本期目录
数学与物理学
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稳健的个体化亚组分析
- 张晓灵, 任明旸, 张三国
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2024, 41 (2):
151-164.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.037
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摘要 (
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异质群体的亚组分析是实现个体化医疗和个性化营销的关键所在。基于回归的方法是亚组分析的主要流派之一，这种范式将预测变量分为具有异质效应和同质效应的两部分，并根据异质变量是否相同将样本分为不同的亚组。然而，现有的基于回归的亚组分析方法大多有两大局限性：第一，它们仍然认为亚组内的样本是同质的，没有充分考虑个体效应；第二，没有考虑到同质变量中常见污染现象，这将导致模型结果出现较大偏差。为应对这些挑战，提出一种稳健的个体化亚组分析方法。使用多向分离惩罚函数估计模型异质部分的个体化效应，并使用γ散度得到同质部分的稳健估计。还提出一种高效的交替迭代的两步算法，这一方法结合了坐标下降法和交替方向乘子法。数值模拟和对皮肤黑色素瘤数据的分析进一步验证了所提方法的有效性。
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星暴矮星系NGC 5253周围的中性氢气体分布
- 沃佳怡, 蔡肇伟, 左沛, 陈天禄
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2024, 41 (2):
188-194.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.040
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摘要 (
309 )
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中性氢(HI)气体是恒星形成的基本物质，驱动着星系的演化。对于星暴矮星系NGC 5253，过去的研究利用射电干涉阵观测到的HI气体呈不对称分布，向东北方向延伸约7 kpc。这一延展结构可能表明NGC 5253与其附近的旋涡星系M 83之间存在动力学联系。为研究这两个星系之间可能存在的HI气体连接，从绿岸望远镜获得了射电L波段对NGC 5253周围的HI成图数据，探测到NGC 5253和M 83之间可能存在的7个HI气体云团。这些HI气体云团候选体主要分布在东北方向，由NGC 5253延展至距离超过60 kpc外。这些气体云团可能在触发矮星系NGC 5253剧烈的恒星形成活动中发挥重要作用。
环境科学与地理学
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中国北方温性草地最大叶面积指数的时空变化及其对气候变化的响应
- 冯一鸣, 张娜, 乐荣武, 闫志辉, 李振宇, 李小璠, 额日敦其木格
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2024, 41 (2):
195-211.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.072
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摘要 (
509 )
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鉴于不同类型草地叶面积指数(LAI)的时空变化特征不尽相同，且不同变化趋势的LAI对气候变化的响应也不尽相同，利用长时间序列LAI和气象数据，结合草地分类数据，获得1981—2017年中国北方不同类型温性草地最大LAI的时空变化特征，并重点探讨不同变化趋势的LAI对气温和降水量变化的响应。结果表明，中国北方温性草地年均最大LAI的多年均值为(0.76±1.07) m2/m2，东高西低；其中，草甸草原最高((2.73±1.20) m2/m2)，草原化荒漠最低((0.13±0.17) m2/m2)。总体上，年均最大LAI呈显著增加趋势；呈显著增加的面积占32.52%，显著降低的面积占6.31%；所有类型草地最大LAI显著增加的面积均大于显著降低的面积。年均最大LAI与1—8月总降水量和7—8月平均气温的年际变化均呈正相关。最大LAI显著降低和显著增加均主要受7—8月均温显著升高的影响。7—8月均温上升速率在影响LAI变化上存在转折阈值；对所占面积较大的草地类型，该阈值约为0.042~0.043 ℃/a。当气温上升速率低于该阈值时，LAI才随气温上升而增加；反之，LAI随气温上升而降低。这些研究结果可对气候变化背景下的草地利用、保护和恢复提供重要的科学依据。
地质与地球科学
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增强地热系统停止运行后温度恢复过程的数值模拟
- 刘汉青, 胡才博, 赵桂萍
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2024, 41 (2):
222-230.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.067
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摘要 (
267 )
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在增强地热系统(EGS)运行过程中，干热岩(HDR)人工储层的温度会迅速下降，外界的热量补充速度远远跟不上系统热量提取的速度，同时也会对人工储层的流体压力产生巨大的影响，EGS停止运行以后人工储层温度和压力场会逐渐的恢复到初始状态。前人对干热岩开采过程中的温度场和流体压力场变化做了大量研究，但很少关注停止开采以后人工储层的温度恢复过程和流体压力场变化，而停止开采以后的温度场恢复过程对于新的地热井选址和废弃地热井的重新利用具有重要意义。利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics建立双井EGS运行过程和停止运行之后两个阶段的二维热-孔隙流体耦合数值模型，模型考虑了放射性生热的贡献和不同热导率的影响。研究表明：在EGS运行期间，热对流是热量交换的主要方式，人工储层温度下降过程很快，19 a后EGS已经到达运行寿命，68 a后HDR人工储层已经失去开采价值。而地热开采停止以后，人工储层温度的自然恢复过程长达万年，热传导是主要的热量传递和温度恢复方式，热导率越高，人工储层温度恢复越快。
电子信息与计算机科学
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基于不确定度的多智能体信用分配方法
- 杨光开, 陈皓, 张茗奕, 尹奇跃, 黄凯奇
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2024, 41 (2):
231-240.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.047
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摘要 (
415 )
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近年来，部分可观测条件下多智能体协同受到广泛关注。中心化训练分布式执行作为处理这类任务的通用范式面临信用分配这一核心问题。值分解是该范式中的代表性方法，通过混合网络将联合状态动作值函数分解为多个局部观察动作值函数以实现信用分配，在很多问题中表现很好。然而这些方法维持对混合网络参数的单一点估计，因缺乏不确定度表示而难以有效应对环境中的随机因素导致只能收敛到次优策略。为缓解这一问题，对混合网络进行贝叶斯分析，提出一种基于不确定度的多智能体信用分配方法，通过显式地量化参数的不确定度来指导信用分配。考虑到智能体之间复杂的交互，利用贝叶斯超网络隐式地建模参数任意复杂的后验分布，以避免先验地指定分布类型而陷于局部最优解。在星际争霸微操环境中的多个地图上与代表性算法的性能进行对比与分析，验证了算法的有效性。
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基于相位偏移的压缩感知无源多目标定位方法
- 盛金锋, 李宁, 郭艳, 陈承, 李华静
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2024, 41 (2):
241-248.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.066
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摘要 (
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无源定位作为一种新兴的定位技术，是安防监控、入侵检测和接触跟踪等被动传感领域的研究热点。其通过分析无源目标对无线链路的阴影效应来定位目标。相位是无线信号的一个重要特性，比信号强度更具细粒度。为提升定位性能，利用无线链路相位信息，提出基于相位偏移的压缩感知无源多目标定位方法。该方法将接收信号相位偏移值作为观测数据，结合变分贝叶斯推理，恢复目标位置稀疏向量。仿真实验结果表明，在6.5 m×6.5 m的监测区域中，基于接收信号强度的定位方法平均定位误差为0.579 0 m，而该方法的平均定位误差为0.254 7 m，定位精度提升超过1倍，且该方法具有较强的鲁棒性。
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VDE-SAT下行链路信道建模方法
- 丁港辉, 李宗旺, 谢卓辰, 梁旭文
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2024, 41 (2):
249-256.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.062
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摘要 (
323 )
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海面的散射特性导致VDES海上通信信道模型复杂多变,在VDE-SAT下行链路中,低仰角通信导致海浪反射带来的多径效应更加严重。针对此问题,提出一种基于球坐标系的VDE-SAT下行链路信道建模方法,根据不同海情级分析海浪反射对于信号接收特性的影响。首先,将海面散射特性的统计结果参数化,结合地球曲率的影响,建立基于球坐标系的星船通信几何模型,基于此,得到海面有效漫反射区。其次,建立星船通信链路的信号多径传播模型,基于G1139协议,根据各个路径的信道参数分析接收信号的功率分布,以及不同海情级下信号的接收特性。仿真结果表明：在海况较好时,该多径信道以镜面反射为主；海况较差时,以漫反射为主。相比于卷积码,Turbo码的抗多径性能更优。
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基于风机式激光测风雷达的风机功率特性曲线测试方法
- 梁志, 师宇, 张哲, 胡非
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2024, 41 (2):
257-267.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.036
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摘要 (
439 )
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通过风机式激光测风雷达(NML)测试风机功率特性曲线(PPM)，对比分析风机式NML和测风塔的结果差异，评估两种方法在发电量计算中的不确定性。结果表明，风机式NML与测风塔的风速测量一致，相关系数可达0.994，拟合的斜率和截距分别为0.979和0.084；风机式NML的测试数据在功率特性曲线的散点分布图中更集中；发电量评估结果表明，NML比测风塔高估发电量1.73%。不同风向扇区的研究结果表明，测风塔在不同风向下处于风机的不同方位，NML随风机机舱的偏航始终测量风机正前方风速，与风向保持一致，因此散点更为集中。风机式NML对PPM测试的不确定度更低，对风机叶轮上平均风速更具有代表性，具有一定的研究意义与实际应用价值。
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Actor-critic框架下的二次指派问题求解方法
- 李雪源, 韩丛英
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2024, 41 (2):
275-284.
DOI: 10.7523/j.ucas.2022.031
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摘要 (
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二次指派问题(QAP)属于NP-hard组合优化问题，在现实生活中有着广泛应用。目前相对成熟的启发式算法通常以问题为导向来设计定制化算法，缺乏迁移泛化能力。为提供一个统一的QAP求解策略，将QAP问题的流量矩阵及距离矩阵抽象成两个无向完全图并构造相应的关联图，从而将设施和地点的指派任务转化为关联图上的节点选择任务，基于actor-critic框架，提出一种全新的求解算法ACQAP。首先，利用多头注意力机制构造策略网络，处理来自图卷积神经网络的节点表征向量；然后，通过actor-critic算法预测每个节点被作为最优节点输出的概率；最后，依据该概率在可行时间内输出满足目标奖励函数的动作决策序列。该算法摆脱人工设计，且适用于不同规模的输入，更加灵活可靠。实验结果表明，在QAPLIB实例上，本算法在精度媲美传统启发式算法的前提下，迁移泛化能力更强；同时相对于NGM等基于学习的算法，求解的指派费用与最优解之间的偏差最小，且在大部分实例中，偏差均小于20%。
简报
