一种三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法与流程

技术特征：
1.一种三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，在生成域中随机生成一根纳米线，并记录该纳米线的各类坐标参数；步骤2，利用kd
‑
tree算法查找步骤1生成的纳米线临近的其它纳米线，判断它们是否贯穿，若贯穿，则回到步骤1，若不贯穿，则进行步骤3；步骤3，将步骤1生成的纳米线插入到存储着所有已生成的纳米线的kd
‑
tree中，并利用替罪羊树的重构思想进行kd
‑
tree结构的优化；步骤4，反复执行步骤1
‑
3，直到生成纳米线的体积分数达到预定要求；步骤5，利用并查集，求解纳米线网络的导通情况。2.根据权利要求1所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述步骤1中，纳米线的各类坐标参数包括：纳米线的两个端点的空间坐标、纳米线中点的空间坐标、纳米线的序号、包围纳米线的包围盒的六个平面的信息。3.根据权利要求2所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述包围纳米线的包围盒的六个平面的信息为：将纳米线的两个端点坐标，共六个分量(x1,x2,y1,y2,z1,z2)根据数值关系整理成(x
min
,x
max
,y
min
,y
max
,z
min
,z
max
)的形式，则包围盒可以用一个六元组(x
min
‑
c,x
max
c,y
min
‑
c,y
max
c,z
min
‑
c,z
max
c)来表示，其中c是一个表示距离的常数，一般取纳米线发生隧穿的隧道效应特征距离的一半；x
min
‑
c即代表了平面x＝x
min
‑
c，同理，其余五个分量也有着类似的含义，表示了另外五个平面，这六个平面组成了一个长方体，将纳米线完全包围在其中，即为该纳米线的包围盒。4.根据权利要求1所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述步骤2中，纳米线将从kd
‑
tree的根节点开始比较，kd
‑
tree的每个节点记录了以该节点为根的子树的包围盒，通过判断子树的包围盒与纳米线的包围盒是否相交，预先判断纳米线与整颗子树上的所有纳米线是否有相交的可能。5.根据权利要求4所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述包围盒相交的情况利用以下不等式表达：其中，x
min1
,x
max1
,y
min1
,y
max1
,z
min1
,z
max1
为包围纳米线的包围盒的第一个平面的信息，表示了用平面x＝x
min1
,x＝x
max1
,y＝y
min1
,y＝y
max1
,z＝z
min1
,z＝z
max1
构成的包围盒；x
min2
,x
max2
,y
min2
,y
max2
,z
min2
,z
max2
为包围纳米线的包围盒的第二个平面的信息，表示了用平面x＝x
min2
,x＝x
max2
,y＝y
min2
,y＝y
max2
,z＝z
min2
,z＝z
max2
构成的包围盒；当包围盒发生相交时，利用数学方法求解空间中两线段的最近距离，求解两纳米线之间的最短距离，记两纳米线之间的最短距离为d，则纳米线发生贯穿的条件为：d<2r t其中，r是纳米线的半径，t是隧道效应的特征距离；当纳米线的包围盒不与子树的包围盒发生相交时，认为纳米线与该子树中任意一根纳米线都不相交，直接省略纳米线与该子树中纳米线的贯穿判断；当纳米线与子树的包围盒
相交时，首先判断纳米线与根节点代表的纳米线是否贯穿，若发生贯穿则直接回到步骤1，然后再分别判断根节点下的左右子树的包围盒是否与纳米线包围盒相交，若发生相交则递归到左右子树进行同样的判断。6.根据权利要求1所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述步骤3中，每个kd
‑
tree上的节点都记录了以该节点为根的子树的节点数量，如果发现某一子树的左子树节点数量和右子树节点数量严重不平衡时，将对整颗子树进行重构。7.根据权利要求6所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述步骤3中，当目前待插入的纳米线在步骤2中并没有发现与其它已生成的纳米线贯穿时，则认为该纳米线的生成位置是符合实际情况的，则将此纳米线插入到kd
‑
tree中；插入的过程是递归的，以纳米线的中点坐标为判断依据，循环地在每一层使用x，y或z的维度，如果在该层的判断维度上，待插入纳米线的数值小于根节点的数值，则递归向该树的左子树，否则递归向该树的右子树，直到待插入纳米线能够作为一个叶子节点插入到kd
‑
tree中；当插入完成后，在回溯的过程中不断更新每颗子树的包围盒信息与子树的大小；当发现某一棵子树的左子树或右子树大小满足size
son
>limit
rebuild
·
size
tree
时，重构该子树；其中size
son
表示左子树或右子树的大小，limit
rebuild
是一个表示重构阈值的常系数，size
tree
表示子树的大小。8.根据权利要求1所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述步骤5中，利用并查集的思想，将所有互相导通的纳米线归在同一个集合中，然后通过判断一个集合中是否同时具有与生成域上下极板相连接的纳米线，以求得纳米线的导通情况。9.根据权利要求8所述的三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，其特征在于：所述步骤5中，依据纳米线在空间中的位置情况，将纳米线分为三类：第一类是与上极板发生相交的纳米线，第二类是与下极板发生相交的纳米线，第三类是既不与上极板相交，也不与下极板相交的纳米线；所有的纳米线在初始时都有自己的独立的集合，当某两根纳米线相交时，合并这两根纳米线各自所属的那个集合，所有在同一个集合中的纳米线都是互相导通的；在判断整个纳米线网络是否导通时，只需要遍历所有集合，判断集合中是否既存在第一类纳米线，又存在第二类纳米线即可。

技术总结
本发明公开了一种三维随机纳米线网络的快速建模和判断导通方法，包括以下步骤：步骤1，在生成域中随机生成一根纳米线，并记录该纳米线的各类坐标参数；步骤2，利用kd


技术研发人员：吉天义 赵志伟 翁正进 徐泽瑞 徐郅鹏
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/10/23