中国科学院大学学报

杨全李, 唐国平

2020, 37 (5): 577-581. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.001

整群环是代数乃至许多数学分支中很重要的一类环，也是代数K理论主要的研究对象之一。对几类交换p（p为素数）群G的整群环ZG，作为半单代数QG的一个Z-序，通过将其嵌入到极大Z-序Γ之中，然后利用核群的性质研究K₁（ZG）在K₁（Γ）中的指数问题。主要结果有：首先对几类交换p群G给出[（Γ_p）^×：（Z_pG）^×]的确切表达式，然后用来确定[K₁（Γ）：K₁（ZG）]的具体数值。

惩罚逻辑回归的击穿点

董玉林, 郭潇

2020, 37 (5): 582-592. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.002

摘要 ( 410 ) HTML ( ) PDF (1131KB) ( 566 )

击穿点是估计未知参数稳健性的重要度量。在常规的低维逻辑回归模型中，极大似然估计的击穿点已有了广泛的研究，但少有对高维惩罚似然估计击穿点的分析。通过研究高维逻辑回归模型的惩罚似然估计的增加和替换击穿点来分析这个问题。特别地，证明惩罚极大似然估计的L₂范数总是有界的，这表明有限样本的击穿点达到了最大值0.5。此外，还提供了斜率参数的内爆击穿点的上界。模拟学习很好地支持了该理论结果。

Fe₃O₄@PCDP纳米复合材料的制备及其在类芬顿体系中的应用

陈凤霞, 马家海

2020, 37 (5): 593-598. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.003

摘要 ( 391 ) HTML ( ) PDF (3389KB) ( 528 )

制备Fe₃O₄@PCDP纳米复合材料作为高效、环境友好的异相类芬顿催化剂，探究其对罗丹明B（RhB）的降解性能。借助XRD、FTIR和SEM等方式对Fe₃O₄@PCDP纳米复合材料的结构进行表征，结果显示催化剂成功制备。并探究H₂O₂用量和pH对罗丹明B降解效果的影响。在最佳反应条件下，反应42 h后RhB去除率可达到87.25%。循环3次依然具有较好降解效果，且催化剂结构未变化，催化性能稳定。

复合型质子酸性离子液体协同催化异丁烯齐聚反应

余晓佳, 刘莹, 王慧, 吴幼青, 郭艳秋

2020, 37 (5): 599-605. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.004

摘要 ( 350 ) HTML ( ) PDF (1362KB) ( 502 )

合成1-（4-磺酸丁基）-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[NNS][CF₃SO₃]）和1-（4-磺酸丁基）-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[NNS][HSO₄]）两种质子酸性的咪唑基离子液体，应用于催化异丁烯齐聚反应，深入研究离子液体种类及反应条件、两种离子液体的复配摩尔比和搅拌方式对催化活性、二聚体C₈⁼产品的选择性和催化剂循环稳定性的影响，并利用核磁探讨反应进程。结果表明：在催化剂用量5 mmol、温度100℃、反应时间3 h、两种离子液体复配摩尔比1：1时，催化活性和二聚产物C₈⁼的选择性最高，异丁烯的转化率最高达84%，C₈⁼选择性为77%；改进搅拌方式后，催化剂循环稳定性得到明显提高，稳定循环达6次，异丁烯转化率保持在70%以上，C₈⁼选择性高达90%以上。

城市河岸带的斑块组成和空间分布对小气候的影响——以北京永定河河岸带为例

王昕, 张娜, 乐荣武, 郑潇柔

2020, 37 (5): 606-618. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.005

摘要 ( 281 ) HTML ( ) PDF (3166KB) ( 668 )

为探讨河岸带斑块组成与空间分布对小气候的影响，以修复后的北京永定河门城湖—莲石湖段河岸带为研究区，于2017年8月，选择晴朗天气，分别在早晨、中午和傍晚实测每个植被斑块的地温（LST）、气温（TP）和相对湿度（RH），获取斑块指数。运用冗余度分析和逐步回归分析，探讨影响植被斑块小气候的因素。结果表明：与道路相比，植被可显著降低斑块内部的LST和TP，增大RH；但不同类型植被斑块之间的差异并不显著。夏季白天不同时刻植被斑块的LST、TP和RH均会受到斑块及其邻近斑块特征的共同影响，但不同类型斑块小气候所受影响不尽相同。中午时，草本植物高度增加0.1 m，LST降低5.11%；灌木覆盖度增加10%，TP降低2.50%，RH增加10.82%；邻域乔木面积增加10%，草阔和草本植物斑块LST分别降低8.26%和44.98%；邻域道路面积增加10%，草阔斑块LST最大增加6.00%；距河距离减少10 m，草本植物和灌木斑块RH最大分别增加9.32%和2.01%。不同斑块指数之间的交互或加和作用对小气候的影响通常比单个指数更显著。

基于时序光谱重构的卷积神经网络遥感农作物分类

冯齐心, 杨辽, 王伟胜, 陈桃, 黄双燕

2020, 37 (5): 619-628. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.006

摘要 ( 581 ) HTML ( ) PDF (15273KB) ( 2124 )

当前，基于时序特征提取的农作物遥感分类方法需要较多先验知识及人工干预，难以自动化，且易因忽略部分有效特征而导致精度降低。针对这些问题，提出基于时序光谱重构的卷积神经网络农作物分类法。为充分利用时间序列多光谱中丰富的作物物候与多光谱信息，对每个地面像元构造以时间维为纵轴、光谱维为横轴的时序光谱图，采用Adam梯度下降法与Dropout 40%连接率优化后的卷积神经网络对时序光谱图进行分类。对比实验结果表明，该方法可有效减少“椒盐”噪声的产生，且地块边界轮廓线清晰，总体分类精度达到95.12%，高于时间序列多光谱+随机森林（88.58%）、时间序列NDVI+随机森林（90.25%）、时间序列NDVI+卷积神经网络（91.79%）等对照实验组；对于“异物同谱”现象明显的春玉米与番茄，该方法的F₁-score分别达到95.9%与89.9%，相比各对照组均有较大幅度的提高。该研究结果可为遥感农作物的自动化精细制图提供参考。

山地城镇教育设施的网络结构特征及空间格局演变——以重庆市万州区为例

邓良凯, 黄勇, 石亚灵, 万丹, 李林

2020, 37 (5): 629-639. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.007

摘要 ( 235 ) HTML ( ) PDF (9400KB) ( 514 )

为探究山地城镇教育设施网络结构及其空间格局的演变特征，以重庆市万州区为例，运用复杂网络分析方法，构建多时段教育设施协作网络模型，计算其强度分布、网络密度、节点强度、网络腹地等指标，反映网络整体性、层级性、核心设施职能结构。结果表明：1）网络整体空间格局由“一核多翼”向“多核多翼”演变；2）不同层级教育设施呈现出“整体破碎-局部集聚”的空间分布格局；3）核心设施职能分为“结对帮扶型”和“集团核心型”，“结对帮扶型”设施网络腹地受空间距离制约较小，而“集团核心型”设施网络腹地受空间距离制约显著。基于此，结合区位、政策、设施功能等空间格局的影响因素，提炼设施空间格局演变模式，并对规划取向进行探讨。

岩石圈弯曲的黏弹性松弛及其对确定弹性岩石圈厚度的影响

邵翠法, 王世民

2020, 37 (5): 640-649. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.008

摘要 ( 276 ) HTML ( ) PDF (6047KB) ( 706 )

确定弹性岩石圈厚度在地球科学中具有重要意义。基于弹性板弯曲解析解结合岩石圈弯曲外缘隆起位置反演弹性岩石圈厚度的传统方法具有深远影响。利用变黏度可压缩黏弹性有限元模型定量研究岩石圈在表面垂向载荷作用下弯曲的黏弹性松弛问题。模拟结果显示，外缘隆起位置具有先向弯曲中心运动而后向弯曲外侧移动的特点，反向运动发生在载荷作用约9 Ma后。与基于松弛时间定义的弹性岩石圈厚度相比，基于弹性板弯曲解由外缘隆起位置约束弹性岩石圈厚度的方法仅在载荷作用后0.2~5.0 Ma的时间段内给出较为合理的结果。

高压下镁辉石弹性波速的第一性原理研究

马麦宁, 张吉凯, 韩林, 张雨心, 张璘翼

2020, 37 (5): 650-656. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.009

摘要 ( 269 ) HTML ( ) PDF (2108KB) ( 517 )

辉石是地壳和上地幔中的常见矿物，对其弹性波速的研究有助于更好地理解地球深部地震波速异常及动力学过程等。辉石矿物包括斜方辉石和单斜辉石两个亚族，天然产出的斜方辉石以镁辉石为主。选择镁辉石为研究对象，利用第一性原理对镁辉石在高压下的4种结构相（斜方相Pbca、低压单斜相P2₁/c、高压单斜相C2/c和高压斜方相P2₁ca）的弹性波速度进行模拟计算，结果如下。1）4种结构的镁辉石的弹性波速度均表现出明显的各向异性。2）在压力小于12 GPa时（上地幔压力范围），高压单斜相C2/c的纵波波速各向异性最大；在更高的压力下，Pbca的各向异性最大，且随着压力急剧上升。3）除C2/c结构外，其他结构相都是a轴方向上的横波波速各向异性最明显。研究结果为上地幔的地震波速异常的解释提供了新的依据。

基于部分响应和SCMA的联合检测与译码算法

刘梦, 刘威, 周志刚

2020, 37 (5): 657-662. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.010

摘要 ( 229 ) HTML ( ) PDF (1189KB) ( 397 )

稀疏码分多址（SCMA）是一种新型非正交多址技术，具有过载通信的特点。在高信噪比（E_b/N₀）场景下基于消息传递（MPA）的译码算法，误比特率性能不理想。因此，提出一种部分响应与稀疏码分多址联合调制译码模型，方案继承了SCMA在译码端的低复杂性和部分响应的高容错性。为进一步降低联合译码的误比特率，将部分响应的Viterbi译码级联至MPA迭代译码过程中，即每次迭代过程中变量节点都会进行一次Viterbi译码，从而组成新型联合译码模块。仿真结果表明，改进后联合编译码模型能够有效降低系统对E_b/N₀的需求，同时保持较低的误比特率。

MIMO多向中继信道在完整数据交换模型下的自由度

李勇, 袁晓军

2020, 37 (5): 663-672. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.011

摘要 ( 277 ) HTML ( ) PDF (1096KB) ( 382 )

多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）多向中继信道（multiway relay channel，mRC）的自由度（degree of freedom，DoF）分析是近几年的研究热点。研究半双工通信下两个用户集群，每个用户集群中K个用户的MIMO mRC可达到的DoF。其中，考虑完整数据交换模型，即用户集群中每个用户希望与此集群中其他所有用户交换信息。结合物理层网络编码，并利用信号对齐技术设计用户端和中继端的处理矩阵，优化系统可达到的DoF。通过对上行和下行链路分别设计信号对齐，并优化时隙分配，得到半双工通信下系统可达到的DoF。另外，当上行和下行时隙相等时，将结果推广到全双工通信，并验证了该信号对齐方案可以达到全双工通信目前最优的结果。

基于改进粒子群的BP神经网络WSN数据融合算法

王虹, 徐佑宇, 谭冲, 刘洪, 郑敏

2020, 37 (5): 673-680. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.012

摘要 ( 319 ) HTML ( ) PDF (1337KB) ( 966 )

针对无线传感器网络（WSN）数据融合算法中传统反向传播（BP）神经网络收敛速度慢、对初值敏感和易陷入局部最优解的问题，提出基于改进粒子群的BP神经网络WSN数据融合算法（BSO-BP）。用天牛须搜索（BAS）算法对粒子群算法进行改进，利用改进后的粒子群算法优化BP神经网络权值和阈值，引入WSN数据融合中，簇首节点通过优化训练后的BP神经网络对采集数据进行特征提取，将融合后的数据发送至汇聚节点。仿真实验表明，BSO-BP算法能有效地提高融合精度和收敛速度，减少冗余数据传输，延长网络生命周期。相较于传统BP数据融合算法和PSO-BP算法，BSO-BP算法减少了至少11%的平均相对误差和13.89%的均方根误差。

基于拉普拉斯人工势场的无人机避障控制

顾育津, 宋孝成, 刘晓培, 陆疌

2020, 37 (5): 681-687. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.013

摘要 ( 385 ) HTML ( ) PDF (6584KB) ( 848 )

针对无人机在复杂环境中的自主导航问题，设计基于拉普拉斯方程的人工势场，并以人工势场为基础进行无人机的运动控制。对地图中阻碍边界与目标边界分别设置初始条件，采用边界元法求解拉普拉斯方程。由此建立调和势场，它对障碍物形态适应程度高，不存在局部极小点，并可快速计算内部任一点的梯度。以构建的梯度场作为参考速度，采用线性二次型高斯控制器进行速度追踪，从而完成无人机的姿态控制。采用Airsim仿真平台进行不同场景下的模拟实验，结果表明算法可以有效引导无人机完成路径规划与避障控制，且在遭遇意外干扰时具备良好的调整适应能力。

动态雾计算网络中基于在线学习的任务卸载算法

谭友钰, 陈蕾, 周明拓, 王昆仑, 杨旸, 张武雄

2020, 37 (5): 688-698. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.014

摘要 ( 294 ) HTML ( ) PDF (1763KB) ( 459 )

任务卸载是雾计算的主要技术之一，即计算能力不足的节点将任务卸载给具有富余资源的节点帮助计算。以优化任务平均卸载时延和提升卸载服务成功率为目标，利用多臂老虎机理论为动态雾计算网络提出一种基于在线学习的任务卸载算法，可实时做出最优卸载决策。将该算法扩展到非稳定网络状态，使之可以动态追踪网络中节点的资源与环境变化，实时调整卸载决策。详细分析所提出算法的性能、复杂度和存储占用情况。仿真结果表明，这两种算法可达到的长期平均任务卸载时延均十分接近理想算法下的最优时延，卸载服务成功率也得到显著提升。此外，所提算法在非稳定的网络状态下能够追踪到计算资源与环境的变化。

非稳态雾赋能网络中的在线任务卸载方法

朱兆伟, 刘婷, 钱骅, 罗喜良

2020, 37 (5): 699-707. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.015

摘要 ( 261 ) HTML ( ) PDF (1723KB) ( 396 )

为充分发掘分布在不同位置上的雾节点的计算资源，任务卸载被寄予众望。在雾计算场景下，以尽可能减少任务卸载的长期成本为目标，试图寻找一个高效的在线任务卸载方法。为此，这一问题被建模成一个随机规划问题，该问题中系统参数所对应的随机变量的期望会在未知时刻突变，系统参数相关信息只能在任务完成后的反馈中获得。基于非稳态多臂老虎机模型，提出一个高效的算法来解决这一具有挑战性的随机优化问题，给出理论分析证明该算法的渐进最优性。数值实验证明了该算法的优越性。

一种基于差分算法的共形聚焦式微波热疗系统

徐丽凡, 王雄

2020, 37 (5): 708-713. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.016

摘要 ( 344 ) HTML ( ) PDF (2702KB) ( 506 )

聚焦式微波热疗作为一种新型的非侵害式治疗手段，可用于乳腺癌的治疗。提出一种基于差分进化算法的共形聚焦式微波热疗原型机。该系统聚焦天线阵列的操作频率为2.45 GHz，并集成实时压缩感知热声成像系统以提高聚焦热疗的聚焦状态可视性。阐述该原型机的聚焦热疗策略，并与常见热疗原型机的聚焦热疗效果对比。联合仿真验证了基于差分进化算法的共形聚焦热疗原型机的聚焦效果更佳。

一种面向FPGA实现的LDPC编码可配置并行架构设计

张雪, 姜泉江, 梁广, 余金培

2020, 37 (5): 714-719. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.05.017

摘要 ( 279 ) HTML ( ) PDF (1564KB) ( 807 )

为满足星载超高速数传设备FPGA实现的需求，充分利用FPGA器件工作处理时钟频率不高但可用并行资源丰富的特点，根据LDPC结构特性，设计一种基于FPGA的N位可配置的LDPC编码通用并行架构，它具有通用性强、传输速率高、传输延时低的特点。此外，从理论上分析并行架构与传统串行架构的等价性，并详细推导并行度N与速率及硬件资源的限制关系。最后以N=8为例，在FPGA开发平台实现吞吐量为2.5 Gbps的LDPC编码，验证架构的可行性。

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