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形态学

形态学是用来特指一门专门研究生物形式的本质的学科。这门形态学同那种把有机体的生物分解成各个单元的解剖学不同,不是只注重部分的微观分析而忽略了总体上的联系,相反它要求把生命形式当作有机的系统看待形态学的方法,一方面是对接受研究中的历史学方法的补充,另方面是对比较文学的文学性的继续关注。

形态学(英语morphology,德语morphologie )的范畴来自希腊语morphe,歌德在自己的生物学研究中倡导得最早,歌德由于不满意自然科学中过分的理性分析倾向,才有这样的规划与设想。当然,由于历史条件的局限,歌德所说的形态学,在正确地反对机械的科学主义的同时,也多少带有新柏拉图主义的神秘因素在内。到20世纪中叶,先后有两位德国学者把形态学引进了文学研究,他们是G.穆勒和H.欧佩尔。

但这一术语在生物学方面发展至今,意义与歌德的初衷已发生了改变。作为生物学的主要分支学科,其目的是描述生物的形态和研究其规律性,且往往是与以机能为研究对象的生理学相对应。广义地来说,它包括研究细胞阶段形态的细胞学的大部分,以及探讨个体发生过程的发生学。狭义的形态学主要是研究生物的成年个体的外形和器官构造(解剖学、组织学和器官学)。从方法论上来讲,它分为重视器官和机能关系的生理形态学,以及重点放在比较研究上的比较形态学以至系统形态学和实验形态学或因果形态学(Causal morphology)。

形态学方法被正式命名为“形态文艺学”(morphologisch Literaturwissenschaft ),这是关于文艺学的基础理论研究,其中心观点,认为诗的“构形”(Gestalt)是有机组成的大自然的“现象”(Erscheinung);诗是“构形的整体”(Gestaltganzes),也即是有生命力的有机体,它通过和自然同等的创造力这样一个构形性的中介组成整体。总体构形中的每一个别要素与层次,组成诗的艺术品,则被视为这一整体构形的“变型”(Metamorphose)。

在植物学的领域中,形态学是18世纪后半期根据沃尔夫(C.F.Wo-lff)的叶和花有同一起源的论点作基础的,1827年坎道列(A.P.de Candolle)创立了器官学。1851年,霍夫麦斯特(W.Hofmeister)根据生殖器官学和世代交替,确定了羊齿类和裸子植物在比较形态学上的位置,以后形态学的成果更增多,19世纪的后半期,由于巴里(H.A.de Bary)的组织学高等植物内部组织的研究),蒂格享(Van Tieg-hem)的系统组织学(中柱学说的提出和讨论),戈贝耳(K.E.Goebel)的器官学(整个植物的组织及器官的比较研究),植物形态学已基本建立起来了。

到20世纪以后,对低等植物形态的描述,特别是对生殖过程和生活史的了解更多了;同时通过对生长点的实验,对形态结构的形成问题继续受到了重视。

在动物学领域中,从18世纪后半期到19世纪初,出现了与形态学对立的居维埃(G.L.Cuvier)的生理(机能的)形态学和杰弗洛、圣-希拉利(E.Geoffroy、Saint-Hilaire)等的纯形态学(德reine Morpho-logie),后者对形态似平赋予抽象的意义特征,和比较形态学的关系较深,而且与自然哲学的生物学近似之处较多。19世纪,具有发生学内容的动物形态学,有强烈的比较形态学的倾向,它所积累的资料,对进化论的建立作出了贡献。在动物学方面,由于发生学很早就从解剖学分出成为一个独立的学科,所以,后来形态学的发展应该从它的每个分支学科来看。在19世纪末以后,开始努力将实验方法应用到既是描述的又是进化论的形态学上,从而产生了实验形态学。进入20世纪以后,由于外科手术和组织培养方法等的实验形态学技术的发展,研究形态形成过程及其机制的发生形态学(developmental morphology)进入兴盛时期。而且,随着光学显微镜的精密化和相差显微镜的应用等,使形态学的研究扩展到微观世界,同时电子显微镜应用于生物学的研究,有可能直接获得机体的高分子构造

经过别的学者的共同探讨,形态学方法现今立足在现象学原理和构形论思想的基础上。

语言学

研究词语内部结构和词语构成规则的语法分支。通常被分为两部分研究曲折性的和研究构词的。

数学形态学(Mathematical morphology) 是一门建立在格论拓扑学基础之上的图像分析学科,是数学形态学图像处理的基本理论。其基本的运算包括:二值腐蚀和膨胀、二值开闭运算、骨架抽取、极限腐蚀、击中击不中变换、形态学梯度、Top-hat变换、颗粒分析、流域变换、灰值腐蚀和膨胀、灰值开闭运算、灰值形态学梯度等。

膨胀 dilation

考虑两幅二值图像A,B。它们的前景用黑色,背景用白色。另fA和fB表示各自前景点的集合。定义膨胀运算为:dilation(A,B) = {a+b| a∈A,b∈B}。比如: A = {(2,8),(3,6),(4,4),(5,6),(6,4),(7,6),(8,8)} B = {(0,0),(0,1)} dilation(A,B) = {(2,7),(2,8),(3,5),(3,6),(4,3),(4,4),(5,5),(5,6),(6,3),(6,4),(7,5),(7,6),(8,7),(8,8)}

腐蚀 erosion

同样考虑两幅图像A,B。定义腐蚀运算为: erosion(A,B) = {a|(a+b)∈A, a∈A,b∈B}.

膨胀腐蚀运算的性质

交换律 dilation(A,B) = dilation(B,A) 结合律 dilation(dilation(A,B),C) = dilation(A,dilation(B,C)) 并集 dilation(A,B∪C) = dilation(A,B)∪dilation(A,C) 增长性 if A blongs to B then dilation(A,K) blongs to dilation(B,K)

历史

数学形态学诞生于1964年,由当时法国巴黎矿业学院的马瑟荣(G. Matheron)和赛拉(J. Serra)两人共同奠定了其理论基础。1968年4月法国枫丹白露数学形态学研究中心成立,巴黎矿业学院为中心提供了研究基地。

20世纪数学形态学的发展过程可大致分为:

60年代的孕育和形成期

70年代的充实和发展期

80年代的成熟和对外开放期

90年代至今的扩展期

形态学是研究动植物形态(form)的科学。它在生物学的理论框架中究竟占有什么位置一直有争议,而且在一定意义上来说,将来也会如此。值得十分注意的是,从18世纪晚期开始经常有人试图建立一种多少与生物学脱离的“纯粹形态学”(puremorphology),也就是生物学家、数学家和艺术家都同样爱好的一门科学。只有了解了形态学这个词常被人们用来表示一些互相无关甚至十分不同的事态发展后才有可能理解形态学的复杂历史。

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