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2022年, 第39卷, 第3期 上一期    下一期
数学
基于γ-散度的稳健有序误标记logistic回归
郭美君, 任明旸, 李仕明, 张三国
2022, 39 (3): 289-301.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0056
摘要 ( 409 ) HTML ( ) PDF (1540KB) ( 155 )
有序多分类方法已经得到了广泛研究。传统的有序多分类方法假设样本的类别标签是不存在误标记的。但是由于实际数据复杂以及人工经验有限,获得标记完全正确的样本是不现实的,因此,传统的方法就存在局限性。提出一种基于γ-散度的有序误标记logistic回归方法,在处理存在误标记的有序多分类问题时具有很强的稳健性,也就是说,当某一样本被错误标记时它对参数估计的权重小于其被正确标记时的权重。该方法通过最小化γ-散度构建模型,利用梯度下降算法求解模型,不仅具有很强的稳健性而且在模型中可以忽略误标记概率。模拟研究和真实数据分析都说明该有序误标记logistic回归方法在处理存在误标记的有序分类问题时效果很好。
精度矩阵置信区间在高维网络数据中的研究
郑泽敏, 周慧婷
2022, 39 (3): 302-308.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0038
摘要 ( 204 ) HTML ( ) PDF (896KB) ( 95 )
随着互联网与科学技术的发展, 大数据以前所未有的规模激增, 不同个体之间形成了错综复杂的网络数据。图模型精度(逆协方差)矩阵的置信区间对恢复网络间联系起到了非常重要的作用。如何快速得到精度矩阵的置信区间是一个亟待解决的问题。提出De-ISEE(De-innovated scalable efficient estimation)统计量,基于其构造的置信区间在保持较大理想覆盖率的同时,计算效率也得到了较大的提升。仿真实验充分展示了该方法在网络数据中覆盖率和计算方面的优势。将De-ISEE方法应用到核黄素数据以及基因表达数据,发现De-ISEE方法可作为研究基因联系的一个重要工具。
地球科学
外源流水对流域地貌的重塑:河流下切与流域袭夺
李伊菲, 石耀霖, 张怀
2022, 39 (3): 309-320.  DOI: 10.7523/j.ucas.2021.0026
摘要 ( 244 ) HTML ( ) PDF (14953KB) ( 135 )
自新近纪晚期和第四纪早期以来,许多内流盆地转换成了外流盆地。内流湖水突然外泄,给下游流域带来大量的水。外源流水的注入重塑流域地貌并影响流域内河流的演化。基于有限体积方法,对外源流水对隆升河流地貌的重塑过程进行数值实验分析。主要结论为:外源流水注入后,下游主河道被深切。支流受侵蚀基准点下降的影响开始加速下切,整体流域的高程逐渐降低。当外源流水流量较大时,下游流域会袭夺相邻流域。河流下切系数控制流域开始袭夺的时间。河流下切系数和外源流水流量控制流域袭夺速度。流域重塑后的平均高程依赖于地表隆升速率、河流下切系数和外源流水流量。外源流水引起的流域袭夺过程可用于解释晋陕黄河与汾河流域的演化过程。
基于力矩平衡的板块驱动力研究
俞霄, 王世民
2022, 39 (3): 321-331.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0030
摘要 ( 220 ) HTML ( ) PDF (11335KB) ( 155 )
基于刚体稳定运动的力矩平衡原理研究现今岩石圈板块运动的驱动力。提出通过计算力矩与板块角动量间夹角来识别板块驱动力的方法,并定量分析在板块底部黏性剪切阻力的约束下刚性板块运动的稳定性。采用最新的岩石圈结构模型和板块绝对运动模型计算各板块的转动惯量和角动量,进而基于简单的物理模型计算得到各板块受到的边界力矩及板底剪切力矩。结果表明:与洋脊力矩和板底力矩平衡的剩余力矩可由俯冲板片、碰撞带、裂谷带产生的力矩解释;洋脊与俯冲板片力是板块运动的主要驱动力;板块碰撞是欧亚板块运动的重要驱动力。
电子信息与计算机科学
自由式滑雪空中技巧赛道风速风向超短期预测与分析
邓紫薇, 邵芸, 王国军, 黄富祥, 杨佳琦
2022, 39 (3): 332-342.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0043
摘要 ( 220 ) HTML ( ) PDF (4194KB) ( 84 )
旨在实现对赛道上风速风向的超短期预测,为自由式滑雪空中技巧提供实用有效的风速风向预报信息,为运动员稳定性控制与技术训练提供辅助支持。针对赛道风具有非平稳、波动剧烈的特点,采用离散小波变换提取风速风向序列的特征分量,对低频近似分量建立非线性自回归(NAR)神经网络模型,高频细节分量建立差分自回归移动平均(ARIMA)模型,再将各分量结果组合相加得到最终预测结果。误差分析表明组合模型能有效改善单一模型的预测滞后性,预测精度高同时具备预测风速风向突变的能力。对预测结果进一步分析,将其转换为表征赛道风稳定性的指标,来为运动员提供更直观的预报信息。最后对模型计算用时分析表明该方法能够满足实际应用的需求。
基于时序InSAR技术的中巴走廊盖孜河谷段地表形变分析
汪钰晴, 唐伶俐, 王新鸿, 周增光, 李子扬, 李传荣
2022, 39 (3): 343-351.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0046
摘要 ( 226 ) HTML ( ) PDF (16066KB) ( 89 )
中巴走廊沿线地质灾害频发,通过监测地表微小形变有助于对研究区内地质灾害进行判别分析,对走廊建设及走廊沿线基础工程设施的防护有重要意义。利用2015年4月5日—2018年12月9日共30景Sentinel-1A干涉宽幅模式下的雷达影像,分别采用PS-InSAR技术及SBAS-InSAR技术,对中巴走廊盖孜河谷段进行地表形变时序信息提取。结果表明,采用两种方式获取的形变信息在形变速率的空间变化趋势上具有较好的一致性,其中SBAS-InSAR技术所获取的形变速率分布在空间上相对更为连续。SBAS-InSAR形变提取结果表明,在分析时间段内,研究区多处发生明显地表形变,较大的视线向形变量主要分布于中巴公路两侧斜坡及布伦口以北的冰川前缘区域。在提取时序形变信息基础上,结合光学影像对研究区内典型不稳定斜坡及冰川运动进行形变特征分析,结果表明不稳定斜坡上PS点在监测时段内累积形变量可达-30 mm,而在冰川运动前缘集中分布许多正负向形变值较大的PS点,其正负向累积形变量分别可达+60 mm和-80 mm。本研究为高寒山区地质灾害形变的探测和今后在中巴走廊的应用积累了基础。
基于匹配点逐层过滤的岩体点云配准方法
张韬, 肖俊, 王颖
2022, 39 (3): 352-359.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0020
摘要 ( 169 ) HTML ( ) PDF (10386KB) ( 112 )
岩体点云配准是岩体三维重建与分析的基础。经典的点云配准方法虽然能够很好地适用于普通点云,但对于岩体点云并不能获得足够的精度。由于岩体点云表面结构复杂,且大部分区域为平面,基于岩体点云的这些特点,提出通过几何特征逐层过滤匹配点的岩体点云配准算法,引入匹配点对的协方差矩阵的特征值和特征向量矩阵,以及曲率、主方向等几何特征逐层过滤匹配点对,精确地找到匹配点对。在不同岩体点云上的实验测试与分析结果表明,该算法在准确度上有明显优势。
基于特征编码和图嵌入的姓名消歧方法
马莹莹, 吴幼龙, 唐华
2022, 39 (3): 360-368.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0019
摘要 ( 171 ) HTML ( ) PDF (4311KB) ( 91 )
针对作者姓名歧义问题,提出基于特征编码和图嵌入的作者姓名消歧方法。该方法首先利用word2vec模型对文档的属性特征进行编码从而构建文档的表征向量,然后采用图自动编码器将文档关系编码至文档向量中,聚类相似文档。为进一步提升聚类结果的准确性,使用图嵌入的方法将文档关系网络和作者关系网络的拓扑结构信息引入文档向量,进一步聚集相关文档。该方法同时利用文档的属性特征以及多个关系网络的信息,通过无监督学习的方法寻找文档表征向量,实现良好的姓名消歧效果。在真实作者数据集AMiner上的测试结果表明,该方法显著优于目前几个其他基于图网络的方法。
联合L1和L0先验模型的超分辨率重建算法
李利, 尹增山, 石神
2022, 39 (3): 369-376.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0013
摘要 ( 177 ) HTML ( ) PDF (6151KB) ( 256 )
超分辨率重建可以从低分辨率图像序列中重建出高分辨率图像,提高图像质量。重建出边缘保持且噪声低的高分辨率图像,仍具有挑战。针对此问题,在L1先验模型中添加图像梯度的L0范数作为先验知识,提出联合L1L0先验模型的超分辨率重建算法,既保留L1先验模型边缘保持的优点,又保留L0先验模型抑制噪声的优点。将该算法与双三次插值、Total Variation (TV)先验模型和L1先验模型作对比,通过仿真实验数据和真实实验数据的分析,验证本文算法的有效性。
镀膜双镜头多光谱相机的波段配准方法
郑佳怡, 方俊永, 王潇, 张晓红, 刘学
2022, 39 (3): 377-385.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0021
摘要 ( 180 ) HTML ( ) PDF (10884KB) ( 68 )
针对镀膜双镜头多光谱相机波段多、数据量大、配准流程复杂的问题,提出一种基于改进SURF算法的快速配准方法。该方法首先完成对各波段图像的预处理,采用数字畸变模型采样法对各波段影像畸变进行校正;然后对畸变改正后的各波段图像利用快速版的SURF算法(F-SURF)进行配准。F-SURF算法从3个方面对原SURF算法进行改进,包括:依照匹配贡献度优化算法组数设置、舍弃算法旋转不变性以及引入渐进采样一致法进行特征点匹配等。通过地面及飞行实验数据进行算法验证,结果表明改进算法的配准精度优于经典SURF算法,且时间效率显著提升。
基于图像超分辨重建的低轨卫星频谱感知 数据空间分辨率提高方法
蔚瑞, 谢卓辰, 刘洁, 刘会杰
2022, 39 (3): 386-392.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0033
摘要 ( 230 ) HTML ( ) PDF (5737KB) ( 86 )
在低轨卫星物联网系统中,卫星感知的频谱数据空间分辨率低,空间电磁环境的细节难以分析。针对该问题,提出将频谱的空间分布情况以二维图像形式处理,根据空间频谱感知数据的特点采用适当的图像超分辨率重建算法,提高了频谱的空间分辨率,增强了频谱态势中的细节。仿真结果表明,根据灰度值可以从图像中直接观察信号的存在性,并且依据频谱数据图像特点选择的双三次插值、基于L1范数先验的贝叶斯方法和基于匹配图像块的学习方法都有效地提高了频谱数据的空间分辨率,用PSNR评价时,基于L1范数先验的重建算法效果更好,但是基于匹配图像块的学习方法增强了频谱感知数据中的波纹,从视觉上看,提高细节效果略优。
未知环境中无人机实时导航的人工势场方法
宋孝成, 刘晓培, 陆疌
2022, 39 (3): 393-402.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0022
摘要 ( 184 ) HTML ( ) PDF (2118KB) ( 97 )
针对无人机在未知环境中的实时避障,提出一种局部规划方法。该方法根据传感器实时探测到的障碍点信息,随时构建出一个狄利克雷边值问题。采用有限差分法求解该问题,即得到一个局部地图的拉普拉斯势场。随着传感器信息的更新,不断更换新构建的势场。这种构建势场的方法对各种障碍物形态适应程度高,且势场中不存在局部极小点。以势场的负梯度方向作为参考方向,并以此生成参考速度,采用 PID 控制器进行速度跟踪以实现无人机的自主导航。最后,使用 MATLAB 进行不同场景下的仿真实验,结果表明本方法可以有效实现无人机在不同未知环境下的实时避障导航。
无线密集网络中的低损耗多臂老虎机算法
赵耀, 罗喜良
2022, 39 (3): 403-409.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0011
摘要 ( 108 ) HTML ( ) PDF (1068KB) ( 82 )
近年来人们对移动无线服务的需求与日俱增,为应对这一挑战,超密集无线网络被认为是下一代无线通信网络的基础设施架构和重要组成部分,基站的密集布置可以减少每个小区的服务用户数量,从而可为网络用户提供高速且低延迟的无线服务。但同时带来的不可避免的问题是用户在选择接入时会触发频繁的网络切换以确保可以接入到服务最佳的网络。用户接入问题往往被建模成在线学习模型。本文旨在寻找一个高效的在线用户接入方案以应对频繁网络切换造成的额外性能损失。通过对多臂老虎机模型的分析,提出基于操作杆淘汰机制的改进算法,并通过严格理论分析及数值仿真实验两个角度论证该算法的有效性。
基于深度强化学习方法的无线多跳网络能量高效机会路由
靳晓晗, 岩延, 张宝贤
2022, 39 (3): 410-420.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0035
摘要 ( 307 ) HTML ( ) PDF (3778KB) ( 118 )
由于机会路由能够利用无线信道的广播特性和有损特性,因此一直是提高无线网络路由性能的一个很有效的途径。提出一种基于深度强化学习的无线多跳网络能量高效机会路由算法,该算法使得智能体能够通过训练学习最优的路由策略,以通过机会路由的方式减少传输时间,同时平衡能耗延长网络寿命。此外,本算法还可以极大地缓解冷启动问题并获得较好的初始性能。仿真结果表明,与现有算法相比,该算法具有更好的性能。
简报
基于高维特征的图像对抗攻击算法
林大权, 范睿, 张良峰
2022, 39 (3): 421-431.  DOI: 10.7523/j.ucas.2020.0034
摘要 ( 331 ) HTML ( ) PDF (3162KB) ( 199 )
为了攻击最先进的对抗防御方法,提出一种基于高维特征的图像对抗攻击算法——FB-PGD(feature based projected gradient descent)。该算法通过迭代的方式给待攻击图像添加扰动,使待攻击图像的特征与目标图像的特征相似,从而生成对抗样本。实验部分,在多种数据集和防御模型上,与现存的攻击算法对比,证实了FB-PGD算法不仅在以往的防御方法上攻击性能优异,同时在最先进的两个防御方法上,攻击成功率较常见的攻击方法提升超过20 % 。因此,FB-PGD算法可以成为检验防御方法的新基准。