231170019 刘清文

我于2026年寒假在北卡罗莱纳州立大学（North Carolina State University，NCSU）参加了为期一个月的GEARS交流项目。这是一次以科研为主要任务的海外短期交流。短短一个月的时间虽然不算很长，但无论是在学术能力、科研思维、跨文化沟通能力还是个人独立性方面，都让我获得了十分宝贵的成长。

北卡罗莱纳州立大学位于美国北卡罗莱纳州罗利市，是一所以工程和理科见长的研究型大学。校园环境优美，学术氛围浓厚，学生生活丰富多彩。GEARS项目为国际学生提供进入实验室参与科研的机会，让学生能够真正融入导师团队，参与实际科研工作，而不仅仅是旁听课程或进行参观式交流。

一、科研工作内容与收获

在交流期间，我自主选择了机器学习方向的课题，跟随导师开展强化学习与控制系统方向的研究。我参与的课题是关于双倒立摆系统的强化学习控制。双倒立摆属于典型的非线性、欠驱动系统，在控制领域具有重要的研究价值。传统控制方法通常依赖线性化与参数精确建模，而强化学习则提供了一种数据驱动的替代方案，可以通过与环境的交互学习稳定控制策略。

在导师的指导下，我首先学习了双倒立摆系统的动力学建模方法，包括利用拉格朗日方程推导系统的非线性微分方程。随后，我将该动力学模型编写为可供强化学习算法调用的仿真环境，并使用PPO算法进行训练，目标是实现系统的稳定平衡控制。

在研究过程中，我主要完成了以下几个方面的工作：1. 根据系统动力学方程进行数值实现，使用四阶Runge–Kutta方法进行状态积分；2. 构建符合物理约束的Gym环境；3. 设计奖励函数与终止条件；4. 训练连续动作空间的强化学习智能体；5. 对结果进行可视化与稳定性分析。其中，奖励函数设计是整个实验中最具挑战性的部分。奖励函数的构造直接影响智能体的学习方向与收敛速度。过强的惩罚会导致系统振荡，而奖励过弱则难以引导系统收敛。通过不断调试与实验，我逐步理解了奖励塑形对控制效果的关键影响。此外，我也意识到物理模型的精确性对强化学习效果至关重要。我训练得到的模型在程序测试上有良好的表现，但在真实物理模型的测试上失败了。数值积分精度、状态约束设置以及动作空间范围都会对训练结果产生显著影响。

在项目最后，我将一个月的科研成果整理为学术海报，并进行了公开汇报。通过制作海报，我进一步锻炼了将复杂技术内容进行结构化表达的能力，也学习了如何用更加严谨、简洁的语言进行学术沟通。

二、实验室学习体验

我们的导师十分认真负责，考虑到学生的背景不同，在科研的间隙抽出时间给我们上课，补充课题相关知识。博士生导师助理也积极热情，随时帮我们解答科研中的疑惑，一步步指导我们进行实验。导师和学姐都非常鼓励我们自主思考和探索，学生在研究中拥有较高的自由度，但也需要对自己的进展负责。

同时，实验室成员之间的合作氛围融洽，大家愿意互相分享代码与经验。在遇到技术问题时，大家互相帮助，主动探寻解决办法。实在解决不了的问题也总能在导师和学姐那里得到帮助。这种开放交流的环境让我受益良多，即让我习惯了自由思考、对自己负责，也保证了个人能力提升和项目推进。

三、生活体验与文化交流

项目组考虑非常周全，除了对学生进行科研技能培训，也推出多项文化交流活动。科研之余，我们也深度体验了当地的生活。

学校体育氛围浓厚，到校第一天，项目组便带我们参观了学校体育馆和健身房。占了整整一栋楼的健身房设施丰富便利，攀岩、游泳、健身、瑜伽，不同的区域顺应学生多种需求，全面而有条理。一个周末恰逢北卡冰球队Hurricanes主场比赛，项目组便组织我们前往离学校很近的场馆观看。比赛迅速且热烈，观众们也激情似火，北美的冰球文化带给我极大的震撼。比赛最后洛杉矶国王队突然追平，进入加时赛，所幸很快飓风队就进了一球，夺得胜利，北卡人民的欢呼声骤然响彻场馆。

罗利市气候温和，校园环境安静舒适。学校分为三个校区，项目组安排的住宿是Ramada酒店，位于兽医学院校区，此外还有main campus和centennial campus。我的课题组主要在main campus活动，老师办公室和实验室都在这里。从兽医学院到main campus有校车可以乘坐，大约十分钟就可以到hill图书馆。Hill图书馆对面、主校区旁边就是一条商业街，有一家target还有很多餐饮店，我们的日常购物和饮食都可以在这条街上解决，很方便。虽然Hunt图书馆很有设计且更大更新，但由于它位于更远的centennial校区，所以Hill图书馆是我最常待的一个图书馆。里面座位很多，且划分多种功能区，有安静区、有供小组讨论的教室，也有开放的座位，一半的座位配备了台式电脑供学生使用。此外图书馆还有录音室、3D打印机室、游戏室等，满足学生课余需求。我去过几次游戏室，非常愉悦，除了常规的主机显示屏，还配备了VR眼镜，可惜我steam之前并未购入过此类游戏，所以没有体验。

学校周边区域也较为安全，遇到的路人以学生、居民为主，偶尔看到流浪汉。整体生活节奏相对国内高校更加自主，也可能由于我参加的只是科研项目，没有课程，所以有很多空闲时间可以探索周边、体验生活。生活中遇到的也都很亲切友善。在交流中，我逐渐适应了英文沟通环境。刚开始时在表达技术问题上略显紧张，但随着交流次数增加，我的英语表达能力有了明显提高。且通过参与讨论和汇报，我增强了在国际环境中进行学术表达的信心。

四、总结

这次寒假交流不仅提升了我的科研能力，也让我对未来发展方向有了更加清晰的认识。科研并非单纯写代码或做实验，而是一个不断假设、验证、修正的过程。科研需要耐心与细致，更需要对问题本质的理解。我也拓展了国际视野，增强了独立思考与解决问题的能力。

感谢学校提供了这次出国交流的机会，也感谢NCSU用心、负责地策划了这个项目。这段经历将成为我大学阶段非常宝贵的一段回忆，并为我今后的学习与科研道路提供持续的动力。