پروتئین های غیر ساختمانی پاراکو ویروس ها شبیه بقیه پیکورنا ویروس ها است پروتئین ۳D که RNA پلی مراز وابسته به
RNA است و پروتئین ۳c که یک پروتئاز و از خانواده تریپسین می باشد و مسئول اغلب مکانیسم های شکست پروتئینی در پیکورنا ویروس ها می باشد و فکر می کنند که این دو درگیر در فعالیت های کاتالیتیکی هستند (به ترتیب GxcGGو YGDD) و پروتئین ۲C که فعالیت هلیکازی در پیکورنا ویروس ها داردو به نظر می رسد که همین نقش را در پاراکوویروس ها نیز داشته باشند. در عوض ۳A , 2B , 2A پاراکوویروس ها تشابه کمتری با پیکورنا ویروس های دیگر دارد (۷۶و۸۱).
۱-۱۴-۳) پردازش پروتئین در پاراکو ویروسها:
پردازش پروتئولیپتیک نقش مهمی در بیان ژنهای پیکورنا ویروسها ایفا می کنند بعلاوه پروتئازها نقش های دیگری از جمله,متوقف نمودن سنتز ماکرومولکول های سلول میزبان و ممانعت نمودن از رونویسی , ژن های سلولی بعهده دارند. اولین کلیواژ در پیکورنا ویروسها سریع اتفاق می افتد و منجر به جداشدن پیش سازما نهای ساختمانی و غیر ساختمانی (P1 – P2- P3) می گردد. در انترو ویروسها این عمل توسط ۲A ^pro انجام می شود و انتهای آمینی ۲A کلیواژ می گردد تا پیش سازهای پروتئین های کپسید (P1) جدا گردد. ۲A ^pro درآفتو ویروسها کوتاه می باشد. در این جنس انتهای کربوکسیلی از ۲A کلیواژ می گردد. ۲A در کاردیو ویروسها طویل تر است و با همان روش کلیواژ می گردد. در عوض ۲A هپاتو ویروسها با ۴ گروه قبلی متفاوت است و فاقد خاصیت پروتئولیپتیکی می باشد (۸۲و۸۳).
در افتو ویروسها و کاردیو ویروسها یک پروتئاز دیگر هم وجود دارد که پروتئین L نامیده می شود. این L^proبا اثر خودش از پلی پروتئین جدا می گردد اما در این عمل وجود ۳C نیز ضروری است. فعالیت پروتئولیتیکی پروتئین L را در ردیف ویروس تیپ ۲ اسبی نیز می بینیم (۸۰).
پروتئین L ، ۲A هر یک عملکرد مشخص دارند و با ید در پاراکو ویروس ها هم عمل آن مشخص گردد. در پاراکو ویروس ها یک پلی پپتید کوتاه به طول ۱۲ اسید آمینه پروتئین L را می سازد دقیقاً مانند هپاتو ویروس ها. (۸۰) این قسمت برای میریستیله شدن انتهای N ضروری است و این قسمت در هپاتو ویروس ها فاقد فعالیت پروتئولیتیک بوده است. L^proکه در ابتدای ژنوم کاردیو و آفتو ویروسها قرار دارد خاصیت پروتئازی دارد و خودش را از ابتدای پلی پروتئین آزاد میکند . در ابتدا عقیده داشتند که HPEV₁,₂ دارای L^pro کوتاهی می باشد. این حالت در مورد هپاتو ویروسها نیز پیشنهاد شده بود ولی همه این فرضیات رد شد و معلوم نگردید که تنها کاردیو و آفتو ویروسها واجد L^proدر ابتدای ژنوم خود هستند (۸۰).

در پاراکو ویروسها تنها ۳C ^pro خاصیت پروتئازی دارد مانند هپاتو ویروسها (شکل۱۸)
(شکل۱۸) کلیواژ اولیه پروتئین پیکورنا ویروسها : در سلولهای آلوده با انتروویروسها و رینو ویروسها با عمل پروتئازی ۲Apro بخش p1 از بخشp2 جدا می گردد. در سلولهای آلوده با کاردیو ویروسها و آفتو ویروسها توسط ۳Cpro اتصال P1-P2 قطع می گردد. در این ویروسها پروتئین ۲A , پروتئاز نمی باشد . اما اتصال خودش(۲A ) با ۲B را قطع میکند. در تمام این ویروسها اتصال P2-P3 با عمل پروتئازی ۳Cpro قطع می گردد. از طرفی در هپاتو ویروسها ۳Cpro اتصال ۲A-2B را نیز قطع می نماید. Lpro در FMDV باعث آزاد شدن پروتئین L از ابتدای ژنوم می گردد.
۱-۱۴-۴) ۵´- UTRدر پاراکو ویروسها :
این قسمت در پیکورنا ویروسها بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است و مشخص گردید که ۵´- UTRدر ترجمه پروتئین و همانند سازی RNA دخالت دارد و با انجام موتاسیون در این ناحیه ۵´- UTRمشخص گردیدکه ۵´-UTRدر تعیین سلول هدف و بیماریزایی نیز نقش دارد. در این ناحیه تعدادی از عناصر ساختمان ثانویه و ساختار سوم به چشم می خورد موتاسیون در این نقطه با تغییراتی در پاتوژ نیسیتی همراه می باشد این ناحیه در طبقه بندی پیکورنا ویروسها نیز بکار می رود. تاکنون سه طرح از این ساختار گزارش شده ۱- در رینو وانترو ویروسها ۲- در کاردیو و آفتو ویروسها ۳- در هپاتو ویروسها (۸) (شکل۱۹) نیمه انتهای ´۳ از ۵´- UTR پاراکو ویروسها مشابه نواحی ۵´- UTRآفتو و کاردیو ویروسها می باشد. در این قسمت دومن هایی نظیرساختار چکشی شکل برجسته، نواحی پلی پیریمیدنی و کدون AUG که در شروع ترجمه دخالت دارد موجود است (۸۱و۸۴) .
شکل۱۹: دیاگرام شماتیک ساختار ثانویه
۵´- UTRدر پاراکو ویروس (A) درEMCV (B) و پولیوویروس .© همه پیکورنا ویروسها ۲۰ نوکلوتید پائین دست نقطه شروع (AUG ) واجد Polypyrimidine tract هستند. در کاردیو ویروسها و آفتو ویروسها پس از این ناحیه یک ORF بزرگ وجود دارد; در حالیکه در انترو ویروسها و رینو ویروسها پائین تر از AUG یک توالی دیگر AUG نیز وجود دارد و پس از دومین AUG یک ORF وجود دارد. اتصال کوالانت VPg به ابتدای ۵΄ ژنوم در شکل مشخص است.
۱-۱۴-۵) ارتباط ژنتیکی پاراکوویروسها با پیکور نا ویروسهای دیگر:
با مشخص شدن سکانس ژنومی در پاراکوویروس معلوم شد که ۵´- UTRاین ویروس متفاوت از دیگر پیکورنا ویروس ها است. (در تصویر ۱۶) ارتباط ژنتیکی پاراکوویروس ها را با ویروس های این خانواده بر پایه پروتئین VP₃نشان می دهد. در این قسمت انترو ویروس ها و رینو ویروس ها به همدیگر شباهت بیشتری دارند و پاراکوویروس ها و هپاتو ویروس ها دو دسته کاملاً مجزا هستند که ارتباط مولکولی کمتری با دیگر پیکورنا ویروسها دارند ولی آفتو ویروسها و کاردیو ویروسها در یک محدوده قرار می گیرند (۸و۸۱) .(شکل۲۰)

(شکل۲۰) – دندروگرامی بر اساس پروتئین VP₃در پیکورنا ویروسها.در این تصویر ارتباط ژنتیکی پیکورنا ویروسها و میزان شباهت های بین آنها مشخص شده است.
۱-۱۴-۶) تداخلات بین HPEV₁ و HPEV₂ با سطح سلولهای حساس :
با تعیین توالی ژنوم پاراکو ویروس ها در قسمت انتهای کربوکسیلی پروتئین VP₁یک سکانس ویژه به نام RGD ( آرژنین- گلایسین- اسید اسپارتیک) معلوم گردید (۷۶و۸۰). که در تشخیص سلول میزبان فعال است و این سکانس RGD در تماسهای سلول به سلول و سلول به ماتریکس فعالیت دارد. از این سکانس برای اتصال و ورود پاتوژنها زیاد استفاده می کنند. و در بین پیکورنا ویروسها FMDV و کوکساکی ویروس A₉ که یک انتروویروس است از این سکانس RGD برای ورود استفاده می کنند. RGD در تماس اولیه ویروس با رسپتورهای سطح سلول واکنش می دهد (۱۶و۱۰و۸). (شکل۲۱)
(شکل۲۱)– مقایسه توالی اسید آمینه ای در انتهای کربوکسیلی از VP₁ در بین پاراکوویروسها CAV₉
در HPEV₁ با کمک پپتیدهای سنتتیک واجد RGD می توان این ناحیه را بلوک نمود. از طرف دیگر مشاهده شده که تیپ ۱ برای اتصال به سطح سلول با کوکساکی ویروس A₉ رقابت می کند. گیرنده این دو ویروس همان گیرنده ویترونکتین ( اینتگرین α vβ_۳) است. در مورد کوکساکی ویروس A₉. توالی RGD برای حیات ویروس ضروری نیست و می توان بدون از دست رفتن کامل عفونت زایی این ناحیه را با کمک ایجاد موتاسیون یا هضم با تریپسین تخریب نمود. ولی، حذف توالی RGDدر تیپ ۱ پاراکوویروس کشنده است که این موضوع دلالت بر نقش حیاتی RGD در چرخه تکثیری HPEV₁دارد. (شکل ۲۲)
(شکل ۲۲) نتایج Plaque assay پاراکو ویروس انسانی تیپ ۱ :سلولCHOαvβ۱ (فلاسک A ), سلول CHOαvβ۳ (فلاسک B), و CHOwt (فلاسک C ). سلولهای تخمدان هامستر چینی با پلاسمیدهای حاوی ژن ۱,۲αvβ ترانسفکت گردید و سپس این دو سلول ترانس ژن به همراه سلول وحشی توسط HPEV-1 آلوده شد. تعداد پلاک و مورفولوژی آنها توسط تست Plaque assay مورد ارزیابی قرار گرفت.
عفونت با پاراکو ویروس ها را می توان با استفاده ازAnt α i و Anti β_۱ بلوک کرد و با بهره گرفتن از آنتی بادی) آنتی (MM-Matrix metalloproteinase- 9 به کمترین حد ممکن می رساند (۷۶). در نتیجه پیشنهاد می کنند که ویروس ممکن است از اینتگرینα βاستفاده بکند و معلوم گردید که این تماس بینRGD و اینتگرین αβ برای ورود ویروس ضروری است و این تنها راه ورود ویروس برای داخل به سلول است. در حالی که کوکساکی ویروس A9از دو راه متفاوت با سطح سلول تماس پیدا کرده و داخل می گردد در مورد بعضی گونه های ویروس الزاماً از تماس RGD – اینتگرین αβ برای ورود استفاده می کنند ولی تعدادی از گونه ها توانایی تماس با هپارین سولفات را نیز دارند (۱۰و۸و۷۶).
۱-۱۴-۷) عوارض کلینیکی و اپیدمیولوژی پاراکوویروسها:
HPEV-1 اولین بار در طی یک اپیدمی اسهال تابستانی در سال ۱۹۵۶ ایزوله شد.WHOدر سالهای ۱۹۶۷ تا ۱۹۷۴ ، ۶۰ درصد از عفونتهای تیپ ۱ در کودکان کمتر از یک سال دیده می شود و این آمار در مورد سایر اکوویروسها ۱۵ درصد می باشد (۸۵). میزان گرفتاری CNS در عفونتهای HPEV-1حدود ۱۲ درصد است که این میزان کمتر از عفونتهای انتروویروسی می باشد در حالیکه علائم گاسترو آنتریت (۲۹%) و علائم تنفسی (۲۶%) بیشتر دیده می شود (۸۶و۸۷).
در فنلاند یک مطالعه سرواپیدمیولوژی بر روی ۱۱۰ عفونت انجام شد و معلوم گردید که ۹۵ درصد نوزادان آلوده دارای آنتی بادی علیه HPEV-1 هستند در حالیکه تنها ۲۰ درصد از بچه های بین ۲ تا ۱۲ ماه سرم مثبت می باشند (۸۶). اما درصد افراد سرم مثبت بعد از اولین سال زندگی افزایش می یابد. بطوریکه ۹۷ درصد از بالغین از لحاظ HPEV-1 سرم مثبت هستند که در این میان تنها ۳۰ درصد آنها دارای آنتی بادی علیه اکوویروس تیپ ۳۰ می باشند. این موضوع دلالت بر شیوع زیاد عفونت های HPEV-1 دارد (۱۰).
یافته های خودمان (دکتر قاضی) در ایران نشان داد که مهمترین فصل شیوع در نوزادان کمتر یک سال , فصل بهار و پائیز می باشد و در این مطالعه نشان داده شد که پسر ها بیشتر از دختران دجار علائم بالینی اسهال بودند( ۱۲۴). مهمترین فصل شیوع در تابستان و پاییز است و متداول ترین نشانه بالینی وجود اسهال می باشد و بعد از آن عوارض تنفسی مشاهده می شود و عوارض جسمی به میزان کمتری شیوع داشته است و کمتر آنسفالومیلیت و انواع دیگر عوارض عصبی گزارش گردیده است. ایزوله های تیپ ۲ پاراکوویروس به میزان کمتری شیوع داشته در عفونت با این تیپ از ویروس نیز علائم ناراحتی گوارشی دیده می شود (۹۰و۸۸و۸۹).
۱-۱۴-۸) ویروس های مرتبط با پاراکوویروسها در حیوانات:
در کشور سوئد از یک موش ساحلی اروپایی یک پاراکوویروس جدیدی به نام L jungan virus ایزوله نمودند (۹۱). که موجب میوکاردیت در موش ها می شود و با بررسی سکانس این ویروس معلوم گردید که به جنس پاراکوویروس شباهت داد (۸)، توالی اسیدهای آمینه VP₃ در این ویروس حدود ۷۰ درصد به پاراکوویروس شباهت دارد. قبلاً این توالی فقط در پاراکوویروس انسانی مشاهده شده بود و جدا سازی این ویروس یک نظریه مهم را شدت بخشید که جدا سازی پاراکوویروس از یک موش ساحلی اروپایی دلیل مهمی برای زنونوز (zeonoz)بودن این ویروسها می باشد (۸ و ۹۱).
(شکل۲۳) – ارتباط فیلوژنیک بین پاراکوویروسهای انسانی و ایزوله های تازه جدا شده از ویروس L jungan در حیوانات
(جدول ۳) – میزان تشابه توالی اسیدهای آمینه بین HPEV-1 و HPEV-2
فصل اول
کلیات
(۱-۱بیان مساله:
پاراکوویروس های انسانی یکی از جنسهای جدید خانواده پیکورنا ویروس می باشد. که قبلاً جزء انتروویروس طبقه بندی می شدند ولی اخیراً با تعیین توالی ژنوم و مطالعه مولکولی از این گروه جدا شده و در گروه pev قرار گرفتند. این ویروس کوچک و دارای ژنوم RNA تک رشته ای با قطبیت مثبت می باشد که طول آن از ۷۱۰۰ تا ۸۵۰۰ نوکلئوتید می باشد که داخل کپسید ۲۰ وجهی که از پروتئین های کپسیدی Vpl – Vp4 تشکیل شده است قرار دارند و فاقد غشا می باشند (۹۲، ۹۳ ، ۹۴ ، ۱۰۴).
پاراکوویروس های انسانی از نظر ژنتیکی دارای ۱۴ گروه می باشند و اخیرا تیپ های ۱۵ و ۱۶ توسط obersteشناسایی شده ولی unpub میباشد. تیپ های ۱و۲و۳ آن برای انسان بیماریزا می باشند و علائم آن شبیه انتروویروس های انسانی است آلودگی به پاراکوویروس در همه جای دنیا دیده می شود. پاراکوویروس های انسانی عامل عفونت های مختلف از جمله گاستروانتریت، عفونت های دستگاه تنفسی و بندرت عفونت های دستگاه عصبی مرکزی (انسفالیت، فلج) و ویرمی می باشند (۹۵، ۹۶، ۹۷، ۹۹).
HPEV (پارکوویروس انسانی) اولین بار در طی یک اپیدمی اسهال تابستانی در سال ۱۹۵۶ ایزوله شده بر اساس مطالعات WHO در سالهای ۱۹۶۷ تا ۱۹۷۴، ۶۰ درصد از عفونتهای HPEVدر کودکان کمتر از یک سال دیده می شود و این آمار در مورد سایر اکوویروس ها ۱۵ درصد می باشد )۱۰۹( .در فنلاند یک مطالعه سرواپیدمیولژی بر روی ۱۱۰ مورد عفونت انجام شد و مشخص گردید که ۹۵ درصد نوزادان آلوده دارای آنتی بادی علیه HPEVI هستند در حالیکه تنها ۲۰ درصد از بچه های بین ۲ تا ۱۲ ماهه سرم مثبت می باشند. )۱۱۰( اما درصد افراد سرم مثبت بعد از اولین سال زندگی افزایشی می یابد. بطوریکه ۹۷ درصد از بالغین از لحاظ HPEVI سرم مثبت هستند که در این میان تنها ۳۰ درصد آنها دارای آنتی بادی علیه اکوویروس تیپ ۳۰ (یکی از انتروویروسهای شایع) می باشند. این موضوع دلالت بر شیوع زیاد عفونتهای پاراکوویروس تیپ ۱ انسانی دارد (۱۱۱).
میزان گرفتاری سیستم عصبی مرکزی (CNS) در عفونتهای HPEV حدود ۱۲ درصد است که این میزان کمتر از عفونتهای انتروویروسی می باشد در حالیکه علائم گاستروآنتریت ۲۹ درصد و علائم تنفسی ۲۶ درصد بیشتر دیده می شود (۱۱۰و ۱۱۲). بیشتر عفونتهای HPEV در سنین کودکی و با شیوع فصلی (بیشترین پیک در اواخر تابستان و اوائل بهار) دیده می شود. اسهال مهمترین عارضه کلینیکی در عفونتهای HPEV است که گاهی با علائم تنفسی نیز همراه است. اگر چه گرفتاری CNSدر این بیماران بسیار نادر است ولی مواردی هم از انسفالیت مرتبط با عفونتهای HPEVI گزارش شده است که گاهی اوقات منجر به فلج نیز می شود. عفونت هایHPEVI اغلب با علائم گاستروانتریک همراه می باشند (۹۳ و ۱۱۴).
درسوئدیک پاراکوویروس بنام L junganvirusرا از نژادی از موشهای اروپایی clethrionomysglareolus))ایزوله نمودند (۱۱۵). این ویروس و موش های وابسته به آن در بخش کدکننده پروتئین های کپسیدی خود یک همولوژی با پاراکوویروس ها دارند. بین اسیدهای آمینه پروتئین VP₃در ویروس Ljungan و پاراکوویروس های انسانی حدود ۷۰ درصد تشابه دیده می شود از طرف دیگر ویروس Ljungan واجد یک انتهای آمینی بازی در VP₃می باشد. قبلاً این توالی فقط در پاراکوویروس انسانی مشاهده شده بود. توالی vpo ویروس Ljunganهم به میزان زیادی با پاراکوویروس ها تشابه دارد اگر چه انتهای آمینی آن کوتاه تر است. جداسازی این ویروس در موش دلیلی بر زئونوز بودن ویروس است (۱۱۵ و ۱۱۶).
در گذشته تشخیص آلودگی به پاراکوویروس ها از طریق کشت سلول که وقت گیر بود و آلودگی زیادی ایجاد می گردد صورت می گرفت اما امروزه با تعیین توالی پاراکوویروس ها و بالا رفتن اطلاعات مولکولی و پیشرفت تکنیک های مولکولی با بهره گرفتن از PCR – RT که روشی سریع، حساس و اختصاصی است تشخیص صورت می گیرد (۱۰۷و ۱۰۶و ۱۰۵).
با راه اندازی روش اختصاصی RT – PCR برای تشخیص سریع این ویروس می توان با صرف هزینه و وقت کمتر این ویروس را در نمونه های کلینیکی تشخیص دادو با تشخیص سریع گاستروآنتریت ویروسی از مصرف آنتی بیوتیک بی موردجهت ایجاد مقاومت نسبت به آنتی بیوتیک جلوگیری می شود.
(۲-۱فرضیه:
۱-بین گاستروآنتریت و پاراکوویروس تیپ یک انسانی ارتباط وجود دارد.
۲- می توان به کمک پرایمرهای اختصاصی طراحی شده بر اساس اطلاعات توالی ژنوم پاراکوویروس تیپ یک، این ویروس را از نمونه های کلینیکی کودکان ایرانی مبتلا به گاستروآنتریت جدا نمود.
۳- توالی ژنوم پاراکوویروسی جدا شده از مدفوع کودکان ایرانی با توالی موجود در Gene bank تطابق دارد.
(۳-۱ هداف تحقیق:
۱-اهداف علمی:
جدا کردن سریع پاراکوویروس انسانی از نمونه های کلینیکی به روش RT- PCR
۲- کاربردی:
با صرف هزینه و وقت کمتر این ویروس ر ا در نمونه های کلینیکی می توان تشخیص داد و با تشخیص سریع گاستروآنتریت ویروسی از مصرف آنتی بیوتیک بی مورد جهت جلوگیری از مقاومت جلوگیری می شود.
(۴-۱ضرورت انجام تحقیق:

محتوای فعال :

هرگاه محتوای برنامه درسی به گونه ای ارائه گردد که یاد گیرنده را با محتوای داده شده درگیر سازد . یعنی اولا سعی کند یادگیرنده را وا دار به استفاده از تجربیات قبلی خود نماید ثانیا او را به تجزیه و تحلیل ارائه شده وادار کند . (موسی پور ،۱۳۸۲،ص۱۲۷)

محتوای غیر فعال:

هرگاه اطلاعات و معلومات جدید به شکل مشخص و کاملا آماده در اختیار نتیجه یادگیرنده قرارگیرد دانش آموزان به حفظ کردن آنها قنا عت خواهند کرد و در نتیجه دانش آموزان نقش فعالی در جریان یادگیری ندارد . (موسی پور ، ۱۳۸۲ ، ص۱۲۷)

ضریب درگیری :

ضریب درگیری شاخص است که میزان فعالیت دانش آموزان در فرایند یادگیری از محتوای کتاب درسی را محاسبه می کند . این ضریب که از تقسیم مقوله های فعال بر مقوله های غیر فعال بدست می آید ، عددی است بین صفر و بی نهایت اما میزان و مقدار مطلوب آن از نظر ویلیام رومی بین ۰٫۴ تا۵/۱ متغیر است.
برنامه درسی عملیاتی منظور برنامه درسی تدوین شده توسط برنامه ریزان و تالیف و تدوین کتابهای درسی در مقطع ابتدایی می باشد.

فصل دوم

ادبیات و پیشینه تحقیق

مقدمه :

یکی از ویژگی های بارز انسان ، کنجکاوی است که از دوران کودکی تا پایان عمر ، همواره او را به سوی دانستن و کشف حقایق و پرده برداری از محصولات سوق می دهد . این نیروی درونی تکاپوی انسان را برای کسب « علم » و گریز از « جهل » افزایش می دهد . آنچه امروزه از دانش بشری در شاخه ها و ریشه های گوناگون در دسترس ماست حاصل تلاش انسان های گذشته در اثر همین نیروی درونی خدادادی و فطری است و بی تردید بسیاری از مطالبی را که تاکنون برای ما مجهول است ، نسل های کنجکاو آینده با توجه به همین ویژگی سرشتی کشف خواهند کرد .بدیهی است بخشی از دانش امروز بشر ، که حاصل مطالعه و جست و جوی او در جهت شناخت جهان مادی و نظام ها و قوانین آن است « علوم تجربی »نامیده می شود بیشتر برای کشف و شناخت جهان مادی ، بیشتر از ابزارهای حسی خود استفاده می کنند . بر این اساس انسان برای توسعه و تقویت حوزه عمل حواس خود به ساخت دستگاه های گوناگون و دقیق دست زده است ساخت و تولید ابزارهای گوناگون ، توانایی انسان را بروی کشف رازهای جهان طبیعت افزایش می دهد و زندگی او را متحول می سازد .

مجموعه ی فعالیت های منظم که از تعیین هدف شروع می شود و با انتخاب روش ها و وسایل متناسب با هدف ادامه پیدا می کند و سپس به اجرا در می آید و ارزشیابی می شود برنامه ریزی گفته می شود . ( ملکی ، ۱۳۸۰ ، ص ۱۲ ) .
طرحی جهت آماده نمودن مجموعه ای از فرصتهای یادگیری برای افراد تحت تعلیم می باشد ( گالن سیلور ،خوی نژاد ۱۳۷۶ ، ص ۴۰ ) .
کلیه اطلاعات ، دانش و مفاهیم و نگرش هایی که در کتاب به یاد گیرنده ارائه می گردد . به عبارت دیگر مجموعه ی دانش سازمان یافته و اندوخته شده ، اصطلاحات ، اطلاعات ، واقعیات ، قوانین ، اصول ، روش ها ، مفاهیم ، تعمیم ها ،پدیده ها و مسائل مربوط به همان ماده درسی است ( فتحی و اجاره گاه ۱۳۷۷ ، ص ۱۱۷ ) .
در این پژوهش منظور از محتوا کلیه تصاویر ، پرسشها و متن کتاب درس علوم می باشد که از طریق آنها مفاهیم و اطلاعات مورد نظر دانش آموز ارائه می گردد .
هر گاه محتوای برنامه درسی به گونه ای ارائه گردد که یاد گیرنده را با محتوای داده شده درگیر سازد . یعنی اولا سعی کند یادگیرنده را وادار به استفاده از تجربیات قبلی خود نماید و ثانیا او را به تجزیه و تحلیل مطالب ارائه شده وادار کند . ( موسی پور ، ۱۳۸۲ ، ص ۱۲۷ ) .
هر گاه اطلاعات و معلومات جدید به شکل مشخص و کاملا آماده در اختیار یاد گیرنده قرار گیرد ، دانش آموز به حفظ کردن آنها قناعت خواهد کرد و در نتیجه دانش آموزان نقش فعالی در جریان یادگیری ندارند ( همان منبع ، ص ۱۷۲ ) .
یک روش پژوهش منظم برای توصیف عینی و کمی محتوای کتابهای و مقنون برنامه درسی و یا مقایسه پیام ها و ساختار محتوا با اهداف برنامه درسی می باشد . ( یار محمدیان ، ۱۳۷۷ ، ص ۱۵۰ ) .
برنامه درسی
در بحث از فرایند « برنامه درسی » از مراحل مختلف سخن گفته می شود این مراحل تقریبا همان عناصری هستند که توسط « رالف تایلر ^[۱]» در سال ۱۹۴۹ بیان شده و شامل « هدف ^[۲]» ، «محتوا ^[۳]» و « روش^[۴] » و « ارزشیابی^[۵]» می باشند (طالعی فرد۱۳۸۳،ص۵۷).
از آنجایی که بررسی تمام عوامل برنامه ریزی درسی سیستم برنامه ریزی در آموزش و پرورش کشور ایران متمرکز است و محتوای کتابهای علوم در نظام آموزشی از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، بنابراین در این تحقیق آنچه که بیشتر مورد نظر پژوهشگر است ارائه نمودن پیشنهاداتی ، به کارشناسان و مولفان کتابهای درسی علوم تجربی دوره ابتدایی در زمینه تحلیل محتوای کتابها مربوط می باشد.بدیهی است مساله انتخاب مطالب علمی برای برنامه ی علوم در دوره ابتدایی همواره دشوار بوده است زیرا علوم شامل ان چنان دامنه وسیعی از دانش است که فراگیری همه آن ، حتی در طول تمام عمر برای هیچ کس امکان پذیر نیست.
لذا مساله مهم در انتخاب مطالب علمی برای تدریس علوم دوره ابتدایی موضوع کیفیت است نه کمیت ، پس علوم را نباید به منزله فهرستی غیر قابل تغییر از واقعیت ها ، مفاهیم و اصولی پنداشت که باید با از بر کردن یاد گرفته شود ، بلکه علوم ترکیبی از یادگیری مطالب ، مهارتها و خلاقیت ها می باشد(همان منبع،ص۵۷).
بنابراین یکی از عواملی که در جریان آموزش و پرورش و شکوفایی خلاقیت ذهنی دانش آموزان نقش بازی می کند محتوای کتابهای درسی و پرسشها و تکالیف و فعالیتهای یادگیری چاپ شده و مطلوب است در صورتی که کتابهای درسی اولا با توجه به یافته های علمی روز و ثانیا با شیوه فعال تدوین و تالیف گردند موجبات خلاقیت دانش آموزان و ثمربخشی و سوددهی برنامه درسی می گردد .
تعریف یادگیری فعال
از یادگیری فعال تعاریف مختلفی شده است بالدوین^[۶] یادگیری فعال را این گونه تعریف می کند
« یادگیری فعال » یادگیری اثربخشی است که فراگیرنده به طور فعال در عمل یادگیری درگیر
می شود و عمل یادگیری در کنترل خوداو. Baldwinandwilliams , 1988.p:4
^[۷] منصور معتقد است، « روش های فعال روش هایی هستند که فعالیتهای کودک را در رابطه
با نیازهای عمومی وی بر می انگیزند »(نصر الهی گسیل ، ۱۳۷۳، ص ۴۲).
دیویی ۱۸۹۶- ۱۹۵۲ ) ( نیز یادگیری را نوعی تجربه فعال توسط یادگیرنده می داند ، اوبه
جای یادگیری از طریق کتاب و معلم ، یادگیری از طریق تجربه و به جای کسب مهارتها و
فنون مجرد و صرف به وسیله تمرین ، کسب آنها به عنوان وسیله ای برای نیل به اهداف
حیاتی و لازم و به جای ارائه مطالب انتزاعی به دانش آموز آماده نمودن او برای دنیای در
حال تغییر را توصیه می کند( دیویی – جان ،میرحسنی۱۳۶۹ ص ۱۸).
به هر حال مزایای مشترک روش های فعال یادگیری به طور خلاصه عبارتند از :
۱ ـ یادگیرنده را به طور فعال در فرایند یادگیری درگیر می نماید(همان منبع،ص۱۸).
۲ ـ فرایند یادگیری را از علایق و خواسته ها و ادراکات یادگیرنده آغاز می نماید.
۳ ـ تجارب یادگیری را به گونه ای سازمان می دهد که به یادگیرنده در روشن سازی و بیان نیازها کمک کند .
۴ ـ کتاب درسی ، معلم ، آموزش و همه عوامل خارجی به عنوان تسهیل کننده یادگیری محسوب می شوند.
۵ ـ مبتنی بودن یادگیری بر تجارب فراگیرنده نماید (دیویی – جان ،میرحسنی۱۳۶۹ ص۱۴).
۶ ـ استقلال و اعتماد به نفس یادگیرنده را افزایش می دهد .
۷ ـ تبدیل نمودن فرایند یادگیری به فرایند رشد و تکامل.
۸ ـ معنا دار بودن و پایداری دانش فراگرفته شده .
۹ ـ تمهید زیرساخت رشد و بالندگی علمی کشور : احیا مجد و عظمت از دست رفته کشور و گام برداشتن در مسیر ترقی و کمال به گونه ای که تضمین کننده جایگاه رفیع ایران به عنوان یک کشور پیشتاز در عرصه پیشرفتهای علمی باشد بیش از هر چیز در گرو سوق دادن برنامه های درسی و جریان یاددهی ـ یادگیری به سمت فعال بودن یادگیری است .شاخص های موجود از وجود یک رابطه مستقیم میان اهتمام جوامع مختلف به پژوهش های علمی و رشد و بالندگی آنها در عرصه علوم و تکنولوژی دارد (عبدالسلام،ملکی۱۳۶۹،ص۳۲).
عطف توجه به پژوهش نیز بدون تردید ارتباط زیادی با میزان گسترش روحیه پژوهشی و توان کشف در جامعه داشته است که پشتوانه این نیروی پژوهشی فعال نمودن یادگیرندگان می باشد.

شیوه های ارائه محتوای کتاب های درسی

محتوای برنامه درسی از نظر نوع تاثیری که بر یادگیرنده می نهد ممکن است جهت کاملا متفاوت را ورپیش گیرد ، از طرفی محتوای برنامه درسی می تواند یادگیرنده را برای تفکر و تعقل بر مسائل آماده کند و از طرف دیگر می تواند او را حفظ کردن مطالب عادت دهد ( موسی پور ، ۱۳۸۲ ، ص ۱۲۶ ) .
بنابراین نحوه ارائه محتوا عامل مهمی در میزان یادگیری و نیز چگونگی یادگیری است ، یادگیری در نتیجه رفتار فعال یادگیری انجام می گیرد ( تایلر،تقی ورظهیر ۱۳۷۷ ، ص ۷۸ ) .
بر این اساس از دو نوع شیوه ارائه محتوای برنامه درسی می توان سخن گفت :

جزئیات پیاده­سازی الگوریتم
روش­های مبتنی بر برش­های گراف، به عنوان روش­هایی تعاملی و مبتنی بر تعیین نقاط شروع شناخته می­شوند، همانند الگوریتم هوشمند سیزرز، برش­های گراف تصویر را همانند گراف فرض می­ کنند که تفاوت مقدار پیکسل­ها به کمک وزن­دهی مشخص می­ شود. در این روش­ها کاربر نقاط پس­زمینه و پیش­زمینه را تا حدودی علامت گذاری می­ کند، سپس تصویر تحلیل می­ شود تا وزن­های کمینه بدست آیند. مزیت این روش­ها تولید تقطیع دلخواه از تصویر به کمک دخالت کافی کاربر و توسعه روش به فضای سه بعدی است. روش برش­های گرافی محدودیت­هایی دارد که به منظور رفع آن­ها روش­های جدیدی ارائه شده است. ممکن است برش­های گراف کوچک و تعداد آن­ها زیاد شود که سرعت روش را پایین می ­آورد. قبل از اعمال الگوریتم تحلیل گراف، تغییراتی در گراف بوجود می ­آید تا برش­های گراف بزرگتر شوند. در واقع تعداد رئوس گراف کاهش پیدا می­ کند. همچنین برای تقطیع رنگی تصاویر به کمک روش برش­های گراف یک واسطه کاربر به الگوریتم اضافه می­ شود تا کاربر دور شی مورد نظر پنجره­ای رسم کند و از مدل رنگ برای مشخص کردن تعدادی از نقاط شروع در پیش­زمینه استفاده کند. رسم پنجره میزان دخالت کاربر را در تقطیع تصویر کم می­ کند و استفاده از مدل رنگ به تقطیع تصویر رنگی کمک می­ کند هر چند باعث افزایش بار محاسباتی الگوریتم می­ شود.

الگوریتم افراز گراف از پیمایش­های تصادفی استفاده می­ کند بطوریکه زمان­های برخورد از کلیه رئوس به راس مورد نظر محاسبه می­شوند سپس مقادیر زمان­ها آستانه­گذاری می­ شود بطوریکه ویژگی­های دلخواه برای افراز بوجود آید. از این روش اخیرا برای تقطیع تصویر استفاده شده است. در این روش راس دلخواه تصادفی انتخاب می­ شود و افراز بصورت بازگشتی انجام می­ شود و افراز بصورت بازگشتی انجام می­ شود تا زمانیکه از یک معیار سنجش کیفیت افراز نقض شود (۷۷).
۳-۴-۱) وزن یال­ها
شرح کامل الگوریتم را با توصیف دقیق گراف آغاز می­کنیم. گراف شامل رئوس و یالهاست بطوریکه هر یال به دو راس متصل است. در گراف وزن­دار هر یال دارای وزنی مشخص می­باشد. درجه هر راس برابر مجموع وزن یال­های متصل به آن راس می­باشد. وزن کلیه یال­ها در گراف مورد نظر مثبت است. همچنین گراف متصل و یال­ها بدون جهت هستند.
برای نمایش تصویر توسط پیمایش­گر تصادفی باید تابعی تعریف کنیم که تغییر مقادیر پیکسل­ها در تصویر را با وزن یال­ها مرتبط سازد. استفاده از این نوع توابع از ویژگی­های الگوریتم­های مبتنی بر گراف است. در الگوریتم پیمایشگر تصادفی از وزن گوسی استفاده شده است.
( ۳-۳)
که g_i مقدار پیکسل در پیکسل i را مشخص می­ کند. مقدار β تنها پارامتر آزاد الگوریتم را مشخص می­ کند. بهتر است که معادله بالا قبل از استفاده نرمال­سازی شود. همچنین این معادله می ­تواند به منظور استفاده از اطلاعات بافت، ضرایب فیلتر و مشخصه­های تصویر ویرایش شود.
۳-۴-۲- مسئله دیریکله ترکیبی
در مقدمه عنوان کردیم که حل مسئله دیریکله ترکیبی برابر با احتمال­های پیمایشگر تصادفی دلخواه است. در این بخش نحوه یافتن حل مسئله دیریکله را مرور می­کنیم. انتگرال دیریکله شامل فیلد U و ناحیه امگا است که مرتبط با انتقال گرما، الکتروستاتیک و پیمایش­های تصادفی می­باشد. یک تابع هارمونیک تابعی است که معادله لاپلاس را ارضا کند . مسئله دیریکله در واقع یافتن یک تابع هارمونیک است که شرایط مرزی را ارضا می­ کند. تابع هارمونیک که شرایط مرزی را ارضا کند انتگرال دیریکله را کمینه می­ کند چرا که معادله لاپلاس معادله اویلر- لاگرانژ برای انتگرال دیریکله است. سپس ماتریس ترکیبی لاپلاس و ماتریس رویداد راس-یال تعریف می­ شود.
۳-۴-۳- قیاس مداری
همانطور که توضیح داده شد می­توان به کمک مدارهای الکتریکی رفتار پیمایشگر تصادفی را شبیه­سازی کرد. همانطور که در تصویر ۱-۳ نشان داده شده است، می­توان مساله را به کمک مدار، شبیه­سازی کرد. سه اصل مهم در تئوری مدار شامل قانون اهم، ولت و کیرشهف را در نظر بگیرید:
(۳-۴) قانون جریان کیرشهف
(۳-۵) قانون اهم
(۳-۶) قانون ولتاژ کیرشهف
این سه معادله را می توان در یک سیستم خطی ترکیب کرد:
(۳-۷)
۳-۴-۴- ارتباط روش با فرایند انتشار در بینایی ماشین
در بینایی ماشین عمل انتشار را می­توان به کمک پیمایش­های تصادفی توصیف کرد. در این بخش ارتباط بین فرایند انتشار و روش کنونی را بررسی می­کنیم. تفاوت اصلی بین معادله انتشار و معادله لاپلاس این است که انتشار یک فرایند انتقال در زمان را نشان می­دهد در حالیکه معادله لاپلاس یک توزیع حالت پایدار را توصیف می­ کند. علی­رغم شباهت ریاضی معادلات لاپلاس با معادلات انتشار این دو الگوریتم با هم تفاوت زیادی دارند. بویژه فرایند انتشار معمولا بصورت یک الگوریتم بهبود تصویر به کار می­رود بطوریکه مقادیرخاکستری اولیه پیکسل­های تصویر به عنوان شرایط اولیه مسئله در نظر گرفته می­شوند و حل مسئله بعد از طی بازه زمانی از پیش تعیین شده متوقف می­ شود. در مقابل در این تحقیق یک الگوریتم تقطیع مبتنی بر نقاط شروع توصیف می­ شود که از شرایط اولیه استفاده نمی­کند بلکه برای مشخص کردن مرزها از توزیع حالت پایدار پتانسیل­ها استفاده می­ کند. درالگوریتم پیمایش تصادفی برای تحلیل تصویر بدنبال یافتن وزن­های کمینه هستیم.
اگر xi احتمال پیکسل i مربوط به پیش زمینه (متعلق به دو بطن راست یا چپ) ، بخش­بندی بطن چپ و راست می­توانند با به حداقل رساندن تابع هزینه بصورت زیر باشد:
(فرمول ۳-۸)
(۳-۹)
کهβ مقدار ثابت مثبت می­باشد، x_i وx_j احتمال پیکسل i و j هستند و در فرمول شماره ۲ مقدار w_ij برابر صفر خواهد بود زمانیکه پیکسل­ها متصل نباشند. ما بدنبال مینیمم­کردن تابع هزینه هستیم، پیکسل­هایی که از شدت روشنایی یکسان برخوردارند از احتمال­های یکسانی هم برخوردار خواهند بود و در این صورت وزن هم در فرمول ۲ بزرگ خواهد بود و اگر وزن در فرمول ۲ بزرگ باشد بنابراین زمانی فرمول ۱ مینیمم خواهد بود که ترم کوچک باشد و احتمال پیکسل­ها شبیه هم باشد.
تابع هزینه در فرمول ۳-۸ با حل معادله خطی ۳-۱۰ می تواند بهینه شود.
(۳- ۱۰)
که x_u احتمال مجهول پیکسل­هایی است که برچسب­دار نشده­اند (وضعیت پیش­زمینه یا پس­زمینه بودنشان هنوز مشخص نشده است) و x_M پیکسل­هایی هستند که توسط کاربر تعیین وضعیت شده ­اند و این احتمال برابر ۱ است اگرمربوط به بطن­ها باشد و اگر ناحیه مربوط به پس­زمینه باشد احتمال برابر ۰ خواهد شد.
بردارهای b_Uو b_Mاحتمال آن­ها از قبل برای تصویر باینری (b) تعریف شده است.
ماتریس­های A , L وΩ ماتریس های تنک هستند و طبق فرمول­های زیر تعریف شده اند.
(۳-۱۱)
(۳-۱۲)
(۳-۱۳)
تمام پیکسل­های تصویر در دو دسته قرار می­گیرند، پیکسل­های­برچسب­گذاری شده (نقاطی که توسط کاربر برچسب گذاری شده ­اند) و پیکسل­هایی که بدون برچسبند. پس کلیه نقاط تصویر را می­توان بصورت XT=[] نوشت که با جایگذاری در فرمول شماره ۳-۱۰ خواهیم داشت:
(۳-۱۴ )
فرمول شماره ۳-۱۴ همان فرمول پیمایش تصادفی می­باشد و ما بدنبال بهینه کردن E(X)هستیم که با حل E(X_U) از طریق معادله خطی اویلر لاگرانژ مقدار بهینه بدست می ­آید.
(۳-۱۵)
ماتریس L تنک و غیر صفر می­باشد که بسته به نوع انتخاب شبکه و اتصال گره­ها (اتصال ۴ تایی، ۵ تایی، ۸ تایی، و ۲۹ تایی) میزان تنک بودن و نویز کم یا زیاد خواهد شد. در این تحقیق از اتصال ۴ تایی استفاده کرده­ایم.
۳-۴-۵- روش پیمایش تصادفی بهبود داده شده
در روش پیمایش تصادفی که در این تحقیق ارائه شده است تغییراتی ایجاد شده است که باعث بهبود عملکرد این روش می­ شود ، که عبارتند از :
برچسب گذاری اولیه پیکسل­ها به صورت خودکار
ارائه تابع وزن جدید برای یال­ها
همانطور که در بخش ۳-۳ گفته شد از طریق بخش بندی با روش PSO برچسب گذاری اولیه پیکسل­ها به صورت خودکار انجام شد.
در این تحقیق برای بهبودعملکرد روش پیمایش تصادفی نسبت به نوع قدیمی آن تابع وزن جدیدی معرفی شده است . تابع وزن عبارت است از:
(۳-۱۶)
که در آن g_i و g_j شدت روشنایی پیکسل­های j , i و dist عبارت است از فاصله بین دو پیکسل j,i.
امتیاز تابع (۳-۱۶) این است که علاوه بر اینکه اختلاف شدت روشنایی دو پیکسل را محاسبه می­ کند. فاصله دو پیکسل نیز در تابع وزن به حساب می اید که تابع وزن یک نسبت معکوس با فاصله دو پیکسل دارد با توجه به این نکته که قرار گرفتن دو پیکسل با فاصله بیشتر از یکدیگر، احتمال یک تغییر در شدت روشنایی را افزایش می­دهد. فاصله­ای که در این تحقیق استفاده شده فاصله اقلیدسی^[۴۰] می­باشد.
۳-۴-۶- خلاصه الگوریتم
مراحل زیر بطور خلاصه الگوریتم مورد نظر را ارائه می­ دهند:
به کمک (۳-۱۶) مقادیر و فاصله­های تصویر را به وزن یال­ها در لاتیس نگاشت کن.

۵۲/۱۴

۶۴/۱۱

۲۷/۱۴

۳۸/۱۴

SBC

۲۶/۱۱

۹۶/۱۱

۷۲/۱۴

۸۷/۱۱

۵۱/۱۴

۶۵/۱۴

مأخذ: محاسبات تحقیق
با توجه به بررسی‌های صورت گرفته، نتایج آماره‌های AIC و SBC نشان می‌دهد که بهترین مدل GARCH، مدل GARCH از مرتبه‌ی (۱و۰) می‌باشد.
پس از طی مراحل فوق، نااطمینانی نرخ ارز مدل‌بندی شده و به عنوان یک متغیر کمّی و مؤثر بر رشد اقتصادی، معرفی می‌شود.
نمودار انحراف استاندارد شرطی جملات اخلال معادله رفتاری متغیر نرخ ارز که معرّف متغیر نااطمینانی نرخ ارز می‌باشد به صورت شکل(۴-۱) است:
شکل ‏۴‑ ۱ نااطمینانی نرخ ارز
مأخذ: محاسبات تحقیق

معیارهای ارزیابی

در اینجا لازم است که پیش از به کارگیری روش شبکه عصبی مصنوعی، معیارهای ارزیابی آزمون، بیان شود. برای ارزیابی روش‌ مورد استفاده، می‌توان از معیارهایی همچون ضریب همبستگی®، ضریب تعیین()، جذر میانگین مربعات خطا(RMSE) و میانگین مربعات خطا(MSE) استفاده کرد:

(‏۴‑ ۲)

(‏۴‑ ۳)

که مقدار مشاهده شده در دوره(سال) iام، مقدار محاسبه شده در همان دوره(سال)، N تعداد سال‌ها و میانگین مقادیر مشاهداتی می‌باشد. کم بودن مقدار RMSE و میانگین مربعات خطا و بالا بودن ضریب همبستگی می‌تواند دقت هر روش در مقایسه با روش دیگر را نشان دهد.

نتایج شبکه‌‌ی عصبی مصنوعی

شبکه‌ی عصبی مصنوعی بر اساس یادگیری روند موجود در بین متغیرهای مستقل حاضر در مدل که مقادیر متغیر وابسته را نتیجه داده‌اند، عمل می‌کند. لذا شبکه با توجه به رابطه‌ی موجود در داده‌های ورودی و خروجی شبکه، آموزش می‌بیند. پس از آموزش مناسب شبکه، می‌توان از شبکه آموزش دیده برای محاسبه‌ی مقادیر جدید و مشاهده نشده برای متغیر وابسته‌ی حاضر در مدل با لحاظ مقادیر جدید برای متغیرهای توضیحی، استفاده کرد.
همان‌طور که در فصل قبل بیان شد در ابتدا باید یک شبکه عصبی مناسب در نظر گرفته شود. برای این منظور بایستی به بررسی ورودی‌ها و خروجی‌های ضروری و تشکیل لایه‌ها و تعداد نرون‌های مورد نیاز در هر لایه، پرداخته شود. برای این منظور متغیرهای نااطمینانی نرخ ارز، تشکیل سرمایه ناخالص داخلی، نرخ رشد جمعیت و نرخ رشد رابطه‌ی مبادله‌ی بازرگانی به عنوان ورودی شبکه و رشد اقتصادی به عنوان خروجی مطلوب شبکه، بر اساس داده‌های سری زمانی به شبکه معرفی می‌شوند.

تقسیم بندی داده‌ها

داده‌های ورودی و خروجی به سه دسته‌ی آموزشی، آزمون و اعتبارسنجی تقسیم می‌شوند. تعداد داده‌ها در هر دسته توسط کاربر و با توجه به نتایج و اهداف تحقیق مشخص می‌شود. معمولاً حدود ۷۰ درصد داده‌ها برای آموزش شبکه، ۱۵ درصد برای آزمون شبکه و ۱۵ درصد دیگر برای اعتبار سنجی شبکه به کارگرفته می‌شوند.

طراحی شبکه

نرمال کردن داده‌ها

برای استفاده از شبکه‌ی ‌عصبی مصنوعی وارد کردن داده‌ها به صورت واقعی و خام باعث کاهش سرعت و دقت شبکه می‌شود. برای جلوگیری از چنین وضعیتی و به منظور یکسان‌سازی ارزش داده‌ها برای شبکه، داده‌ها را به صورت نرمال شده وارد می‌کنند. این عمل در واقع به معنی تغییر مقیاس داده‌ها(که دارای حداکثر مقدار b و حداقل مقدار a هستند) می‌باشد. لذا در این تحقیق تمامی داده‌های مورد استفاده قبل از معرفی به شبکه، نرمال می‌شوند.
تابع نرمال‌سازی بین[-n,n] :

(۳-۳)

که در آن،  مجموعه ای از متغیر­های طراحی است و  پاسخ بهینه است که در این مسئله کمینه­سازی، کمترین مقدار تابع را بدست می­دهد.
۳-۲-۲ تعاریف و مفاهیم بهینه­سازی چند هدفه
بهینه­سازی چند هدفه، یکی از زمینه ­های بسیار فعال و پر کاربرد تحقیقاتی در میان مباحث بهینه­سازی است. غالبا بهینه سازی چند هدفه به نام­های بهینه­سازی چند معیاره^[۳۹] یا بهینه سازی برداری^[۴۰] نیز شناخته می­ شود.
در مسائل بهینه سازی چند هدفه به دنبال یافتن بردار طراحی هستیم که به کمک آن بتوان  تابع هدف  را تحت  قید نامساوی و  قید مساوی بطور همزمان بهینه نمود. صورت استاندارد این نوع مسائل بصورت زیر است]۶۴:[

(۳-۴)

با در نظر گرفتن قیود زیر:

(۳-۵)

(۳-۶)

که در آن  بردار متغیر­های طراحی،
توابع هدف و  توابع قیود مسئله می­باشند. بدون از دست دادن کلیت مسئله می­توان فرض کرد که تمامی توابع می­بایست به طور هم زمان کمینه گردند. در این صورت تابعی که باید بیشینه گردد، با رابطه  ، به تابعی که باید کمینه گردد تبدیل می­ شود. این مسئله کمینه سازی چند هدفه، با تعاریف زیر شناخته می شوند]۲۸و۲۹[
تعریف بردار برتر^[۴۱] : بردارهای  را در نظر بگیرید. بردار  برتر (غالب) بر بردار  است اگر وتنها اگر
وبرتری آن به صورت  نشان داده می­ شود. شکل ۳-۱ برتری نقطه نسبت به سایر نقاط را نشان می­دهد.

a

شکل۳-۱: مفهوم برتری در فضای دو هدفی،ذرهa بر بقیه ذرات برتری دارد.

تعریف بردار غیر برتر^[۴۲] : بردار متغیر­های طراحی  را در مقایسه با  غیر برتر گویند، اگر هیچ  وجود نداشته باشد بطوری که  .
تعریف پارتو بهینه^[۴۳] : بردار متغیرهای طراحی  (Ƒ ناحیه ممکن) را پارتو بهینه گویند. اگر این بردار با در با درنظر گرفتن Ƒ غیربرتر باشد.
تعریف مجموعه بهینه پارتو^[۴۴] : مجموعه بهینه پارتو به صورت زیر تعریف می شود.