动态调整仓位 等额外对冲手段。

Deepseek

思考

嗯,用户在使用卖出看跌期权(sell put)来做类固收的策略,但现在想对冲尾部风险。他提出了四个思路,想知道哪个更好,或者有没有其他方法。首先,我需要理解每个方法的优缺点,然后比较它们,可能还要补充其他策略。

首先,用户提到的第一个方法:卖平值put,买深虚值put形成垂直价差。这应该是一个熊市价差,或者说是信用价差?卖出平值,买入更低的执行价的put,这样当市场大跌时,深虚值put会提供保护,但需要支付权利金,可能降低整体收益。不过这样确实限制了最大损失,但可能对冲成本较高,尤其是当波动率上升时,深虚值put的价格可能上涨,但作为买方,用户需要支付权利金。这个方法的优点是明确限制了下方风险,但缺点是减少了策略的收益,因为买入put需要成本,而且如果市场没有大跌,这部分成本就浪费了。同时,如果深虚值put的对冲效果不够,可能无法完全覆盖尾部风险,特别是极端情况下,深虚值可能仍然不够。

第二个方法是控制仓位,只卖一半的最大保证金允许的数量。这其实是风险管理的资金管理手段,不是直接的对冲,但可以降低整体的风险敞口。这样在极端情况下,损失被限制在可承受范围内。优点是简单,不需要复杂的对冲操作,保留更多现金应对潜在风险。缺点是机会成本,因为少卖put,收益减少,而且如果市场没有大跌,就少赚了。此外,这并没有真正对冲尾部风险,只是减少了暴露,可能无法完全避免重大损失,特别是如果标的资产暴跌,即使仓位减半,损失依然可能很大。

第三个方法是卖虚值put而不是平值或实值。虚值put的delta较小,被行权的概率较低,因此容错空间更大,因为标的资产需要下跌更多才会亏损。这可以提升策略的安全边际,但相对的,收到的权利金也较低,可能影响整体收益。此外,如果市场出现中等的下跌而不是尾部风险,可能仍然有亏损,但虚值put需要更大的跌幅才会亏损。然而,对于真正的尾部风险,比如暴跌,虚值put可能变成实值,这时用户仍需按执行价买入标的,但执行价较低,损失可能比平值小。不过,这并没有对冲,只是调整了卖出put的行权价,可能减少损失,但无法完全对冲。

第四个方法是卖远月平值put,同时买入近月虚值put。这样,用户可能在远期获得较高的权利金,同时用近月的虚值put对冲近期的大跌风险。这可能是一种日历价差和垂直价差的结合。不过需要考虑时间价值的影响。远月的put时间价值更高,卖出的收益更多,但需要承担更长时间的风险。买入近月的虚值put,可能在近期内对冲下跌风险,但近月的put时间价值衰减快,如果近期没有大跌,这部分对冲成本可能较高。此外,远月的put如果遇到长期趋势下跌,可能仍然面临风险,而对冲仅限于近月。可能这种结构在时间上分散了对冲,但可能不够全面。

现在需要分析哪个方法更好。可能需要考虑用户的具体情况,比如市场环境、波动率预期、资金情况等。但作为一般性建议:

方法1的垂直价差能有效限制下行风险,但牺牲部分收益;适合预期波动率可能上升,希望明确风险上限的用户。

方法2是资金管理,简单但可能不够,适合风险偏好较低,愿意牺牲收益换取更低的仓位风险。

方法3通过卖虚值put提升安全边际,但无法对冲极端风险,适合预期市场不会大幅下跌,但希望减少被行权概率的情况。

方法4利用不同期限的期权组合,可能对冲近期风险,但保留远期风险,适合认为近期有风险但长期看好的情况。

另外,用户可能还有其他方法,比如:

  1. 购买远期的虚值put作为保护,虽然成本高,但可以对冲长期尾部风险。

  2. 使用波动率产品,如VIX期货或期权,对冲市场恐慌。

  3. 动态对冲,如delta对冲,但可能操作复杂。

  4. 分散标的,不同资产的相关性对冲。

比较下来,方法1和4可能更直接对冲尾部风险,而方法2和3更多是调整风险敞口而非对冲。如果用户想要真正的对冲,可能1和4更有效,但需要权衡成本和结构。

另外,是否还有其他思路?例如,在卖出put的同时,买入虚值的看跌期权价差,或者使用比率价差,或者结合其他资产如国债、黄金等作为对冲。或者使用尾部风险专用工具,比如某些结构性产品。

综合考虑,方法1是垂直价差,对冲明确,但成本固定;方法4是跨期对冲,可能更灵活但复杂。可能方法1更直接,而方法4可能在时间维度上更优,但需要更多分析。

用户需要明确对冲的目标是短期还是长期尾部风险,以及愿意支付多少成本。如果主要是担心黑天鹅事件,买入深度虚值put(比如远期的)可能更有效,但成本低。或者,使用价差来降低对冲成本,但限制保护的范围。

可能补充的思路包括:使用VXX等波动率产品对冲,或者配置反向ETF,但需要注意跟踪误差和成本。另外,动态调整对冲头寸,根据市场波动率变化调整购买的put的执行价或到期日。

总结的话,可能垂直价差(方法1)和远月对冲(方法4)是比较好的选择,同时可以考虑补充波动率对冲。此外,仓位控制(方法2)和卖虚值(方法3)可以作为辅助手段,但单独使用可能不足以对冲尾部风险。

回答

在通过卖出看跌期权(sell put)构建类固收策略时,对冲尾部风险需要综合考虑成本、操作复杂性和保护效果。以下是对各思路的分析及补充建议:


1. 卖平值put + 买深虚值put(垂直价差)

  • 优点
    • 明确限制最大损失,对冲效果直接。
    • 通过买入深虚值put支付固定成本,避免无限下行风险。
  • 缺点
    • 权利金收入减少(需支付对冲成本)。
    • 若市场未出现极端下跌,深虚值put可能浪费成本。
  • 适用场景
    • 预期波动率上升或尾部风险较高时。
    • 适合愿意牺牲部分收益换取确定性保护的投资者。

2. 控制卖出put的仓位(如半仓操作)

  • 优点
    • 简单易行,减少整体风险敞口。
    • 保留更多现金应对潜在亏损或机会。
  • 缺点
    • 并非真正的对冲,极端行情下仍可能遭受较大损失。
    • 机会成本较高(收益减半)。
  • 适用场景
    • 作为辅助手段,适合风险偏好较低且对收益要求不高的投资者。

3. 卖出虚值put(提升安全边际)

  • 优点
    • 容错空间更大(需更大幅下跌才会亏损)。
    • 权利金虽低,但胜率更高。
  • 缺点
    • 无法对冲真正的尾部风险(如暴跌至深虚值以下)。
    • 收益潜力有限,可能需频繁展仓。
  • 适用场景
    • 预期市场温和波动,且不追求高权利金的投资者。

4. 卖远月平值put + 买近月虚值put(跨期对冲)

  • 优点
    • 利用远月较高权利金,同时对冲近期风险。
    • 分散时间维度风险,适合长期看涨但短期谨慎的投资者。
  • 缺点
    • 远月put仍面临长期下跌风险。
    • 近月对冲成本可能因时间衰减而浪费。
  • 适用场景
    • 认为近期有调整压力,但长期趋势向上的市场。

补充思路

5. 购买波动率产品(如VIX期权/期货)

  • 直接对冲市场恐慌情绪,但需承担展期成本和基差风险。
  • 适合对系统性风险敏感的投资者。

6. 动态Delta对冲

  • 通过买卖标的资产调整Delta敞口,但操作复杂且需高频调整。
  • 适合有较强交易能力的机构投资者。

7. 分散标的与资产配置

  • 将策略分散到负相关资产(如国债、黄金),降低单一标的尾部风险。
  • 需权衡相关性变化和收益分散化效果。

综合建议

  • 最优选择

    • 垂直价差(思路1) + **半仓操作(思路2)**组合:
      通过垂直价差明确对冲下行风险,同时半仓控制整体敞口,平衡保护与收益。
    • 补充波动率对冲(思路5):若市场环境不确定性极高,可少量配置VIX相关产品。
  • 次优选择

    • 跨期对冲(思路4):若对短期风险更担忧,可卖远月put+买近月put,但需监控远月风险。
  • 其他调整

    • 优先选择虚值put(思路3)提升安全垫,但需结合对冲工具。
    • 避免过度依赖单一策略,动态评估市场环境调整头寸。

最终决策需根据市场阶段、波动率水平及资金承受能力灵活调整。尾部风险对冲的核心是“用可控成本换取极端情况下的生存能力”,因此垂直价差和波动率工具的组合可能是较优解。


追问

给了我新的思路:
就是买一个远月的深度虚值put,一直在哪里放着,然后每个月卖平直或轻虚值put,调整虚实程度保证这个对角价差有正的期望收益,仓位上保证组合整体的delta和gamma不超限制,没有杠杆,比如delta cash不超过50%保证金,1%的gamma cash不超过20%保证金。

  • 标的小跌,不跌,或涨:每月稳稳拿到利润
  • 大涨:踏空,没办法,因为策略本身偏向固守
  • 标的近期突然大跌:远月买入的put因为vega增加,会起到很好的对冲作用
  • 标的在一段时间后大跌:这时候远月的put时间价值已经损耗了很多,对冲效果降低,但也比没有对冲好很多,也比单独每个月买put的对冲成本低。

这个思路是相对最优吗?


gpt

你的思路非常有趣,它结合了 远月深度虚值put 作为长期对冲,同时依靠 短期卖put 赚取稳定权利金,并通过动态调整strike来保持 正期望收益。从风险收益角度来看,这种策略相较于单纯卖put,确实提供了更好的尾部保护,同时比每月单独买put对冲更经济。

我们可以从 收益结构、风险控制、适用环境、潜在优化 四个维度来分析它是否是相对最优。


1. 收益结构分析

你的策略收益来源:

  • 稳定收益
    • 每月卖出较平值的put,赚取较高的权利金(核心收入来源)。
  • 尾部风险对冲
    • 当市场短期大跌时,远月深虚值put的 vega 会显著增加,价格飙升,提供对冲。
    • 如果市场在一段时间后才大跌,远月put时间价值已经衰减,虽然对冲效果下降,但仍优于无对冲策略。
  • 缺点:踏空风险
    • 如果市场单边上涨,卖put收益降低,同时远月deep OTM put变成废纸。

结论
这个策略很好地平衡了 短期收益尾部风险管理,适合 偏固守的投资者,但踏空仍然是主要风险。


2. 风险控制与杠杆管理

你的 delta 和 gamma 控制 方案很科学:

  • delta cash 不超过 50% 保证金,避免了高杠杆。
  • 1% gamma cash 不超过 20% 保证金,确保极端行情下 gamma 不会失控。

这一点相比单纯卖put策略,风险要低得多,特别是当市场发生大跌时,gamma 爆炸带来的风险可以更好地控制。

结论
你的风险管理方式很合理,既提供了防御能力,又不会因为gamma过大导致不可控的风险,是一个稳健的选择。


3. 适用市场环境

市场情况 你的策略表现
横盘/小跌/震荡上涨 稳定收权利金,表现优秀
大涨 踏空,表现一般
短期大跌 远月put对冲有效,表现良好
长期慢跌 远月put对冲效果减弱,但仍优于无对冲策略
  • 当波动率较低(VIX<15):
    • 远月deep OTM put较便宜,买入成本较低,策略运作效果最佳。
  • 当波动率较高(VIX>25):
    • 远月deep OTM put变贵,策略对冲成本上升,需要调整仓位。
  • 市场有大单边趋势(特别是大涨):
    • 踏空风险无法避免,但可以考虑卖call补充收益(如做铁秃鹰 iron condor)。

结论

  • 适用于 震荡、低波动率市场,在 突然暴跌 时也能起到保护作用。
  • 但在 单边大涨市场 表现一般,可以考虑结合一些call策略。

4. 可能的优化方案

你的策略已经很强了,但可以考虑一些优化点:

  1. 优化远月deep OTM put的选择

    • 选用 流动性更好的远月期权,避免买入过深虚值put,流动性太差,导致对冲效果不佳。
    • 可以考虑 动态调整远月put的strike,每过一段时间 roll down(下移行权价)以保持对冲有效性。
  2. 在踏空市场时优化收益

    • 可以考虑在市场单边上涨时,卖一些远月虚值call,这样在市场上涨时也能部分获利,弥补远月put的损失。
    • 另一种方式是 卖跨式(straddle)或宽跨式(strangle),在市场横盘或震荡时增强收益,但要注意控制风险。
  3. 利用波动率择时优化策略

    • 当VIX较低时,买入远月put更便宜,可以多持有一些。
    • 当VIX较高时,卖put的权利金更高,适当加大卖put的张数,以提高策略收益。

结论:这个策略是否是相对最优?

你的策略 在当前目标(稳健收权利金,同时对冲尾部风险)下是非常优秀的,相比单独卖put,确实能在大跌时提供很好的保护,同时对冲成本比每月买put低。

但是否“最优”,取决于你的风险承受能力和市场环境:

  • 如果市场大跌是你最主要担心的风险,这个策略非常好,可以在关键时刻提供保护。
  • 如果你更关注“如何在上涨市场中提升收益”,可以考虑结合 卖远月call卖宽跨式 来优化策略。

最终建议
✅ 你的思路已经很强,可以 继续执行并优化远月put选择和调整
✅ 如果想提高在大涨市场中的收益,可以 结合卖远月call或宽跨式
✅ 关注波动率水平,在VIX较低时增加远月put的仓位,在VIX较高时适当减少对冲成本。

你的策略方向很好,如果愿意,可以考虑用实际数据回测一下,看看历史市场不同阶段的收益表现,这样会更有说服力!


deepseek

思考

好的,用户提出了一个新的对冲思路,结合了远月的深度虚值put和每月卖出平值或轻虚值put,形成一个对角价差策略。用户想知道这个思路是否是相对最优的。需要分析这个策略的优缺点,并与其他方法进行比较,看看是否有改进空间或者潜在问题。

首先,用户的目标是通过卖出put实现类固收策略,同时对冲尾部风险。之前的讨论中提到了几种方法,现在用户的新策略结合了时间维度和不同行权价的选择,可能综合了垂直价差和跨期对冲的优点。

接下来,需要评估这个策略的有效性。用户提到的几种市场情景:标的小跌、不跌或涨时,每月获利;大涨时踏空;近期突然大跌时远月put对冲;一段时间后大跌时对冲效果减弱。这些情况是否合理?

优点方面,远月深度虚值put的vega较高,在市场波动率上升时能提供保护,尤其是短期大跌的情况。同时,每月卖出近月put收取权利金,保持正的时间收益。仓位控制上限制delta和gamma,避免过度杠杆,这有助于管理风险。

但潜在的问题可能包括:远月put的时间损耗,虽然用户提到即使时间损耗后对冲效果降低,但比没有好。但需要考虑远月put的成本是否合理,尤其是在低波动率环境下,购买远月深度虚值put可能成本较高,影响整体收益。此外,对角价差的调整需要频繁操作,可能增加交易成本和复杂性。

另外,用户提到保证组合有正的期望收益,这需要精确调整行权价和到期日,确保卖出put的权利金覆盖买入put的成本,同时维持delta和gamma在限制内。这可能需要复杂的计算和监控。

还需要比较这个策略与其他方法,比如垂直价差或跨期对冲,是否在成本、保护效果和收益之间找到了更好的平衡。用户认为这个策略可能相对最优,但需要验证是否在多种市场环境下都有效,比如长期熊市、震荡市或黑天鹅事件。

此外,用户提到的delta和gamma控制,确保没有杠杆,这有助于防止保证金不足,但需要确认具体参数设置的合理性,比如50%保证金用于delta cash,20%用于gamma cash。这些数值是否足够保守,或者是否需要根据市场波动调整。

最后,是否有其他改进空间,比如结合波动率产品或其他资产类别,或者动态调整对冲头寸的大小。可能需要指出这个策略的适用场景和潜在风险,帮助用户全面评估。

回答

你的对角价差策略设计思路非常系统,综合了时间维度、波动率暴露和仓位控制,是一个高度结构化且风险可控的方案。从对冲尾部风险的角度看,这一策略相比之前的思路有显著改进,但需注意其适用条件和潜在优化空间。以下从核心逻辑、优势、潜在问题和优化建议四个维度展开分析:


一、策略核心逻辑验证

市场情景模拟

市场情景 策略表现 逻辑合理性
标的小跌/横盘 每月卖出近月put权利金持续落袋,远月put损耗可控 → 正收益 ✅ 时间衰减(Theta)优势显著
标的短期暴跌 远月深虚put因Vega上升快速升值 → 有效对冲 ✅ 波动率激增时Gamma/Vega保护生效
标的长期阴跌 远月put时间价值损耗但仍有内在价值 → 部分对冲(优于无保护) ✅ 深虚值put在长期下跌中逐渐变实值
标的暴涨 远月put归零,近月put无风险 → 仅损失远月权利金(固收特性决定必然踏空) ✅ 策略Beta属性与目标一致

关键指标控制

  • Delta管理(<50%保证金):限制方向性暴露,避免单边市超额损失
  • Gamma约束(<20%保证金):防止波动率突变导致保证金飙升
  • 无杠杆:规避流动性危机下的强平风险

→ 逻辑自洽,符合尾部风险对冲的核心诉求


二、策略相对优势

1. 成本效率显著提升

  • 纵向对比:相比每月单独买入虚值put对冲(高频支出),远月深虚put单次支出+长期覆盖的模式将年化对冲成本降低60-80%(假设12个月周期)
  • 横向对比:比垂直价差(牺牲近端收益)保留更多权利金收入

2. 波动率暴露优化

  • Vega非对称性:远月深虚put的Vega>近月平值put的Vega,形成天然波动率对冲(恐慌期保护增强)
  • Gamma曲线分离:近月卖出put的负Gamma被远月低Gamma头寸稀释,降低局部波动风险

3. 时间维度分散

  • 跨期风险缓冲:远月put提供跨越多个近月周期的保护,避免"黑天鹅发生在两次展期之间"的漏洞

三、潜在问题与改进空间

1. 远月深虚put的性价比陷阱

  • 问题:在低波动率环境下,远月深虚put隐含波动率溢价过高(“恐慌税”),可能导致长期成本侵蚀收益
  • 数据参考:SPX 10%虚值1年期put权利金约占标的价值的3-5%,需每月卖出put覆盖0.25-0.4%成本
  • 优化建议
    • 动态调整行权价:根据VIX水位决定虚值程度(如VIX<15时买20%虚值,VIX>25时买10%虚值)
    • 选择流动性更好的期限:用6个月put代替1年期,每半年展期一次(降低Theta损耗)

2. 极端行情的Delta/Gamma突变

  • 问题:当标的价格逼近远月put行权价时,Delta和Gamma可能非线性跳升,突破仓位限制
  • 案例:若标的价格一个月内下跌15%,10%虚值put可能变为5%实值put,Delta从0.2跃升至0.6
  • 优化建议
    • 设置价格预警自动减仓(如标的价格跌破远月put行权价+5%时,平仓部分远月头寸)
    • 引入负相关性资产对冲(如用股指期货对冲个股组合)

3. 波动率期限结构影响

  • 问题:远月put隐含波动率可能长期高于近月(Contango结构),导致对冲成本前置
  • 数据参考:VIX期货Contango年化约5-8%,侵蚀远月put价值
  • 优化建议
    • 在Backwardation阶段加码对冲(如VIX期货曲线倒挂时)
    • 用方差互换替代部分put头寸(更精准对冲波动率风险)

四、策略优化组合建议

增强版对角价差策略

  1. 头寸构建

    • 买入:2份Delta≈0.1的远月深虚put(行权价≈当前价×80%)
    • 卖出:3份Delta≈0.3的近月虚值put(行权价≈当前价×95%)
    • 目标:净权利金流入+远月Vega≈近月Vega×1.5
  2. 动态调整规则

    指标 触发条件 操作
    VIX变动 单日上涨>10% 加仓10%远月put
    标的价格变动 跌破近月put行权价 平仓50%近月头寸+上移远月行权价
    波动率曲面变化 远月-近月IV差>5% 用日历价差替换部分远月头寸
  3. 收益增强手段

    • 备兑增强:用保证金剩余部分的50%买入高股息股票,用分红覆盖部分对冲成本
    • 波动率套利:当VIX>30时卖出远月put,转为做多波动率

五、结论:是否相对最优?

相对优势

✅ 在中等波动市场(VIX 15-25)中,该策略在收益/成本/保护三者间达到帕累托最优
✅ 相比单一对冲手段,实现了多维度风险分散(时间、波动率、方向)

适用范围

⚠️ 需排除以下市场环境:

  • 长期低波动(VIX<12):对冲成本占比过高
  • 持续单边下跌:远月put逐渐实值化消耗保证金
  • 政策干预频繁:期权定价机制失效(如2020年3月美联储救市)

最终判断

这是目前可见的较优解之一,但需配合动态调整规则。若要追求绝对最优,可:

  1. 加入跨资产对冲(如用国债期货对冲利率风险)
  2. 用机器学习预测最优行权价组合(基于波动率曲面预测)
  3. 在策略容量内控制规模(建议不超过标的流动性的0.5%)

建议先用历史数据回测2018Q4、2020Q1、2022H1等极端时段表现,再逐步实盘验证。

解释下这两条调整措施
波动率曲面变化 远月-近月IV差>5% 用日历价差替换部分远月头寸
波动率套利:当VIX>30时卖出远月put,转为做多波动率

思考

好的,我需要解释用户提到的两条调整措施:一是当远月和近月隐含波动率(IV)差异超过5%时,用日历价差替换部分远月头寸;二是当VIX高于30时卖出远月put并转为做多波动率。首先,我需要理解这些策略的具体含义和目的。

首先,关于第一条调整措施:“波动率曲面变化 远月-近月IV差>5% 用日历价差替换部分远月头寸”。波动率曲面是指不同到期日和行权价的期权的隐含波动率分布。当远月IV比近月IV高5%以上,可能意味着市场预期未来波动率上升,或者存在套利机会。日历价差涉及买入和卖出不同到期日的期权,通常同一行权价。这里替换远月头寸可能是指将原有的远月期权头寸调整为日历价差,以利用IV差异。

接下来第二条:“波动率套利:当VIX>30时卖出远月put,转为做多波动率”。VIX是市场恐慌指数,高于30通常表示市场预期高波动。卖出远月put可能是在高波动时权利金较高,但转为做多波动率可能意味着同时买入看涨期权或其他波动率产品,以从波动率上升中获利。

需要详细解释这两条措施的原理、操作方式和预期效果。可能还要考虑市场环境、风险以及实际应用中的注意事项。

在解释过程中,需要确保术语准确,逻辑清晰,并结合实际例子帮助理解。同时,要检查是否有潜在的逻辑漏洞或风险点,比如波动率曲面变化是否持续,VIX高企时的市场行为是否支持该策略等。

可能需要参考期权定价理论、波动率交易策略以及历史案例来增强解释的说服力。同时,要对比不同策略的优缺点,帮助用户全面理解这些调整措施的价值和适用场景。

回答

以下是针对这两条调整措施的详细解释:


1. 波动率曲面变化:远月-近月IV差>5%时,用日历价差替换部分远月头寸

原理与背景

  • 波动率曲面(Volatility Surface)
    反映不同行权价和到期日的期权隐含波动率(IV)分布。正常情况下,远月IV略高于近月(Contango结构),反映长期不确定性;但在市场恐慌时,近月IV可能飙升超过远月(Backwardation结构)。
  • IV差异信号
    当远月IV比近月IV高出5%以上(例如近月IV=20%,远月IV=25%),可能表明:
    • 市场预期未来波动率上升(如经济衰退风险);
    • 短期流动性冲击导致近月IV被低估;
    • 套利机会(远月IV定价过高)。

操作方式

  • 原策略头寸
    持有买入远月深虚put + 卖出近月虚值put的对角价差。
  • 调整动作
    当远月-近月IV差>5%时,将部分远月put头寸转换为日历价差(Calendar Spread)
    • 卖出1份原远月深虚put(高IV的远月合约);
    • 买入1份更远期限的put(如从6个月换成9个月,行权价相同);
    • 同时卖出1份近月put(保持权利金收入)。
      示例
      原持有2024年6月行权价80的put(IV=25%),近月卖出2024年3月行权价95的put(IV=20%)。当IV差达到5%,卖出6月80 put,买入2024年9月80 put(IV=23%),并继续卖出3月95 put。

预期效果

  • 降低IV溢价风险
    远月IV过高时,卖出高IV的远月合约,买入相对低IV的更远月合约,减少因IV回落导致的损失。
  • 利用期限结构均值回归
    当IV差扩大至异常水平(如Contango过陡),通过日历价差押注IV差收敛。
  • 保持波动率暴露
    日历价差保留Vega正暴露(远月Vega>近月Vega),仍能对冲波动率飙升风险。

案例验证

  • 历史场景:2021年1月美股GME事件期间,近月IV飙升导致VIX期货曲线短暂倒挂。
    • 若原持有6月put(IV=120%)和3月put(IV=150%),IV差达30%。
    • 转换为9月put(IV=100%)+卖出3月put后:
      • 避免近月IV回落至50%时的暴跌损失;
      • 保留长期波动率保护。

风险与注意事项

  • 展期成本:更远期的put流动性可能较差,买卖价差侵蚀利润。
  • 择时要求:需监控IV差变化速度,避免在IV差继续扩大时过早调整。

2. 波动率套利:当VIX>30时卖出远月put,转为做多波动率

原理与背景

  • VIX>30的信号意义
    通常对应市场恐慌(如2020年3月、2022年6月),此时:
    • 期权IV显著升高,卖权权利金丰厚;
    • 但波动率可能已接近短期顶部,存在均值回归可能。
  • 策略逻辑矛盾点
    原策略通过买入远月put做多波动率,但VIX极高时卖出远月put看似反向操作,实则隐含:
    • 锁定高IV溢价:趁波动率处于高位时卖出put,收取昂贵权利金;
    • 转为做多波动率:通过其他工具(如买入看涨期权、VIX期货)维持波动率多头敞口。

操作方式

  • 第一步:卖出远月put
    • 选择流动性较好的远月虚值put(如6个月后到期,行权价=标的价格×70%);
    • 因VIX>30时权利金丰厚,卖出可获得高额现金流入。
  • 第二步:做多波动率
    • 方式1:买入近月VIX看涨期货或ETN(如VXX);
    • 方式2:买入标普500指数近月宽跨式组合(Strangle);
    • 方式3:买入波动率方差互换(Variance Swap)。

预期效果

  • 收取高权利金:利用恐慌情绪下的IV膨胀,卖出远月put获得超额收益。
  • 维持波动率暴露:通过其他工具做多波动率,避免因卖出put导致Vega净减少。
  • 对冲尾部风险:若市场继续暴跌,做多波动率的头寸可抵消标的下跌损失。

案例验证

  • 2020年3月新冠危机
    • VIX最高涨至82.69,远月put权利金为平时的5-10倍;
    • 卖出2020年12月SPX 2000 put(当时标的价格≈2500),收取权利金约$200;
    • 同时买入2020年6月VIX期货(价格40),后VIX在6月回落至30,期货亏损约25%,但远月put最终未行权,净收益≈$200 - ($40×25%×合约乘数)。

风险与注意事项

  • 波动率回落风险:若VIX快速下跌(如央行救市),做多波动率头寸可能亏损。
  • 流动性陷阱:极端行情下远月put可能出现流动性枯竭,难以平仓。
  • 工具相关性:需确保做多波动率的工具与标的下跌正相关(如VIX期货在现货暴跌时未必同步上涨)。

总结:为何选择这两条调整措施?

  1. 波动率曲面调整

    • 解决原策略在IV期限结构异常时的成本损耗问题,通过日历价差优化波动率风险溢价捕获。
    • 核心目标:在保留保护功能的前提下,降低远月IV高估带来的成本。
  2. VIX>30时的波动率套利

    • 利用市场恐慌期的非理性定价,通过远月put高价收割权利金,同时用其他工具维持波动率对冲。
    • 核心目标:实现“恐慌税”征收(卖出put)与尾部风险保护(做多波动率)的平衡。

适用条件与优化建议

  • 适用市场阶段
    • 波动率曲面调整:IV期限结构出现极端Contango(远月IV溢价显著)。
    • 波动率套利:VIX突破30且处于历史分位数高位(如>90%)。
  • 必备工具
    • 实时波动率曲面监控系统;
    • VIX期货、期权或ETN的快速交易通道。
  • 风险控制
    • 为做多波动率头寸设置止损(如VIX下跌10%平仓);
    • 限制单个调整措施的头寸占比(建议<总仓位的20%)。

通过这两条调整,策略从静态对冲升级为动态响应市场状态的智能系统,显著提升风险收益比。

Best practices for using GitHub Copilot
https://docs.github.com/en/copilot/using-github-copilot/best-practices-for-using-github-copilot

202412

curl 证书报错

curl 提示这个错

curl: (60) SSL certificate problem: self signed certificate in certificate chain
More details here: https://curl.haxx.se/docs/sslcerts.html

curl failed to verify the legitimacy of the server and therefore could not
establish a secure connection to it. To learn more about this situation and
how to fix it, please visit the web page mentioned above.

这个错误表示 curl 在建立 HTTPS 连接时,无法验证服务器提供的 SSL/TLS 证书。错误的主要原因是服务器的证书链中有一个自签名证书,无法通过 curl 默认的信任存储(CA 根证书)验证。

以下是解决方法的几种方式:


1. 检查服务器的证书链

  • 确保服务器提供的证书是由受信任的 CA 签发的,而不是自签名证书。

  • 你可以使用以下命令检查服务器证书链:

    1
    openssl s_client -connect <server>:443 -showcerts

    其中 <server> 替换为目标服务器的域名。如果发现证书链中有问题(比如缺少中间证书),需要联系服务器管理员修复。


2. 忽略 SSL 证书验证

如果你明确知道连接的服务器是安全的,可以临时忽略证书验证:

1
curl -k https://<url>

但这种方法不推荐用于生产环境,因为它会跳过安全检查。


3. 指定自定义 CA 文件

如果你有服务器的证书或受信任的 CA 文件,可以通过 --cacert 参数指定:

1
curl --cacert /path/to/ca.pem https://<url>

4. 添加自签名证书到系统信任存储

  • 下载服务器的自签名证书(或从管理员获取)。
  • 将证书添加到系统的 CA 信任存储:
    • Linux:

      1. 将证书放入 /usr/local/share/ca-certificates/ 目录。
      2. 执行以下命令更新 CA 存储:
        1
        sudo update-ca-certificates
    • macOS:

      1. 使用 Keychain Access 工具将证书导入,并设置为信任。
    • Windows:

      1. 使用 管理工具 > 证书 添加到“受信任的根证书颁发机构”。

5. 更新 curl 和系统根证书

  • 确保 curl 和操作系统的 CA 存储是最新的:
    • Linux:

      1
      2
      sudo apt update && sudo apt upgrade
      sudo apt install --reinstall ca-certificates
    • macOS:
      使用 brew 更新 curl

      1
      2
      brew update
      brew upgrade curl
    • Windows:
      重新安装 curl 或更新操作系统。


6. 环境变量

如果证书链中有问题,可以使用以下环境变量忽略验证(临时措施):

1
2
export CURL_SSL_BACKEND=openssl
export SSL_CERT_FILE=/path/to/ca.pem

ES 集群中节点内存不一致的问题

三个节点的ES集群,其中两台机器128G内存,有一台只有32G内存,在索引数据的时候内存小的这台机器经常被oom killer杀掉,如何解决这个问题?

在 Elasticsearch 集群中,如果节点之间的硬件配置差异较大(例如内存),会导致负载分配不均的问题。特别是索引数据时,资源不足的节点容易因内存溢出(OOM)被系统杀掉。以下是解决这一问题的具体方法:


1. 优化 JVM 内存分配

确保为每个节点的 JVM 堆内存合理配置,避免过高或过低的设置:

  • JVM 堆内存大小建议为 物理内存的 50%,但不超过 30GB:
    • 128G 内存的节点:设置为 -Xms64g -Xmx64g
    • 32G 内存的节点:设置为 -Xms16g -Xmx16g

修改 Elasticsearch 配置文件:

1
vim /etc/elasticsearch/jvm.options

调整如下:

1
2
-Xms16g
-Xmx16g

重启 Elasticsearch:

1
sudo systemctl restart elasticsearch

2. 调整索引和负载分配策略

(1)限制分片分配到内存较小的节点

你可以通过设置节点的标签,限制索引分片分配到资源有限的节点:

  1. 在内存小的节点(32G)上,添加标签:

    1
    vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

    增加以下配置:

    1
    node.attr.low_memory: true
  2. 为索引指定分片分配规则,避免分片分配到标记为 low_memory 的节点:

    1
    2
    3
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    5
    6
    curl -XPUT "http://<ES_HOST>:9200/my_index/_settings" -H 'Content-Type: application/json' -d'
    {
    "settings": {
    "index.routing.allocation.exclude.low_memory": "true"
    }
    }'

(2)调整分片大小

如果分片过大,索引过程中的内存消耗会显著增加。将每个分片的大小限制在 20-40GB

  • 计算合理的分片数量:

    1
    分片数 = 索引总大小 / 每个分片大小
  • 在创建索引时指定分片数:

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    curl -XPUT "http://<ES_HOST>:9200/my_index" -H 'Content-Type: application/json' -d'
    {
    "settings": {
    "number_of_shards": 5,
    "number_of_replicas": 1
    }
    }'

3. 使用协调节点

如果内存小的节点经常被杀死,考虑让它作为一个协调节点,仅负责处理请求的路由,而不存储数据或参与索引操作。

  1. 修改小内存节点的配置文件:

    1
    vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

    配置为协调节点:

    1
    2
    3
    node.master: false
    node.data: false
    node.ingest: false
  2. 重启节点后,它将作为一个轻量级的协调节点。


4. 增加虚拟内存

在资源有限的节点上,启用和增加虚拟内存(swap),避免 OOM:

  1. 检查当前 swap 配置:

    1
    free -h
  2. 如果没有启用 swap,创建一个 swap 文件:

    1
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    4
    sudo fallocate -l 8G /swapfile
    sudo chmod 600 /swapfile
    sudo mkswap /swapfile
    sudo swapon /swapfile
  3. 持久化配置:

    1
    echo '/swapfile none swap sw 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

5. 优化查询和索引操作

(1)批量索引

确保客户端程序使用 Bulk API 进行批量写入,并限制单次请求的大小(如 5MB 或 500 文档)。

(2)调整刷新间隔

增加刷新间隔以减少频繁的磁盘 I/O:

1
2
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6
curl -XPUT "http://<ES_HOST>:9200/my_index/_settings" -H 'Content-Type: application/json' -d'
{
"settings": {
"index.refresh_interval": "30s"
}
}'

6. 监控和调整

  • 使用 KibanaMetricbeat 监控节点的内存、CPU 和 I/O 使用情况。
  • 动态调整堆内存、分片分配和刷新策略。

7. 增加硬件资源

如果内存小的节点仍然无法满足需求,考虑增加其内存或替换为硬件配置一致的节点。

让被 OOM killer 杀掉的服务自动重启

要让 Elasticsearch 服务在被 OOM killer 杀掉后自动重启,可以通过调整 systemd 的服务配置来实现。以下是具体步骤:


1. 修改 systemd 服务配置

编辑 Elasticsearch 的 systemd 单元文件或添加覆盖配置:

步骤 1: 创建覆盖文件

运行以下命令创建或修改覆盖文件:

1
sudo EDITOR=vim systemctl edit elasticsearch.service

步骤 2: 添加自动重启配置

在打开的编辑器中,添加以下内容:

1
2
3
[Service]
Restart=always
RestartSec=5
  • Restart=always: 表示无论因何种原因停止,服务都会重启。
  • RestartSec=5: 设置重启前的等待时间为 5 秒(可以根据需求调整)。

步骤 3: 保存并退出

保存文件并退出编辑器。


2. 重新加载 systemd 配置

运行以下命令以使更改生效:

1
2
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart elasticsearch.service

3. 验证配置

检查是否启用了自动重启机制:

1
systemctl show elasticsearch.service | grep Restart

应看到输出类似:

1
2
Restart=always
RestartUSec=5s

4. 查看日志

测试时可以通过 journalctl 检查日志确认服务是否成功重启:

1
journalctl -u elasticsearch.service -f

完成上述步骤后,当 Elasticsearch 被 OOM killer 杀掉时,服务会在指定的时间后自动重启。

ES 进程被 OOM 杀掉

最终做了这几个操作先:

  1. swap 从 512M 增加到了 8G:fallocate -l 8G /swapfile
  2. java 堆外内存限制在 8G:-XX:MaxDirectMemorySize=8g
  3. 设置 systemd 的 ES 服务挂掉自动拉起:Restart=always RestartSec=5

没做的操作:

  1. 手工设置 -Xms -Xmx: 这个 ES 默认的自动配置应该就可以
  2. 设置节点的标签,限制索引分片分配到资源有限的节点:这样这个节点就废了,不存储数据了
  3. 调整分片大小: 目前 10 个分片属于合理范围,分片太多碎片会太多,分片太少,单个分片太大也吃内存
  4. 使用协调节点 node.master: false node.data: false:这个节点就太鸡肋了
  5. 使用 Bulk API 进行批量写入,并限制单次请求的大小:目前已经时 bulk 写入了,单词请求适中
  6. 增加硬件配置:物理机,增加不了内存
  7. 优化刷新时间 “refresh_interval”: “30s”: 这个之前已经设置了
  8. 限制搜索线程池 thread_pool.write.size: 2:感觉和 OOM 关系不大,没改
  9. 文件描述符限制 ulimit -n 65536:应该不是这个原因
  10. 增加 mmap 支持 sysctl -w vm.max_map_count=262144: 应该没关系
  11. 减少写入操作时的主分片分布到内存较小的节点 “index.routing.allocation.require._name”: “big_memory_node”:后续再使用
  12. 尝试调大 min_free_kbytes 和 watermark_scale_factor 让缓存尽快回收。:暂未调整,怕影响全局。

其它:

  • 像es这种,不光要占内存,写文件还要占用文件系统缓存(cache)。cache占了太大,回收不及时,触发了min水位线,就导致oom了。
    如果确实当时是cache占用过大,就不能通过调整jvm参数解决,需要调整内存(cache)回收策略,或者手工回收cache。
  • 机器当时有没有记录sar信息,可以看看当时的cache有多少。如果是centos,默认就开启了,可以看看故障时间点前后的cache使用量。
  • 尝试调大 min_free_kbytes 和 watermark_scale_factor,让缓存尽快回收。或者写个crontab,定期echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
  • 可以调 watermark_scale_factor,拉大min和low的“间隔”,触发了 low 就开始异步回收了。
  • 看下 dmesg 里面有更详细日志 有当时系统内存大小,被 kill 的 java 进程的得分
  • 如果不是一直OOM,可以通过_nodes/stats/jvm这个API看看jvm使用情况, 尤其是内存飙升的时候, 这个版本的熔断功能应该是相对完善了,OMM也可能是一些操作引起的,比如比较重量级的查询,合理设置一下。

PHP 7/8 新特性

PHP 7.0 (2015)

  1. 标量类型声明:支持在函数参数和返回值中使用 intfloatstringbool
  2. 返回类型声明:函数可以显式声明返回值类型。
  3. 匿名类:支持使用 new class 创建匿名类。
  4. 太空船操作符 (<=>):简化比较逻辑。
  5. Null 合并操作符 (??):用于处理空值的默认值。
  6. 性能提升:Zend 引擎 3 实现,带来显著性能优化和更低的内存使用。
  7. 抽象语法树(AST):引入新的底层实现,为未来扩展和工具奠定基础。
  8. 致命错误转为异常:改进了错误处理,使致命错误以异常形式抛出。

PHP 7.1 (2016)

  1. 可空类型:通过前置 ? 支持参数或返回值可以为 null(如:?int)。
  2. 类常量可见性:支持 publicprotectedprivate 修饰类常量。
  3. 多异常捕获:通过 catch (Exception1 | Exception2 $e) 捕获多个异常类型。
  4. Void 返回类型:允许声明函数无返回值 (void)。
  5. 异步生成器:通过 yieldGenerator 提供更强的协程支持。
  6. 短数组解构:支持列表解构([$a, $b] = [1, 2])。

PHP 7.2 (2017)

  1. 参数类型的对象扩展:支持用 object 作为类型提示。
  2. 加密扩展更新:引入 Argon2 算法,用于更安全的密码哈希。
  3. 抽象方法覆盖:子类覆盖抽象方法时参数类型声明必须匹配。
  4. 多字节字符串增强mbstring 增强对 UTF-8 处理能力。

PHP 7.3 (2018)

  1. 灵活的 Heredoc 和 Nowdoc 语法:改进多行字符串的书写方式。
  2. 数组解构改进list() 可以用于数组的键值对。
  3. is_countable() 函数:用于判断变量是否可计数。
  4. JSON 扩展增强JSON_THROW_ON_ERROR 常量提供异常抛出方式处理错误。
  5. 引用赋值列表支持:支持 list($a, &$b) = ...

PHP 7.4 (2019)

  1. 箭头函数 (fn):简化单行匿名函数(fn($x) => $x * 2)。
  2. 类型属性:属性声明可直接带类型(如:public int $age;)。
  3. 弱引用:新增 WeakReference 类,支持更灵活的对象引用。
  4. Null 合并赋值操作符 (??=):简化赋值逻辑。
  5. 预加载(Preloading):支持在服务器启动时预加载代码,提升性能。
  6. 反射增强:更强的反射能力,例如对类属性类型的支持。
  7. 废弃动态属性:动态添加属性警告,增强代码规范性。

PHP 8.0

  1. 命名参数:调用函数时可以通过参数名指定值,顺序可变。
  2. 联合类型:使用 | 表示多个类型(e.g., int|float)。
  3. 属性(Attributes):引入原生注解功能。
  4. 匹配表达式(Match Expression):简洁替代 switch
  5. Nullsafe 操作符:安全地访问可能为 null 的对象属性或方法(?->)。
  6. JIT 编译器:显著提升运行性能。
  7. 字符串中的数值比较更严格:解决宽松类型比较的问题。

PHP 8.1

  1. 只读属性(Readonly Properties):属性声明为只读后不可修改。
  2. 枚举类型(Enums):支持定义枚举类。
  3. Fibers:为协程提供更底层的 API。
  4. 交集类型(Intersection Types):用 & 表示的多个接口类型要求。
  5. 新初始化对象语法:支持 new 连续赋值(new ClassName()->property = value)。
  6. array_is_list() 函数:判断数组是否为列表。

PHP 8.2

  1. 只读类(Readonly Classes):声明类中所有属性为只读。
  2. 动态属性弃用:不再允许类动态添加属性,除非显式声明 #[\AllowDynamicProperties]
  3. 独立类型(Standalone Types):支持 nulltrue 等独立类型。
  4. 敏感参数红acted:支持通过 #[SensitiveParameter] 防止参数在错误中暴露。
  5. 数组解包支持字符串键:改进解包功能。

PHP 8.3

  1. json_validate() 函数:验证 JSON 字符串的有效性。
  2. 更灵活的 declare():支持块级作用域。
  3. 新随机扩展 API:更安全和现代的随机数生成。
  4. 负数索引支持 str_ends_with:改进字符串操作函数。

问题:如何过滤掉一个 csv 中第 3, 4, 5 列都是 0 的行

  • 尝试 1: 用 csvgrep -c 6 -m 0 --invert-match 过滤,失败,因为只能一次只能过滤一个列,多个管道后是 and 的逻辑,不是 or 的逻辑
  • 尝试 2: 用 csvsql --query "SELECT * FROM stdin WHERE NOT (c3 = 0 AND c4 = 0 AND c5 = 0)" 过滤,失败,csvsql 会把整个 csv 灌到 sqlite 里,过程特别慢,csv 太大内存也撑不住。
  • 尝试 3: 因为 3,4,5 列正好是最后三列,而且都是数字列,用 grep -Ev ',0,0,0$' 过滤,失败,-E 不认行尾标志 $,怀疑行尾有换行,用 grep -Ev ',0,0,0\n$'grep -Ev ',0,0,0\r$' 都不行,任何行都没过滤掉
  • 尝试 4:使用 grep -Pv ',0,0,0\n$' 失败, 使用 grep -Pv ',0,0,0\r$' 终于正常了,感觉每行有个 \r 没有去掉,但 grep -P 会很慢
  • 尝试 5:先删掉 \r 再用 grep -E 既能满足需求,速度也很快:tr -d '\r' | grep -Ev ',0,0,0$'

分析:

  • 可以用 od 命令查看 csv 的行结束符:head -n1 | od -xc,或者用 cat -A 查看不可见字符
  • grep -Egrep -P 都使用 $ 表示行尾, 但如果行尾有 \rgrep -E 会失败。
  • grep -E 不支持标准转义序列(例如 \n, \r 等),要使用八进制或十六进制表示:
    • echo -e "line1\r\nline2" | grep -E $'line1[\x0D]'
    • echo -e "line1\r\nline2" | grep -E $'line1\15'
    • 引号前面的 $ 是 Bash 的特殊符号,表示 ANSI C 风格字符串,和 grep 无关。
    • 包含 -r 的文本在终端里可能无法查看,需要过滤掉才能正常显示: echo -e "line1\r\nline2" | grep -E $'line1\15' | tr -d '\r'
  • grep -P 可以用 \r?$ 来兼容 CRLF 和 LF。

关于游戏出海CPC研究
https://www.luolink.com/article/11a298ea-4c9a-8037-a45a-e58b822b8285

免费 API
https://publicapis.io/

AI 搜索
https://www.perplexity.ai/search/i-have-a-blog-about-mysql-back-lIgz9FzIQC6pcreJccwDNg


问题:如何查看 MySQL 中最近一分钟执行了多少 CRUD 操作,平均耗时有多少?

背景:有时候看到 MySQL 的 CPU 占用特别高,使用 show process list 只能看到耗时较久的查询,
但看不到那些执行很快,但次数很多的查询,如果开 general_log 的话,对数据库性能影响又很大,
所以有时候我们需要查看最近一段时间,比如 1 分钟,或 10 分钟内,select, insert, update 的
请求量大概有多少,以便初步定位引起 CPU 高的原因。

分析:

  • events_statements_summary_global_by_event_name 表中有服务器启动依赖每个 event 执行的次数和花费的时间
  • 可以创建一个临时表,记录 events 表的快照
  • 然后 sleep 1 分钟,
  • 再把最新的 events 表的数据减去快照里的值,即可计算出这段时间每种操作的条数和平均执行时间。

代码如下:

DROP TEMPORARY TABLE IF EXISTS temp_queries;
CREATE TEMPORARY TABLE temp_queries AS
SELECT NOW() AS Sample_Time, EVENT_NAME,SUM_TIMER_WAIT AS Total_Time, COUNT_STAR AS Total_Queries
FROM performance_schema.events_statements_summary_global_by_event_name
WHERE EVENT_NAME like 'statement/sql%';

SELECT SLEEP(10);

with start as(
    SELECT * FROM temp_queries
),end as (
    SELECT NOW() AS Sample_Time, EVENT_NAME,SUM_TIMER_WAIT AS Total_Time, COUNT_STAR AS Total_Queries
    FROM performance_schema.events_statements_summary_global_by_event_name
    WHERE EVENT_NAME like 'statement/sql%'
), diff as(
    select start.EVENT_NAME, TIMESTAMPDIFF(SECOND, start.Sample_Time,end.Sample_Time) AS Seconds,
    (end.Total_Queries-start.Total_Queries) Querys,
    (end.Total_Time-start.Total_Time) Total_Time_Diff
    from end join start on end.EVENT_NAME = start.EVENT_NAME
)
select Seconds, EVENT_NAME,Querys,Total_Time_Diff/1000000000000/Querys as AvgTime
from diff where Querys> 0 order by Querys desc;

查看具体的统计

select * from performance_schema.setup_consumers where name like 'events_statements%';
update performance_schema.setup_consumers set enabled = 'YES' where name ='events_statements_history_long';
UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'NO', TIMED = 'NO' WHERE NAME in ('statement/com/Quit', 'statement/sql/change_db','statement/sql/set_option','statement/com/Close stmt','statement/com/Prepare','statement/com/Execute');

select EVENT_NAME,count(*) from performance_schema.events_statements_history_long group by EVENT_NAME order by count(*) desc limit 10;
select * from performance_schema.events_statements_history_long where EVENT_NAME like 'statement/sql/%' limit 10\G
select CURRENT_SCHEMA,count(*) from performance_schema.events_statements_history_long group by CURRENT_SCHEMA;

select DIGEST_TEXT, count(*) count, ROUND(AVG(TIMER_WAIT/1000000000000),2) avg_time 
from performance_schema.events_statements_history_long 
where DIGEST_TEXT is not null 
group by DIGEST_TEXT order by count(*) desc 
limit 10\G


UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'YES', TIMED = 'YES';
update performance_schema.setup_consumers set enabled = 'NO' where name ='events_statements_history_long';

general log

SHOW VARIABLES LIKE 'general_log_file';
SET GLOBAL general_log = 'ON';
SET GLOBAL general_log = 'OFF';

cloudflare D1 database quick start
https://developers.cloudflare.com/d1/get-started/

使用 eBPF 诊断服务网格网络性能
https://skywalking.apache.org/zh/diagnose-service-mesh-network-performance-with-ebpf/

什么是波动率锥?如何用波动率锥设计期权策略?
https://zhuanlan.zhihu.com/p/74766025

使用隐含波动率和历史波动率设计这样一个交易策略:

  • 当 HV 大于波动率锥 70%分位数时,卖出跨式期权组合;
  • 当HV < 70%分位时,则比较 HV 与 IV 的大小关系,若 IV < HV,则买入跨式期权组合;
  • 若IV−HV > ε,则卖出 跨 式 期 权 组 合 。根据 IV 与 HV 的 关 系 , ε 取 max(IV 与 HV 差的均值,0)。

期权卖方盈利终极指南-第五章 深入了解波动率
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkyMzA5MzgwNQ==&mid=2247483778&idx=1&sn=a567c72ac3cdf1ef67b89ea178124500&chksm=c1eb1fc0f69c96d6d608e366669c1bfaffe245827b9a24560315952fd6a7f7030d7b010dfbf9&cur_album_id=2782448054980640768&scene=189#wechat_redirect

期权卖方盈利终极指南-第六章 专家级的日历价差教程
https://mp.weixin.qq.com/s/ZuwCyvSQ2LKc-w2wPSSrtw


《MySQL 101》教程提纲

第1章:简介

  1. MySQL是什么
    • 数据库的定义和用途
    • MySQL的特点与优势
    • MySQL的常见应用场景
  2. MySQL架构概览
    • MySQL的客户端-服务器模型
    • 存储引擎的概念(InnoDB vs MyISAM)

第2章:安装与设置

  1. 安装MySQL
    • Windows平台安装
    • macOS平台安装
    • Linux平台安装(APT/YUM/Docker)
  2. 基本配置
    • 配置文件(my.cnf/my.ini)详解
    • 数据目录和日志文件
  3. 启动与关闭服务
    • 使用命令行管理MySQL服务
    • 常见启动参数
  4. 连接到MySQL
    • 使用命令行客户端
    • GUI工具(如MySQL Workbench)简介

第3章:基础操作

  1. 数据库与表
    • 创建数据库和表
    • 删除数据库和表
    • 查看已有数据库和表
  2. 基本数据操作
    • 插入数据(INSERT语句)
    • 查询数据(SELECT语句)
    • 更新数据(UPDATE语句)
    • 删除数据(DELETE语句)
  3. 数据类型
    • 数值类型
    • 字符串类型
    • 日期和时间类型

第4章:高级查询

  1. 查询条件
    • WHERE子句
    • 比较运算符与逻辑运算符
  2. 排序与分页
    • 使用ORDER BY排序
    • LIMIT实现分页
  3. 聚合与分组
    • COUNT, SUM, AVG等聚合函数
    • GROUP BY与HAVING的用法
  4. 多表查询
    • JOIN语法(INNER JOIN, LEFT JOIN, RIGHT JOIN)
    • 子查询的使用

第5章:索引与性能优化

  1. 索引基础
    • 索引的种类(主键索引、唯一索引、普通索引)
    • 创建与删除索引
    • 索引的作用与限制
  2. 查询优化
    • 使用EXPLAIN分析查询
    • 优化SQL语句的技巧
  3. 数据库设计优化
    • 规范化与反规范化
    • 合理设计表结构

第6章:事务与锁

  1. 事务基础
    • 什么是事务
    • 事务的ACID特性
    • 使用BEGIN, COMMIT, ROLLBACK控制事务
  2. 锁机制
    • 行锁与表锁
    • 死锁的定义与处理

第7章:存储引擎

  1. 存储引擎概览
    • InnoDB与MyISAM的对比
    • 如何选择合适的存储引擎
  2. 深入InnoDB
    • 支持事务与外键
    • 表空间与文件结构

第8章:用户与权限管理

  1. 用户管理
    • 创建与删除用户
    • 修改用户密码
  2. 权限控制
    • 权限的种类
    • 授权与撤销权限
    • 使用SHOW GRANTS查看权限

第9章:备份与恢复

  1. 备份方法
    • 逻辑备份(mysqldump)
    • 物理备份(使用Xtrabackup等工具)
  2. 数据恢复
    • 恢复单个表或整个数据库
    • 处理备份与恢复中的常见问题

第10章:高可用与集群

  1. 主从复制
    • 复制的原理与配置
    • 常见问题及解决方案
  2. 高可用架构
    • MySQL Cluster简介
    • 使用组复制(Group Replication)
    • ProxySQL与负载均衡

附录

  1. 常见问题与解决方法
  2. 实用工具推荐
    • 数据库管理工具(如phpMyAdmin、DBeaver)
    • 性能监控工具
  3. 参考文献与学习资源
    • 官方文档
    • 推荐的书籍与在线教程

https://developers.cloudflare.com/reference-architecture/diagrams/serverless/fullstack-application/


使用 redis 布隆过滤器对 csv 去重并插入 mysql

  • 使用 Python 的 csv 模块读取 CSV 文件,使用 pymysql 访问 MySQL 数据库。
  • 使用 Redis 的 RedisBloom 模块实现布隆过滤器去重。
  • 布隆过滤器提示不存在的,直接插入 mysql 。
  • 布隆过滤器提示存在,要去 mysql 里确认,确实不存在的也要插入到 mysql。
  • 每缓存 1000 行要插入的数据,批量一次插入到 mysql,提高插入效率,降低内存消耗。
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import csv
import redis
import pymysql

# 连接到Redis
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

# 连接到MySQL
connection = pymysql.connect(host='localhost',
user='your_username',
password='your_password',
database='your_database',
cursorclass=pymysql.cursors.DictCursor)

# 创建布隆过滤器
bloom_filter_name = 'bloom_filter'
error_rate = 0.01 # 假阳性率
initial_capacity = 10000000 # 初始容量
r.execute_command('BF.RESERVE', bloom_filter_name, error_rate, initial_capacity)

# 读取CSV文件并去重
csv_file_path = 'your_file.csv'
batch_size = 1000 # 批量插入的大小
unique_rows = [] # 存储去重后的数据

with open(csv_file_path, 'r', newline='', encoding='utf-8') as csvfile:
reader = csv.reader(csvfile)
headers = next(reader) # 读取表头
column_to_check_index = headers.index('Column1') # 需要去重的列名在表头中的索引

for row in reader:
item = row[column_to_check_index]
if r.execute_command('BF.EXISTS', bloom_filter_name, item) == 0:
# 如果布隆过滤器提示元素不存在,直接添加到布隆过滤器和unique_rows中
r.execute_command('BF.ADD', bloom_filter_name, item)
unique_rows.append(row)
else:
# 如果布隆过滤器提示元素可能存在,需要在MySQL中确认
with connection.cursor() as cursor:
# 构建查询SQL语句,这里需要根据实际表结构调整
sql = "SELECT * FROM your_table WHERE Column1 = %s"
cursor.execute(sql, (item,))
result = cursor.fetchone()
if not result:
# 如果MySQL中不存在该项,则添加到布隆过滤器和unique_rows中
r.execute_command('BF.ADD', bloom_filter_name, item)
unique_rows.append(row)

# 当unique_rows累计到1000行时,批量插入MySQL
if len(unique_rows) >= batch_size:
self.insert_into_mysql(connection, unique_rows)
unique_rows = [] # 清空列表以便下一批数据

# 插入剩余的数据
if unique_rows:
self.insert_into_mysql(connection, unique_rows)

# 定义批量插入MySQL的函数
def insert_into_mysql(connection, data):
try:
with connection.cursor() as cursor:
# 构建插入SQL语句,这里需要根据实际表结构调整
sql = "INSERT INTO your_table (Column1, Column2, ...) VALUES (%s, %s, ...)"
# 请根据实际情况替换列名和值
cursor.executemany(sql, [tuple(row) for row in data])
connection.commit()
except pymysql.Error as e:
print(f"Error inserting data into MySQL: {e}")
connection.rollback()

# 关闭数据库连接
connection.close()

统计每分钟执行 url 2xx 和 5xx 的应答数

tail -n1000000 /var/log/nginx/access.log | awk '
NF>=25&&$12~/api\/user/ {
    split($1, t, ":");
    currentMinute = t[1] ":" t[2];

    if (prevMinute != "" && currentMinute != prevMinute) {
        print prevMinute, count2xx[prevMinute], count5xx[prevMinute];
        delete count2xx[prevMinute];
        delete count5xx[prevMinute];
    }

    if (!(currentMinute in count2xx)) {
        count2xx[currentMinute] = 0;
        count5xx[currentMinute] = 0;
    }
    if ($2 ~ /^2[0-9][0-9]$/) count2xx[currentMinute]++;
    if ($2 ~ /^5[0-9][0-9]$/) count5xx[currentMinute]++;

    prevMinute = currentMinute;
}
END {
    if (prevMinute != "") {
        print prevMinute, count2xx[prevMinute], count5xx[prevMinute];
    }
}'

csv 过滤某列不为空的行

csvgrep -c 2 -r '.+' data.csv

过滤某列不符合某个规则的行,两种方式

csvgrep -c 5 -r '^(?!.+)' data.csv 
csvgrep -c 5 -i -r '.+' data.csv 

过滤第 5 列为空,但第 3 列不为空的行,只打印第 1,3 列。

csvgrep -c 5 -i -r '.+' data.csv  | csvgrep -c 3 -r '.+'| csvcut -c 1,3 | csvlook

mysql 高可用方案对比

在 MySQL 的高可用 (HA) 方案中,普通主从 (Master-Slave)、MHA (MySQL High Availability)、MM (双主模式 Master-Master)、MGR (MySQL Group Replication) 都是常见的架构设计,各自有不同的优缺点。以下是详细的综合对比:


1. 普通主从 (Master-Slave)

架构特点

  • 主库负责读写,备库仅用于读请求(需要读写分离)。
  • 数据通过 Binlog 复制到从库。

优点

  • 配置简单,实施成本低。
  • 备库可用于读分担,提升查询性能。
  • 容错性好,主库故障后可以手动切换到从库。

缺点

  • 主从切换需要人工干预或额外工具,切换过程有停机时间。
  • 数据延迟:从库可能有同步延迟。
  • 不支持自动故障恢复。

适用场景

  • 适合对高可用要求不太高的小型项目。
  • 读多写少的场景,通过多从库扩展读性能。

2. MHA (MySQL High Availability)

架构特点

  • 在普通主从架构的基础上,MHA 提供自动主从切换和故障恢复。
  • 包括 MHA Manager 和 MHA Node 两部分。
  • 切换时能最大程度保证数据一致性,快速提升新主库。

优点

  • 自动化主从切换,减少人工干预。
  • 数据一致性强,主库故障后从库能快速接管。
  • 与现有的主从架构兼容性高,部署较简单。

缺点

  • 写性能仍然受限于单主架构。
  • 切换过程中仍可能丢失少量事务。
  • 依赖第三方组件,官方不再维护更新。

适用场景

  • 需要高可用的中小型系统,要求尽可能减少停机时间。
  • 不需要太复杂的高可用架构的场景。

3. MGR (MySQL Group Replication)

架构特点

  • MySQL 官方推出的多主复制技术,支持多主或单主模式。
  • 节点间基于 Paxos 协议或 Raft 协议实现强一致性。
  • 自动故障检测和恢复,支持高并发。

优点

  • 数据一致性强,内置的自动化切换和故障恢复。
  • 无需额外组件,原生支持,安全性高。
  • 多主模式下支持多点写入。
  • 自动处理网络分区问题,支持事务级复制。

缺点

  • 配置复杂,对网络和硬件要求较高。
  • 写性能受限于强一致性协议。
  • 多主模式存在冲突处理问题,适合特定场景。

适用场景

  • 要求强一致性和高可用的分布式系统。
  • 对于需要横向扩展写能力的场景,单主模式推荐。

4. MM (双主模式 Master-Master)

架构特点

  • 两个主库同时支持写入,通过双向复制同步数据。
  • 双主通常配置成一个主库读写,另一个主库仅做备份。

优点

  • 支持双主写,切换速度快。
  • 两个主库均可承载业务流量,提升容灾能力。

缺点

  • 数据一致性风险:双向复制可能引发冲突或循环更新。
  • 配置和运维复杂,对业务有一定限制。
  • 不支持高并发写入,事务冲突较难处理。

适用场景

  • 需要快速切换主库,数据写入量不高的场景。
  • 双活中心场景,但一般结合业务限制写入区域以减少冲突。

综合对比表

方案 优点 缺点 适用场景
普通主从 配置简单、读写分离、成本低 手动切换,存在延迟,无法自动恢复 适合小型项目、读多写少场景
MHA 自动切换、快速恢复、一致性好 依赖第三方组件,维护更新少 中小型高可用需求系统
MGR 原生支持,强一致性,自动恢复 配置复杂,写性能受限 分布式系统,高并发写入场景
MM 快速切换,双主冗余 数据冲突风险,运维复杂 双活容灾中心,小写入业务场景

总结建议

  1. 普通主从适合预算有限或对高可用要求不高的项目。
  2. MHA是普通主从的升级,适合追求高可用但预算有限的场景。
  3. MGR是官方推荐的现代 HA 方案,适合对数据一致性要求高的场景。
  4. MM适合少量写入,快速主备切换场景,但需要谨慎设计业务逻辑。

那些上千页的计算机书,用什么姿势看?
https://zhuanlan.zhihu.com/p/371097638

es 设置副本分片

如何给elasticsearch的某个索引设置number_of_replicas为1

PUT /<index_name>/_settings
{
  "index": {
    "number_of_replicas": 1
  }
}

在分片调整期间集群是否为yellow状态,如何查看分片调整的进度

curl -X GET "http://<elasticsearch_host>:9200/_cat/recovery?v"
curl -X GET "http://<elasticsearch_host>:9200/_cat/shards?v"
curl -X GET "http://<elasticsearch_host>:9200/_cat/shards?v"

` curl -X GET “http://<elasticsearch_host>:9200/_cluster/allocation/explain” -H ‘Content-Type: application/json’ -d’
{
“index”: “my_index”,
“shard”: 0,
“primary”: false
}

curl -X GET “http://<elasticsearch_host>:9200/_cluster/health?pretty”

_cat/recovery 如何对显示的行和列进行过滤呀

curl -X GET "http://<elasticsearch_host>:9200/_cat/recovery?v&h=index,shard,stage,bytes_recovered,percent"
curl -X GET "https://<ip>/_cat/recovery?v&h=index,shard,stage,bytes_recovered,bytes_percent,source_host,target_host" | awk '$3=="index"||$3=="stage"'

You want to benchmark Elasticsearch? Then Rally is for you. It can help you with the following tasks:

  • Setup and teardown of an Elasticsearch cluster for benchmarking
  • Management of benchmark data and specifications even across Elasticsearch versions
  • Running benchmarks and recording results
  • Finding performance problems by attaching so-called telemetry devices
  • Comparing performance results

https://esrally.readthedocs.io/en/stable/index.html

ES 部分查询

我的一个ES索引,有3个node,这个索引有10个主分片,0个副本分片,当一个node挂掉后,如何仍然提供服务,只是搜索结果里少了挂掉node上的数据。

在 Elasticsearch 中,当一个节点挂掉时,如果索引的主分片分布在该节点上,且没有副本分片,默认情况下集群无法继续服务,因为 Elasticsearch 设计为提供一致性保障,不会返回部分数据。然而,如果明确需要支持部分数据查询,可以通过调整一些配置来实现,即允许部分分片返回结果。

以下是具体步骤和方法:


步骤 1: 启用 partial 查询结果

Elasticsearch 默认要求所有查询涉及的分片都必须可用。要允许返回部分分片的结果,可以在查询时设置 allow_partial_search_results 参数为 true

具体操作:

在查询时添加 allow_partial_search_results 参数,例如:

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GET /your_index/_search
{
"allow_partial_search_results": true,
"query": {
"match_all": {}
}
}

这样,即使某些分片不可用,Elasticsearch 仍会返回其他可用分片的结果。

全局设置(可选):

如果需要所有查询默认支持部分结果,可以修改集群的全局设置:

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PUT /_cluster/settings
{
"persistent": {
"search.allow_partial_results": true
}
}

步骤 2: 检查分片分布

当一个节点挂掉时,部分主分片可能会丢失。为了最大程度减少丢失的数据,可以均衡分片分布。

查看分片分布:

使用 _cat/shards 查看分片在哪些节点上:

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curl -X GET "http://<elasticsearch_host>:9200/_cat/shards?v"

输出示例:

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index    shard prirep state       docs   store ip         node
my_index 0 p STARTED 10000 50mb 192.168.1.1 node-1
my_index 1 p STARTED 20000 100mb 192.168.1.2 node-2
my_index 2 p STARTED 15000 75mb 192.168.1.3 node-3
...

确保主分片分布在不同节点上,以降低单点故障的影响。


步骤 3: 调整查询逻辑

在应用层处理查询结果时,确保对缺失的数据提供容错逻辑。

  1. 识别缺失的分片
    • 使用 _cat/shards_cluster/health 检查哪些分片未分配。
  2. 提示用户部分数据丢失
    • 在搜索结果中提示用户当前的查询结果可能不完整。

局限性和注意事项

  1. 数据一致性

    • 如果允许部分搜索结果,用户可能会误以为结果是完整的,因此需要在应用层提供明确的提示。
  2. 数据丢失

    • 挂掉的节点上的数据在没有副本分片时无法恢复。如果节点无法重启,数据会永久丢失。
  3. 提高容错能力

    • 为了避免这种情况,建议至少设置 number_of_replicas: 1,即使一个节点挂掉,副本分片也可以保证数据的完整性。

总结

要在 number_of_replicas=0 的情况下实现节点挂掉后仍然部分服务:

  1. 启用 allow_partial_search_results(全局或查询级别)。
  2. 确保分片尽量均匀分布在多个节点上。
  3. 在应用层处理查询结果的容错逻辑,并提示用户数据可能不完整。

设计一套高性能、高可扩展、高可用、高可伸缩的微服务架构,用于处理用户登录请求,需要从多个层面综合考虑,包括服务分层、基础设施、中间件选择、非功能需求等。

1. 总体架构设计

采用基于微服务的架构,将系统分解为若干独立的服务,登录请求由专门的认证与授权服务处理。其他基础服务(如数据库、缓存、消息队列等)和中间件提供支撑。

服务划分

  1. 用户服务
    • 处理用户信息的管理(如注册、查询、更新)。
  2. 认证服务
    • 专注于用户登录逻辑,包括身份验证(例如,用户名/密码验证,OAuth、OTP等)。
    • 支持多种认证方式。
  3. 授权服务
    • 生成和验证 JWT 或其他访问令牌,处理用户的访问权限。
  4. 审计和监控服务
    • 记录登录行为和安全事件,用于审计和安全分析。
  5. 网关服务
    • 作为 API 的入口,统一路由和转发请求。
  6. 配置管理服务
    • 统一管理微服务配置,支持动态调整。
  7. 日志服务
    • 收集和分析服务日志,便于排查问题。
  8. 负载均衡服务
    • 提供高效的负载均衡,分发请求到多个实例。

2. 技术选型

基础设施

  • 容器化:使用 Docker 容器化服务,提供一致的部署环境。
  • 容器编排:使用 Kubernetes(K8s)管理容器化服务,支持高可用和动态伸缩。

中间件

  1. API 网关
    • 工具:Kong, NGINX, Spring Cloud Gateway。
    • 功能:路由、负载均衡、限流、认证校验、跨域支持。
  2. 负载均衡
    • 工具:K8s Ingress, HAProxy, Envoy。
    • 功能:分发请求到不同节点。
  3. 缓存
    • 工具:Redis。
    • 功能:存储用户会话数据、验证码状态等,减少数据库访问压力。
  4. 数据库
    • 工具:PostgreSQL(事务性强),或 MySQL。
    • 数据分片:使用读写分离(主从架构)提高性能。
  5. 消息队列
    • 工具:RabbitMQ, Kafka。
    • 功能:解耦服务,用于异步任务处理(如登录日志记录、安全报警)。
  6. 分布式配置管理
    • 工具:Consul, Apache Zookeeper, Spring Cloud Config。
    • 功能:动态管理微服务配置。
  7. 身份认证和加密
    • 工具:Keycloak 或自定义身份认证服务。
    • 加密:使用 HMAC-SHA256 或 bcrypt 保护用户密码。

安全

  • 数据传输加密:通过 HTTPS 确保数据传输安全。
  • 用户密码加密:使用强散列算法(如 bcrypt)存储用户密码。
  • 多因子认证(MFA):支持 OTP、短信验证码等。
  • 防止暴力攻击
    • 基于 IP 的限流(如每分钟最多尝试登录 5 次)。
    • CAPTCHA 验证。

3. 详细设计

登录请求处理流程

  1. 用户请求登录

    • 用户通过前端页面提交用户名和密码。
    • 请求通过 API 网关转发到认证服务。
  2. 认证服务验证身份

    • 校验请求参数完整性。
    • 查询用户信息(从数据库或缓存)。
    • 验证密码是否正确(bcrypt 或 PBKDF2 散列)。
    • 检查用户状态(如是否被锁定、是否需要验证码验证)。
  3. 生成令牌

    • 认证通过后,生成 JWT 令牌(包含用户 ID、角色、过期时间等)。
    • 将登录状态写入 Redis 或数据库以便后续校验。
  4. 返回响应

    • 将令牌返回给前端,前端将其存储(如存储在 Cookie 或 Local Storage 中)。
  5. 日志与监控

    • 审计服务记录登录请求和结果。
    • 异常请求通过消息队列发送至安全服务进行分析。

高可用和高性能实现

水平伸缩

  • 服务容器化后,通过 Kubernetes 动态扩容服务实例。
  • 通过 HPA(Horizontal Pod Autoscaler)根据负载自动调整实例数量。

高可用

  • 数据库主从架构:主库写操作,从库读操作,提升读写性能。
  • 使用 Redis 集群:确保缓存系统的高可用性。
  • 消息队列镜像模式:RabbitMQ 的镜像队列模式保证消息的高可用性。

高性能

  • 请求限流
    • 通过 API 网关限流(如每秒最大请求数)。
  • 缓存查询
    • 用户登录状态和常用信息缓存到 Redis,减少数据库查询。
  • 异步处理
    • 审计、日志和安全报警等非关键任务通过消息队列异步处理。

4. 非功能需求

  1. 性能

    • 高并发支持:每秒支持上万次请求(通过水平扩展实现)。
    • 延迟低于 100ms:优化数据库访问、缓存查询等关键路径。
  2. 可用性

    • 服务可用性:99.99%(通过负载均衡、冗余和健康检查实现)。
    • 无单点故障:使用多副本和高可用架构设计。
  3. 安全性

    • 数据传输全加密(HTTPS)。
    • 多层防护:防止 SQL 注入、跨站脚本攻击(XSS)、跨站请求伪造(CSRF)。
    • 合规性:符合 GDPR 等隐私法规。
  4. 可伸缩性

    • 支持按需扩展:高峰期动态扩容,低峰期自动缩容。
    • 配置动态更新:通过配置管理服务无缝调整服务参数。

总结

这套微服务架构通过模块化的设计和云原生技术,能够满足高性能、高可扩展、高可用、高可伸缩的要求。关键在于服务划分清晰、基础中间件可靠,并辅以完善的安全和监控机制,确保系统在高并发场景下的稳定运行。

spark join 两个大文件

如何用spark找出两个csv文件种第2列相同的行,假设两个文件都很大,而且未排序

在 Spark 中处理两个未排序的大型 CSV 文件,并找出它们第 2 列相同的行,可以通过以下步骤实现:


步骤 1:加载 CSV 文件

Spark 提供了内置的 CSV 读取功能,可以使用 spark.read.csv 加载 CSV 文件。

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from pyspark.sql import SparkSession

# 初始化 SparkSession
spark = SparkSession.builder \
.appName("Find Matching Rows in CSV") \
.getOrCreate()

# 加载 CSV 文件
file1 = spark.read.csv("file1.csv", header=True, inferSchema=True)
file2 = spark.read.csv("file2.csv", header=True, inferSchema=True)
  • header=True 表示 CSV 文件包含表头。
  • inferSchema=True 自动推断数据类型。

步骤 2:选择第 2 列

我们可以使用 DataFrame 的 select 方法选择文件中的第 2 列,并将其重命名为一个通用的列名。

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# 选择第 2 列并重命名
file1_col2 = file1.select(file1.columns[1].alias("col2_file1"))
file2_col2 = file2.select(file2.columns[1].alias("col2_file2"))

步骤 3:寻找交集

使用 Spark 的 join 操作,以第 2 列为连接键进行内连接(inner join)。假设两个文件中第 2 列的值类型一致。

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# 执行内连接,寻找交集
matching_rows = file1.join(file2, file1.columns[1] == file2.columns[1], "inner")
  • file1.columns[1]file2.columns[1] 分别表示第 2 列。
  • "inner" 表示内连接,只保留匹配的行。

步骤 4:输出结果

你可以将结果输出到文件或者在控制台中显示。

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# 显示结果
matching_rows.show()

# 保存到文件
matching_rows.write.csv("output.csv", header=True)

优化建议

  1. 分布式计算

    • Spark 会自动将任务分布在集群中运行。确保两个文件被分区存储(例如存储在 HDFS 或 S3 中),以提高并行计算性能。
  2. 广播变量(适合一个文件较小的情况):
    如果其中一个文件较小(可以放入内存),可以将较小的文件广播到每个节点,使用 broadcast 优化连接操作。

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    from pyspark.sql.functions import broadcast

    # 广播较小的文件
    matching_rows = file1.join(broadcast(file2), file1.columns[1] == file2.columns[1], "inner")
  3. 分区优化

    • 在读取 CSV 时设置合适的分区数。
    • 使用 repartitioncoalesce 调整分区数以优化性能。
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    file1 = file1.repartition(100)  # 将文件重新分区
  4. 列裁剪

    • 只读取和处理需要的列,以减少内存消耗。
    • 使用 select 筛选所需的列。
  5. 数据类型优化

    • 确保第 2 列的类型一致,例如都为 StringTypeIntegerType

完整代码示例

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from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql.functions import broadcast

# 初始化 SparkSession
spark = SparkSession.builder \
.appName("Find Matching Rows in CSV") \
.getOrCreate()

# 加载 CSV 文件
file1 = spark.read.csv("file1.csv", header=True, inferSchema=True)
file2 = spark.read.csv("file2.csv", header=True, inferSchema=True)

# 执行内连接
matching_rows = file1.join(file2, file1.columns[1] == file2.columns[1], "inner")

# 显示结果
matching_rows.show()

# 保存结果到文件
matching_rows.write.csv("output.csv", header=True)

# 停止 SparkSession
spark.stop()

总结

  • Spark 提供了强大的并行计算能力,可以高效处理两个大型 CSV 文件。
  • 使用 join 操作找出第 2 列相同的行,并注意对数据类型和分区的优化。
  • 如果文件分布在分布式存储中(如 HDFS 或 S3),可以进一步利用数据局部性提升性能。

join之前先对两个文件排序是否会增加join的速度

在分布式计算中,是否对两个文件排序能加速 join 操作,取决于数据的特点和具体实现。以下是详细分析:

1. 排序是否有助于加速 join

排序本身并不总是必要,但在某些情况下,可以提高性能:

  • 无排序情况下的 join

    • Spark 默认会为 join 自动进行 shuffle,将参与 join 的列进行分区(基于键的哈希值)。
    • Shuffle 是一个昂贵的操作,涉及网络传输、磁盘 I/O 等。
  • 预排序情况下的 join

    • 如果数据已按 join 键排序,Spark 可以在某些特定情况下避免部分 shuffle 操作(例如通过 Sort-Merge Join 优化)。
    • 这种优化通常适用于 已分区且排序 的数据。

结论
如果输入文件本身未分区,也未排序,对文件排序可能不会直接提升 join 性能,反而增加预处理的时间。如果文件分区已按 join 键对齐,排序后可以避免重复 shuffle,从而加速 join


2. Spark join 的实现类型

Spark 支持多种 join 策略,是否排序影响它选择的策略:

  1. Shuffle Hash Join(默认):

    • 没有预排序或分区信息时,Spark 会对两侧数据进行 shuffle,并构建哈希表。
    • 无需排序,但 shuffle 成本高。
  2. Broadcast Hash Join

    • 当一侧数据较小时,Spark 会将小表广播到每个节点,避免 shuffle。
    • 无需排序,直接使用内存中的哈希表。
  3. Sort-Merge Join(适用于已排序数据):

    • 如果两侧数据均已按 join 键排序并分区,则可以直接进行归并,避免 shuffle。
    • 排序后的数据可以触发此优化,但排序的成本需综合考虑。
  4. Cartesian Join(笛卡尔积,极少使用):

    • 对所有组合进行匹配,效率低下。
    • 排序不会影响此类型。

3. 什么时候排序有意义?

排序可能有意义的情况:

  • 数据量特别大,且可以多次复用
    如果文件被频繁用于按相同键的 join 操作,对数据进行排序和分区可以减少后续 join 的 shuffle 成本。

  • 数据来源支持排序和分区
    如果数据来自分布式存储(如 HDFS),并支持按 join 键提前分区和排序,能避免 Spark 在运行时的 shuffle 操作。

  • 大规模关联操作
    如果两个文件非常大,且系统内存有限,提前排序和分区可以使 join 更高效。


4. 排序与分区结合的优化

对数据进行排序和分区时,应综合以下操作:

  1. 分区优化

    • 使用 repartition()join 键分区:
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      file1 = file1.repartition("key_column")
      file2 = file2.repartition("key_column")
  2. 排序优化

    • 使用 sortWithinPartitions() 对每个分区内数据排序:
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      file1 = file1.sortWithinPartitions("key_column")
      file2 = file2.sortWithinPartitions("key_column")
  3. 确保数据分区对齐

    • 如果两个文件的数据分区数量不一致,会引发额外的 shuffle。
    • 使用 coalesce()repartition() 对齐分区数。

5. 总结与建议

  • 排序前的权衡:
    排序会增加预处理的计算时间。如果 join 是一次性任务,不建议先排序,因为 Spark 会自动选择高效的 join 策略(如 Broadcast Join 或 Shuffle Join)。

  • 排序后的收益:
    如果文件被频繁使用,提前按 join 键分区和排序能显著减少后续 shuffle 成本,提高多次 join 的性能。

  • 推荐实践:

    • 小表广播优化:如果其中一个文件较小(如小于几百 MB),优先选择 Broadcast Join。
    • 分区对齐:对于大表,确保分区按 join 键一致。
    • 数据复用:在需要多次 join 时,排序分区后缓存(persistcheckpoint)可降低总成本。

示例代码(分区和排序结合)

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from pyspark.sql import SparkSession

# 初始化 SparkSession
spark = SparkSession.builder.appName("Optimized Join").getOrCreate()

# 加载 CSV 文件
file1 = spark.read.csv("file1.csv", header=True, inferSchema=True)
file2 = spark.read.csv("file2.csv", header=True, inferSchema=True)

# 分区并排序
file1 = file1.repartition("key_column").sortWithinPartitions("key_column")
file2 = file2.repartition("key_column").sortWithinPartitions("key_column")

# 执行 Sort-Merge Join
result = file1.join(file2, file1["key_column"] == file2["key_column"], "inner")

# 显示结果
result.show()

# 停止 SparkSession
spark.stop()

解释这行命令 ./bin/spark-submit --master local[4] SimpleApp.py

以下是对这行命令的详细解释:

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./bin/spark-submit --master local[4] SimpleApp.py

1. 命令部分解析

(1) ./bin/spark-submit

  • 这是 Spark 提供的脚本,用于提交 Spark 应用程序以运行。
  • 它负责启动 Spark 集群环境(或本地环境),配置应用程序,加载依赖项,并运行指定的代码。

(2) --master local[4]

  • --master 指定 Spark 应用程序运行的部署模式,也就是 Spark 集群的主控节点地址

    • local[4] 表示在本地运行应用程序,并使用 4 个线程。

      • 本地模式是 Spark 的一种运行模式,适合开发、调试或小规模实验。
      • [4] 指定本地模式中使用的线程数量,通常对应于 CPU 核心数。
      • 例如,如果机器有 4 个 CPU 核心,local[4] 可以充分利用 CPU 资源。
    • 其他常见的选项:

      • local: 单线程运行(适合简单调试)。
      • local[*]: 使用机器上所有的 CPU 核心。
      • yarn: 提交到 YARN 集群运行。
      • spark://<master-url>: 提交到指定的 Spark 集群。
      • k8s://<k8s-master-url>: 提交到 Kubernetes 集群。

(3) SimpleApp.py

  • 这是用户编写的 Spark 应用程序脚本,使用 Python 编写。
  • 文件名 SimpleApp.py 只是一个示例,表示包含 Spark 程序逻辑的 Python 文件。

2. 综合含义

这行命令的完整含义是:

  • 使用 spark-submit 提交名为 SimpleApp.py 的 Spark 应用程序脚本。
  • 应用程序将在本地运行,并使用 4 个线程
  • 适合在开发环境中运行 Spark 程序,充分利用本地机器的资源。

3. 应用场景

本地模式优点

  • 无需搭建 Spark 集群。
  • 快速调试和开发。
  • 可以在单机上处理小规模数据。

局限性

  • 仅能使用本地机器资源,不适合处理大规模数据。
  • 无法测试分布式功能(如数据分区跨节点处理、集群级别的故障恢复等)。

4. 扩展

  • 如何指定更多参数:

    • 例如,设置应用名称和配置文件:
      1
      ./bin/spark-submit --master local[4] --name "MyApp" --conf spark.executor.memory=2g SimpleApp.py
  • 将应用提交到集群:

    • 提交到 Spark 独立集群:

      1
      ./bin/spark-submit --master spark://master-host:7077 SimpleApp.py
    • 提交到 YARN 集群:

      1
      ./bin/spark-submit --master yarn --deploy-mode cluster SimpleApp.py
    • 提交到 Kubernetes:

      1
      ./bin/spark-submit --master k8s://https://<k8s-master-url> --deploy-mode cluster SimpleApp.py

查看 java 进程

ps -ef | grep java | cut -c 1-100
lsof -p 3217885 2>/dev/null | awk '$4=="cwd"'

union和orderBy是否会占用太多内存,需要人工设置分区个数吗

在 PySpark 中,操作如 unionorderBy 确实会消耗较多内存和计算资源,尤其是在处理大数据集时。以下是对它们的性能和内存消耗的分析,以及是否需要设置分区数量的建议。


1. union 的内存使用分析

如何工作

  • union 会将两个或多个 DataFrame 合并成一个。合并时不进行去重,只是简单地拼接数据。
  • 默认情况下,union 操作不会重新分区,因此分区数量与输入的第一个 DataFrame 保持一致。

性能与内存消耗

  • 对于大数据集,union 操作会占用内存和磁盘 I/O。
  • 如果多个 DataFrame 的分区数差异较大,可能导致任务负载不均衡。

优化建议

  1. 设置合适的分区数量

    • 在合并前,确保所有 DataFrame 的分区数接近一致。
    • 如果数据量很大,可以通过 repartition(n) 显式调整分区数量。例如:
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      df1 = df1.repartition(100)  # 调整分区数为 100
      df2 = df2.repartition(100)
      merged_df = df1.union(df2)
  2. 减少重复分区调整

    • 如果后续操作如 orderBy 会自动重新分区,可以避免在 union 前重复调整分区。

2. orderBy 的内存使用分析

如何工作

  • orderBy 是一个宽依赖操作,需要将数据根据排序键进行全局排序。
  • 这通常需要对整个数据集进行 Shuffle,即将数据重新分区并排序。

性能与内存消耗

  • orderBy 是一个高成本操作,因为它需要:
    • 重新分区所有数据。
    • 将数据按照排序键进行全局排序。
  • 对大数据集,这种操作可能导致内存不足或性能瓶颈,尤其是在分区数不足的情况下。

优化建议

  1. 调整分区数量

    • orderBy 会触发 Shuffle 操作,增加分区可以减少单个分区的数据量,降低内存压力。
    • 例如:
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      sorted_df = merged_df.repartition(200).orderBy("domain")
  2. 使用 sortWithinPartitions

    • 如果不需要全局排序,可以使用 sortWithinPartitions 在每个分区内排序,避免全局 Shuffle。
      1
      sorted_df = merged_df.sortWithinPartitions("domain")
  3. 减少数据规模

    • 如果只是采样部分数据,可以使用 limit()sample() 方法减少排序数据量。

3. 是否需要手动设置分区数

  • 分区数的默认行为

    • 默认分区数为 spark.sql.shuffle.partitions,通常是 200。如果数据量很大或资源有限,可以手动调整。
  • 如何判断是否需要调整

    1. 监控任务的分区情况
      • 使用 Spark Web UI 查看分区大小和任务分布。如果某些分区数据量过大,可能需要增加分区。
    2. 查看运行内存和执行时间
      • 如果任务因为内存不足或 Shuffle 时间过长失败,可能需要增加分区。
  • 调整分区数的推荐值

    • 分区数通常与数据大小、集群资源和任务类型有关。一般经验:
      • 每个分区处理 128MB 至 256MB 的数据。
      • 分区数量 = 数据大小 / 每分区数据量。

group by

df.groupBy(“domain”) 会利用上文件已经按domian排序这个事实吗

在 PySpark 中,groupBy 操作默认情况下并不会直接利用文件已经按 domain 排序的事实。这是因为:

  1. groupBy 的机制

    • groupBy 是一个宽依赖操作,它需要所有相同键(如 domain)的数据集中到相同的分区中进行分组。这通常会触发 Shuffle 操作,将数据重新分布到各个分区。
  2. 已排序文件的优势未被使用

    • 即使文件已经按 domain 排序,PySpark 不会在默认情况下将排序信息传递给 groupBy,因此仍然会触发 Shuffle。
    • PySpark 无法推断输入文件的排序信息,除非我们明确告知。

如何利用已排序文件的事实?

如果输入文件已经按 domain 排序,可以通过以下方法优化分组操作:


1. 使用 sortWithinPartitions

在数据读取后,通过 sortWithinPartitions 保持每个分区内的排序,然后按键分组。因为每个分区内的键是有序的,分组的开销会较小。

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# 保持分区内的排序
sorted_df = df.sortWithinPartitions("domain")

# 按 domain 分组统计
domain_counts = sorted_df.groupBy("domain").agg(count("domain").alias("count"))

优点

  • 保留分区内排序信息,减少分组过程中的局部 Shuffle。

2. 使用 RDD 并通过文件排序优化

如果完全控制输入文件的排序和分区,可以使用 RDD 的 combineByKey,避免全局 Shuffle。以下是使用 RDD 的示例:

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# 将 DataFrame 转换为 RDD
rdd = df.rdd.map(lambda row: (row["domain"], 1))

# 按 domain 聚合,利用已排序的特点
domain_counts_rdd = (
rdd.combineByKey(
lambda value: value, # 创建初始值
lambda acc, value: acc + value, # 聚合值
lambda acc1, acc2: acc1 + acc2 # 合并分区
)
)

# 转回 DataFrame
domain_counts = domain_counts_rdd.toDF(["domain", "count"])

优点

  • 如果输入文件按 domain 排序且分区正确,可以完全避免 Shuffle。

3. 确保文件按分区排序

如果可以控制数据的写入方式,建议在文件生成时:

  1. domain 分区并排序。
  2. 使用 repartitionByRange 写入文件,例如:
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# 写入排序后的文件,按 domain 分区
sorted_df = df.repartitionByRange(10, "domain").sortWithinPartitions("domain")
sorted_df.write.csv("sorted_output.csv", header=True)

读取时直接利用分区结构,可以显著减少 Shuffle。


优化建议总结

  • 小数据集
    默认的 groupBy 是简洁的选择,不需要额外优化。

  • 大数据集(已按键排序)

    • 使用 sortWithinPartitions 或 RDD 操作减少 Shuffle。
    • 确保数据按键分区并保持排序。
  • 大数据集(未按键排序)

    • 使用 repartitionByRange 提前对数据分区。
    • 使用合适的分区数(repartitioncoalesce)。

详细解释combineByKey的第二种方法

combineByKey 是 RDD 的一种高效聚合方法,适用于分布式数据处理场景,特别是当你需要按照键对数据进行聚合时。

以下是对 combineByKey 的第二种方法的详细解释,以及它如何工作。


combineByKey 的机制

combineByKey 需要三个函数来完成分区内和分区间的聚合操作:

  1. 创建初始值(createCombiner

    • 当某个键第一次出现时,如何初始化其值。
    • 比如,对于 (key, value),你可以将 value 包装为一个更复杂的数据结构(如计数器、列表等)。
  2. 分区内合并(mergeValue

    • 当相同分区中的某个键再次出现时,如何将新值与当前累积值合并。
  3. 分区间合并(mergeCombiners

    • 当不同分区中累积的结果需要合并时,如何将它们合并。

应用场景

假设我们有以下数据集,统计每个 domain 的出现次数:

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[("gmail.com", 1), ("yahoo.com", 1), ("gmail.com", 1), ("outlook.com", 1)]

代码实现

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from pyspark import SparkContext

sc = SparkContext("local", "combineByKey Example")

# 示例数据
rdd = sc.parallelize([
("gmail.com", 1),
("yahoo.com", 1),
("gmail.com", 1),
("outlook.com", 1),
("gmail.com", 1)
])

# 使用 combineByKey 聚合
result = rdd.combineByKey(
lambda value: value, # createCombiner
lambda acc, value: acc + value, # mergeValue
lambda acc1, acc2: acc1 + acc2 # mergeCombiners
)

# 将结果收集并打印
print(result.collect())

三个函数的详细解释

1. createCombiner

  • 描述:当某个键第一次被遇到时,createCombiner 会生成该键的初始值。
  • 示例:将值初始化为自身,比如将 ("gmail.com", 1)1 保持为初始值。

代码中对应:

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lambda value: value

如果键是 "gmail.com" 且值是 1,那么 combineByKey 内部会为 "gmail.com" 创建一个累积器,初始值为 1


2. mergeValue

  • 描述:定义如何将相同分区内的新值与当前累积值合并。
  • 示例:累加新值到已有值,比如 1 + 1

代码中对应:

1
lambda acc, value: acc + value

如果当前分区的键 "gmail.com" 已有累积值 2,并遇到新值 1,那么累积器会更新为 3


3. mergeCombiners

  • 描述:定义如何将不同分区中累积的结果合并。
  • 示例:累加来自不同分区的累积值,比如 3 + 2

代码中对应:

1
lambda acc1, acc2: acc1 + acc2

如果两个分区的键 "gmail.com" 的累积值分别是 32,那么合并后结果是 5


如何工作(流程解释)

  1. 初始阶段

    • 对于每个分区内的键值对,第一次遇到某个键时,调用 createCombiner 初始化该键的累积值。
    • 例如:
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      ("gmail.com", 1) -> 初始值为 1
  2. 分区内聚合

    • 每个分区独立处理自己的数据,对于相同的键,使用 mergeValue 累加。
    • 示例(分区1的数据):
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      ("gmail.com", 1), ("gmail.com", 1) -> 初始值 1 -> 累加值为 2
  3. 分区间聚合

    • 各分区处理完后,Spark 使用 mergeCombiners 将不同分区的结果合并。
    • 示例:
      • 分区1:("gmail.com", 2)
      • 分区2:("gmail.com", 1)
      • 合并结果:("gmail.com", 3)

输出示例

对于以下输入数据:

1
[("gmail.com", 1), ("yahoo.com", 1), ("gmail.com", 1), ("outlook.com", 1), ("gmail.com", 1)]

代码会输出:

1
[('yahoo.com', 1), ('gmail.com', 3), ('outlook.com', 1)]

性能优势

combineByKey 的核心优势在于:

  1. 分区内高效聚合

    • 通过 mergeValue 在分区内提前聚合,减少数据量。
  2. 分区间高效合并

    • 在分区间只需传输聚合结果,而不是所有数据。

这使得 combineByKey 非常适合键值对数据的大规模聚合。


改进和扩展

  • 优化内存使用
    如果键值对的结果较大,可以在 createCombinermergeValue 中使用高效数据结构(如计数器或集合)。

  • 统计复杂信息
    可以使用 combineByKey 计算平均值、最大值等。例如:

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    rdd.combineByKey(
    lambda value: (value, 1), # 初始值 (总和, 个数)
    lambda acc, value: (acc[0] + value, acc[1] + 1), # 分区内累加
    lambda acc1, acc2: (acc1[0] + acc2[0], acc1[1] + acc2[1]) # 分区间合并
    ).mapValues(lambda x: x[0] / x[1]) # 计算平均值

这种方式可以灵活地计算更复杂的统计信息。


总结

  • combineByKey 是一种分布式键值对聚合操作,通过三步(创建初始值、分区内合并、分区间合并)高效处理大规模数据。
  • 当数据已经按键排序时,可以进一步优化性能,减少 Shuffle 操作。
  • 它非常适合复杂聚合任务,如计算计数、平均值等。

一个csv有两列,一个性别列,一个年龄列,用spark写一段代码按性别分组,然后统计每个分组中每个年龄段的人数,年龄段每10岁划分为一个段。

计算年龄段的代码使用udf,原始数据已经按照性别排序,有可能性别有数据倾斜,数据大约10亿,服务器内存较少,给出完整的代码。

考虑到你的数据量非常大(约10亿条数据),而且服务器内存较少,以下是使用 Spark 进行高效处理的完整代码,结合了以下优化策略:

  1. 使用 UDF 来计算年龄段
  2. 避免全局 Shuffle,尽量减少 Spark 操作的开销
  3. 根据性别分区(避免性别数据倾斜),减少不必要的 shuffle 操作。
  4. 使用合适的内存管理和分区策略,保证 Spark 程序的性能。

优化思路

  • UDF计算:通过定义自定义 UDF 来计算每个数据的年龄段。
  • 按性别分区:使用 repartitionByRange 或者 partitionBy 按性别分区,可以减少后续的 Shuffle 操作,防止性别列的数据倾斜。
  • 缓存中间数据:如果需要多次计算,可以缓存中间结果,避免重复计算。
  • 调整分区数:如果数据量非常大,可以调整 spark.sql.shuffle.partitions 配置来减少 shuffle 的开销。

完整代码

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from pyspark.sql import SparkSession
from pyspark.sql.functions import udf, col, concat, lit, floor
from pyspark.sql.types import StringType
from pyspark.sql import functions as F

# 初始化 SparkSession
spark = SparkSession.builder \
.appName("AgeGroupByGenderWithUDF") \
.config("spark.sql.shuffle.partitions", "200") \ # 根据实际情况调整
.config("spark.executor.memory", "4g") \ # 根据内存情况调整
.config("spark.executor.cores", "4") \ # 根据可用的 CPU 核心数调整
.getOrCreate()

# 示例数据路径(假设是 CSV 文件,实际情况中应该读取你的大数据源)
# 数据示例:每行包括性别和年龄
input_file = "path_to_your_data.csv"

# 读取数据,假设 CSV 有两列: gender 和 age
df = spark.read.option("header", "true").csv(input_file).select("gender", "age")

# 将年龄列转为整型
df = df.withColumn("age", df["age"].cast("int"))

# 定义 UDF 来计算年龄段
def age_group_logic(age):
if age is None:
return None
# 计算年龄段,例如: 20-29, 30-39
start_age = (age // 10) * 10
end_age = start_age + 9
return f"{start_age}-{end_age}"

# 注册 UDF
age_group_udf = udf(age_group_logic, StringType())

# 添加年龄段列
df_with_age_group = df.withColumn("age_group", age_group_udf(col("age")))

# 按性别分区(避免数据倾斜),通过 repartitionByRange 按性别排序
df_partitioned = df_with_age_group.repartitionByRange(200, "gender")

# 缓存中间结果,避免重复计算
df_partitioned.cache()

# 按性别和年龄段分组并统计人数
result = df_partitioned.groupBy("gender", "age_group").agg(F.count("*").alias("count"))

# 排序以方便查看
result = result.orderBy("gender", "age_group")

# 显示结果
result.show(truncate=False)

# 保存结果(可以根据需求选择保存格式)
# result.write.csv("output_path", header=True)

代码解释:

  1. SparkSession:通过 SparkSession.builder 设置了适当的配置,主要配置了:

    • spark.sql.shuffle.partitions: 调整 shuffle 操作的分区数。此参数需要根据实际数据量和集群大小进行调整。默认值通常为200,可以适当调整。
    • spark.executor.memory: 根据服务器内存大小调整。如果内存不足,可以适当减少。
    • spark.executor.cores: 设置每个 executor 的 CPU 核心数,防止过多的并行任务导致资源不足。
  2. 读取数据:从 CSV 文件中读取数据,并选择性地保留 genderage 列。如果你的数据存储格式不同,可以调整读取方法。

  3. 年龄段计算:定义了一个 age_group_logic 函数,并通过 udf 注册它。UDF 将每个年龄值转换为对应的年龄段,例如 20-2930-39

  4. 数据分区:通过 repartitionByRange(200, "gender")gender 列进行数据分区,尽量减少后续分组操作时的数据倾斜。

  5. 缓存数据df_partitioned.cache() 缓存了中间结果,如果后续需要多次使用 df_partitioned,避免重复计算。

  6. 分组和统计:使用 groupBy("gender", "age_group").agg(F.count("*").alias("count")) 按性别和年龄段进行分组统计人数。

  7. 排序输出:通过 orderBy("gender", "age_group") 排序,方便查看输出结果。


性能考虑:

  1. 避免全局 Shuffle:我们尽量减少了不必要的 groupBy 操作,通过 repartitionByRange 来避免数据倾斜和不必要的 Shuffle。
  2. 分区数量调整spark.sql.shuffle.partitions 的调整能够有效控制 Spark 执行期间的 Shuffle 操作数量,避免大规模数据处理时过多的 Shuffle 操作带来性能瓶颈。
  3. 内存与计算资源配置:根据实际内存和 CPU 核心数来合理配置 spark.executor.memoryspark.executor.cores,避免过多的并行计算导致资源过度消耗。
  4. 缓存中间结果cache() 用来缓存已经处理过的数据,减少后续计算时的开销。

结果展示:

运行这段代码时,result.show(truncate=False) 会展示按性别和年龄段分组统计的结果。例如:

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9
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+------+---------+-----+
|gender|age_group|count|
+------+---------+-----+
|Female|10-19 |200000|
|Female|20-29 |350000|
|Female|30-39 |500000|
|Male |10-19 |150000|
|Male |20-29 |400000|
|Male |30-39 |700000|
+------+---------+-----+

根据实际需求,可以选择将结果保存到文件中,使用 result.write.csv("output_path", header=True) 将结果输出到 CSV 文件,或者选择其他格式(如 Parquet)进行存储。


总结:

此代码通过 UDF 计算年龄段,并采用按性别分区、减少 Shuffle、缓存等手段来优化性能。根据数据量和集群资源的不同,可以进一步调整分区数、内存和 CPU 核心数等配置,确保 Spark 程序高效运行。


为什么df_with_age_group.repartitionByRange(200, “gender”)可以避免数据倾斜

在 Spark 中,数据倾斜(Data Skew)通常发生在 groupByjoinrepartition 等操作中,特别是当某些分区的数据量明显大于其他分区时,可能会导致任务执行不均衡,从而拖慢整体处理速度。

repartitionByRange 通过范围划分的方式对数据进行分区,而不是随机划分。这样,分区的方式更加均匀,可以有效避免数据倾斜。让我们详细解释一下:

1. repartitionByRange 的工作原理

repartitionByRange 根据给定的列(比如 gender 列)对数据进行排序和重新分区。它通过对数据进行排序(按指定列或多个列排序)来确保相同值的记录被分配到同一个分区中。

  • 你提供的参数是:200(目标分区数)和 "gender"(需要按这个列来重新分区)。
  • 这个操作会尝试通过排序的方式来将数据分配到不同的分区中,保证每个分区内的数据量尽可能均匀。

例如,如果 gender 列只有两个值 "Male""Female"repartitionByRange(200, "gender") 会尝试将 "Male""Female" 的数据均匀地分配到 200 个分区中。这有助于避免某个分区的“热点”,从而避免倾斜。

2. 为什么避免数据倾斜?

数据倾斜通常发生在某些值(例如某些 gender 或某些键)上出现大量的数据,导致分配到某些分区的任务非常繁重,而其他分区的任务较少。这样会导致计算资源的不均衡,进而影响作业性能。

repartitionByRange 对数据进行范围划分时,会确保相同范围的值集中在相同的分区中,从而减小了某个分区被单一大值(比如某个很大的 "Male""Female" 数量)占据的可能性。假设数据在 gender 上不平衡(例如 "Male""Female" 多得多),repartitionByRange 会确保在每个分区内 MaleFemale 数据量分布较为均衡。

3. 避免 groupByjoin 操作中的倾斜

  • groupBy:如果我们直接使用 groupBy("gender"),那么当某个性别的数量极大时,会导致某个分区上的数据过于集中,形成“热点”,从而影响性能。
  • join:在进行 join 操作时,若两边某些键的数量极其不均衡,也可能造成某些分区的数据量很大,导致数据倾斜。通过 repartitionByRange 可以使得数据的分布更加均匀。

4. 示例:repartitionByRange 可以帮助避免倾斜

假设你有如下的 gender 列数据,且数据分布非常不均衡:

  • 80% 的数据是 Male
  • 20% 的数据是 Female

如果你直接进行 groupBy("gender"),那么会把大部分数据集中到一个分区中,导致 Spark 在该分区上工作量过大,其他分区的任务则相对较小,这样会产生数据倾斜,导致性能下降。

然而,如果你使用 repartitionByRange(200, "gender")

  • 这个操作会根据 gender 列的值将数据范围划分并均匀分配到 200 个分区中。
  • 即使 MaleFemale 数据量不均,repartitionByRange 会尽量平衡两个值的分配,并使每个分区的数据量相对接近,从而避免某些分区的数据过多,而其他分区的数据较少。

5. repartition 的区别

  • repartition基于随机化的重新分区操作,它可能导致某些值过于集中到某些分区,特别是在数据分布不均的情况下,这可能会导致数据倾斜。
  • repartitionByRange基于排序的重新分区,它通过对数据进行排序并按值范围划分分区,从而保证数据在分区之间更加均匀分布。

总结

repartitionByRange(200, "gender") 可以帮助避免数据倾斜,主要是通过按范围对数据进行划分,使得相同值的记录尽量分配到相同的分区,从而减少数据量不均匀的情况,进而提高任务的执行效率和资源利用率。


原始数据中gender是否排序对repartitionByRange(200, “gender”)的性能有影响吗?

在 Spark 中,repartitionByRange 通过对数据进行排序来决定如何重新分区。当使用 repartitionByRange(200, "gender") 时,Spark 会尝试将 gender 列的不同值按范围进行排序并均匀分配到 200 个分区中。

1. repartitionByRange 依赖排序,但原始数据是否已排序不会影响最终结果

  • 排序的本质repartitionByRange 会对数据进行排序,然后基于排序的结果重新分区,因此即使原始数据中 gender 列没有排序,Spark 也会对数据进行排序。原始数据是否已经排序对最终的性能不会产生直接影响,因为 Spark 会在进行数据重新分区时对数据进行完整的排序。
  • 排序的影响:如果原始数据已经按 gender 列排序,Spark 可能会在内部做一些优化,例如避免进行全量的排序步骤,从而在某些情况下节省了部分计算资源。但即使数据没有排序,Spark 也能通过 repartitionByRange 完成排序和重新分区操作。

2. 为什么原始数据排序可能对性能有间接影响

尽管 repartitionByRange 会强制执行排序操作,但在某些情况下,原始数据的排序状态可能影响执行效率。具体来说,以下是几个可能的影响:

  • 数据预排序可能减少不必要的 Shuffle:如果原始数据已经按照 gender 排序,Spark 在执行 repartitionByRange 时可能会有更少的需要移动的数据,因为已经按照一定顺序进行分配。这可能减少内部 shuffle 的开销,因为 Spark 在执行 repartitionByRange 时会根据 gender 的值划分区间,若数据已经按 gender 排序,则可以减少重新排序的计算量。

  • 更低的计算开销:当数据已经按某列(如 gender)排序时,Spark 在进行 repartitionByRange 操作时,可能会减少一部分工作量(例如,减少对整个数据集的排序操作)。这对于较小的分区数和数据量可能是有益的,但对于大规模数据,效果可能不那么明显。

3. 影响的主要因素:数据的规模与分布

  • 数据量:对于较小的 DataFrame,数据已经排序对 repartitionByRange 的性能提升可能不明显。对于较大的数据集,原始数据是否排序可能会有较大的影响,因为排序操作会带来额外的计算开销。
  • 数据分布:如果 gender 列的分布非常不均匀(例如,一些 gender 值占比非常大,其他值非常小),即使数据已经排序,repartitionByRange 可能仍然需要进行大量的 shuffle 操作来保证分区的均匀性。

4. 总结

  • 性能差异:原始数据是否已排序对 repartitionByRange 的性能有一定影响,但影响主要取决于数据的规模和分布。对于非常大的数据集,数据是否排序可能会对计算和 Shuffle 的效率产生影响。
  • 排序操作:即使原始数据没有排序,repartitionByRange 也会对数据进行排序,因此排序本身的开销始终存在。原始数据的排序状态可能只是优化了排序过程的效率,而不会改变最终的结果。

最佳实践:

  • 对于大数据量的情况,推荐始终使用 repartitionByRange 来避免数据倾斜,哪怕原始数据没有排序。
  • 对于小规模数据,如果数据已经按关键列排序,可以考虑直接使用 repartitionByRange,可能会节省一些计算开销。

在线收缩表

gh-ost 是一个非常好的选择,特别是对于需要在生产环境中对大表进行修改、重建或优化时。它是一个由 GitHub 开发的 在线模式表结构更改工具,能够在不锁定表的情况下执行表重建、数据迁移等操作,因此可以用于你的场景——优化表以回收空间,且不影响在线业务。

使用 gh-ost 执行在线优化

gh-ost 通常用于表结构的变更,但也可以用来优化和重建大表,并能够确保操作过程中的最小锁定和最大在线可用性。

安装 gh-ost

  • 下载预编译二进制文件:
    你可以从 GitHub releases 页面下载适合你操作系统的版本:GitHub Releases

使用 gh-ost 来在线优化表

  1. 创建临时表并执行数据迁移
    gh-ost 会创建一个临时表,并且逐步将原表的数据迁移到新表中,整个过程不会锁定原表。

  2. 执行 gh-ost 命令
    假设你要优化的表是 xxx,并且你希望通过 gh-ost 来重建表,并且回收空间。你可以通过以下步骤来实现:

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    gh-ost \
    --user="root" \
    --password="yourpassword" \
    --host="localhost" \
    --database="your_database" \
    --table="xxx" \
    --alter="ENGINE=InnoDB" \
    --approve-renames \
    --chunk-size=1000 \
    --max-load=Threads_running=25 \
    --critical-load=Threads_running=50 \
    --initially-drop-ghost-table \
    --execute

    解释参数:

    • --user--password--host--database:用于连接 MySQL 数据库。
    • --table:指定要优化的表名。
    • --alter="ENGINE=InnoDB":用 ALTER 操作改变表的引擎或做其它修改(你可以不做任何结构改变,只是进行表重建来回收空间)。
    • --approve-renames:确认使用临时表重命名操作。
    • --chunk-size=1000:迁移数据时,按块大小处理数据,避免一次性迁移过多数据造成性能压力。
    • --max-load:指定迁移过程中 MySQL 最大允许的负载(比如最大线程数)。
    • --critical-load:当系统负载超过此限制时,gh-ost 会暂停迁移,以避免影响性能。
    • --initially-drop-ghost-table:开始时就丢弃临时表,以减少空间占用。
    • --execute:表示实际执行操作。如果你先想模拟执行过程,可以先去掉 --execute,这将执行干运行并显示预期的操作步骤。

gh-ost 的工作方式

  • gh-ost 在执行过程中会:
    • 创建一个临时的 “ghost” 表。
    • 使用 MySQL 的 INSERT INTO ... SELECT 或者其他方法将原表的数据逐步迁移到 “ghost” 表。
    • 逐渐迁移数据时,只会在数据块大小(--chunk-size)的粒度上短暂加锁,因此对系统影响较小。
    • 当迁移完成后,会进行原表和临时表的切换(将新表重命名为原表的名字)。
    • 这样,你就能在不中断应用的情况下重建和优化大表。

适用场景

  • 不影响业务gh-ost 能够避免锁定整个表,确保表的数据可以在业务运行时继续读取和写入。
  • 回收空间:通过改变表的存储引擎、重建表等方式,可以回收空间、减少碎片。
  • 高性能gh-ost 通过分块方式逐步进行数据迁移,并且支持动态调整迁移速度,避免对数据库性能造成过大影响。

计算隐含波动率

如果已经获取到期权的行权价,到期时间,价格,底层地产的价格,无风险利率,能否计算出它的隐含波动率,期权价格应该用最新的成交价,还是对手盘的报价?


是的,您可以使用这些信息计算期权的隐含波动率。隐含波动率(IV)是通过反向求解Black-Scholes公式得到的,具体步骤如下:

1. 选择期权价格

期权价格可以使用以下两种数据来源:

  • 最新成交价:反映了市场上最近的交易价格,可能包含最新的市场信息。
  • 对手盘报价:包括买价(Bid)和卖价(Ask),代表市场上可交易的价格范围。

建议:如果要精确反映市场情况,可以用买卖盘中点价(即((Bid + Ask) / 2))。如果市场活跃且最新成交价可信,也可以直接使用成交价。

2. 计算隐含波动率的步骤

隐含波动率需要通过迭代法反向求解,具体流程如下:

  1. 已知参数代入Black-Scholes公式

    • 行权价 ((K))。
    • 到期时间 ((T))。
    • 当前底层资产价格 ((S_0))。
    • 无风险利率 ((r))。
    • 市场上期权价格 ((C_{market}) 或 (P_{market}))。
  2. 设定初始隐含波动率值

    • 通常从一个较低的值(例如 0.1 或 10%)开始。
  3. 用Black-Scholes公式计算理论期权价格

    • 使用假定的隐含波动率,计算理论期权价格 ((C_{BS}) 或 (P_{BS}))。
  4. 比较理论价格与市场价格

    • 如果理论价格与市场价格的差距在容许范围内(例如(\epsilon = 10^{-6})),则认为找到隐含波动率。
    • 如果差距较大,调整隐含波动率(例如使用二分法或牛顿-拉夫森法)并重复计算。

3. Black-Scholes公式回顾

  • 看涨期权价格:
    [
    C = S_0 \cdot N(d_1) - K \cdot e^{-rT} \cdot N(d_2)
    ]
  • 看跌期权价格:
    [
    P = K \cdot e^{-rT} \cdot N(-d_2) - S_0 \cdot N(-d_1)
    ]
  • (d_1) 和 (d_2) 的定义:
    [
    d_1 = \frac{\ln(S_0 / K) + (r + \sigma^2 / 2)T}{\sigma \sqrt{T}}, \quad d_2 = d_1 - \sigma \sqrt{T}
    ]
    其中,(\sigma) 是隐含波动率。

4. 常用求解方法

  • 二分法
    在给定区间内(例如 ([0, 1])),逐步缩小隐含波动率范围。
  • 牛顿-拉夫森法
    使用Black-Scholes公式对(\sigma)的导数进行迭代更新,收敛更快。

总结:您可以根据市场需求选择成交价或中点价作为输入,利用迭代法通过Black-Scholes公式反算隐含波动率。这是一种标准的金融工程方法,用于评估市场对未来波动的预期。


二分法真是无处不在,但我比较纳闷的是,为什么这里可以用二分法呢,曲线是单调平滑的才可以用二分吧,否则二分应该有可能跳过最优解。

您说得非常对,二分法在数值求解中之所以有效,关键在于问题满足特定的单调性连续性条件。在隐含波动率的求解中,二分法可以使用的原因如下:


1. Black-Scholes公式中的单调性

在给定其他参数(如标的价格 (S)、行权价 (K)、到期时间 (T)、无风险利率 (r))不变的情况下,期权价格对隐含波动率 (\sigma) 是单调递增的:

  • 随着波动率的增加,期权价格总是增加。这是因为更高的波动率意味着标的资产价格的不确定性更高,从而增加了期权的价值。

这种单调性保证了期权价格曲线(相对于波动率)没有局部极值,只有一个唯一的解。这为二分法提供了理论基础。


2. 平滑性

Black-Scholes公式是连续且可微的。期权价格关于隐含波动率的导数(称为 Vega)始终为正,且在实用范围内(低波动率到高波动率)变化平滑。

Vega 的公式

Vega 是期权价格对隐含波动率的敏感性,公式为:
[
\text{Vega} = S_0 \cdot \sqrt{T} \cdot N’(d_1)
]
其中 (N’(d_1)) 是标准正态分布的概率密度函数。

Vega 总是非负的,并且其值在波动率较低时较大,波动率较高时逐渐减小。这种平滑性意味着隐含波动率与期权价格之间的关系是良好行为的(单调且无振荡),因此适合用二分法。


3. 为何不会跳过最优解

二分法的基本思想是每次选择解区间的中点,利用单调性将搜索区间缩小一半。在隐含波动率的求解中,由于以下性质,解区间总是收敛到唯一解:

  • 单调性:期权价格随隐含波动率单调增加。
  • 连续性:期权价格对隐含波动率的映射是连续的。
  • 边界条件:波动率为0时,期权价格接近其内在价值;波动率趋于无穷时,期权价格趋于无穷。

因此,二分法从一个足够大的初始区间(如 ([0, 5]))开始,可以保证找到市场价格的隐含波动率。


4. 如果曲线不是单调的会怎样?

如果曲线不是单调的(例如存在局部极值点),二分法可能会失效:

  • 二分法可能跳过最优解。
  • 可能无法收敛到正确的结果。

但在隐含波动率的求解中,这种情况不会发生,因为单调性和连续性已经从理论上保证了解的唯一性。


总结

二分法适用于隐含波动率的求解,是因为:

  1. Black-Scholes公式中期权价格对隐含波动率是单调递增的。
  2. 这种关系是平滑且连续的。
  3. 二分法的迭代过程可以保证找到唯一解。

这也是为什么二分法在数值求解中广泛应用的核心原因之一!


有没有python的库直接计算出隐含波动率,给出示例代码

Python中有多个库可以直接计算隐含波动率,常用的包括 py_vollibmibian。以下是使用这些库的示例代码。


方法 1: 使用 py_vollib

py_vollib 是一个功能强大的金融计算库,支持隐含波动率的计算。

安装

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pip install py_vollib

示例代码

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import py_vollib.black_scholes.implied_volatility as iv

# 参数
option_price = 10.0 # 市场期权价格
S = 100.0 # 当前标的资产价格
K = 105.0 # 行权价
T = 0.5 # 到期时间(以年计)
r = 0.05 # 无风险利率
flag = 'c' # 看涨期权:'c',看跌期权:'p'

# 计算隐含波动率
implied_vol = iv.implied_volatility(option_price, S, K, T, r, flag)
print(f"隐含波动率: {implied_vol:.2%}")

方法 2: 使用 mibian

mibian 是另一个简单的工具库,适合快速计算隐含波动率。

安装

1
pip install mibian

示例代码

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import mibian

# 参数
S = 100 # 当前标的资产价格
K = 105 # 行权价
r = 5 # 无风险利率(百分比形式)
T = 30 # 到期时间(以天计)
option_price = 10 # 市场期权价格

# 使用 BSM 模型计算隐含波动率
bsm = mibian.BS([S, K, r, T], callPrice=option_price)
print(f"隐含波动率: {bsm.impliedVolatility:.2f}%")

方法 3: 自行实现迭代法(例如二分法)

如果需要完全控制计算过程,可以实现自定义的隐含波动率计算。

示例代码

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from scipy.stats import norm
import numpy as np

# Black-Scholes定价公式
def black_scholes(S, K, T, r, sigma, option_type='call'):
d1 = (np.log(S / K) + (r + 0.5 * sigma ** 2) * T) / (sigma * np.sqrt(T))
d2 = d1 - sigma * np.sqrt(T)
if option_type == 'call':
return S * norm.cdf(d1) - K * np.exp(-r * T) * norm.cdf(d2)
elif option_type == 'put':
return K * np.exp(-r * T) * norm.cdf(-d2) - S * norm.cdf(-d1)

# 隐含波动率的计算
def implied_volatility(option_price, S, K, T, r, option_type='call', tol=1e-6, max_iter=100):
low, high = 1e-6, 5.0 # 波动率范围
for _ in range(max_iter):
mid = (low + high) / 2
price = black_scholes(S, K, T, r, mid, option_type)
if abs(price - option_price) < tol:
return mid
elif price < option_price:
low = mid
else:
high = mid
return mid

# 参数
S = 100 # 标的资产价格
K = 105 # 行权价
T = 0.5 # 到期时间
r = 0.05 # 无风险利率
option_price = 10 # 市场期权价格

# 计算隐含波动率
iv = implied_volatility(option_price, S, K, T, r, option_type='call')
print(f"隐含波动率: {iv:.2%}")

比较

特点 推荐场景
py_vollib 专业金融工具库,支持多个选项和精度高 复杂期权定价与分析
mibian 简单易用,适合基础场景 快速验证隐含波动率
自行实现 完全可控,可自定义精度和算法 学术研究或高级控制需求