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2020年 第46卷  第8期

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2020, 46(8).
综述
区间二型模糊集和模糊系统: 综述与展望
伍冬睿, 曾志刚, 莫红, 王飞跃
2020, 46(8): 1539-1556. doi: 10.16383/j.aas.c200133
摘要:
一型模糊集可以建模单个用户的语义概念中的不确定性, 即个体内不确定性. 一型模糊系统在控制和机器学习中得到了大量成功应用. 区间二型模糊集能同时建模个体内不确定性和个体间不确定性, 因而在很多应用中显示了比一型模糊系统更好的性能, 是近年来的研究热点. 本文首先介绍了区间二型模糊集的重要概念和理论研究进展, 总结了其在决策和机器学习中的成功应用, 然后介绍了区间二型模糊系统的基本操作和理论研究进展, 并回顾了其在控制和机器学习中的典型应用. 最后, 对区间二型模糊集和模糊系统未来的研究方向进行了展望.
动态系统的主动故障诊断技术
何潇, 郭亚琦, 张召, 贾繁林, 周东华
2020, 46(8): 1557-1570. doi: 10.16383/j.aas.c190699
摘要:
目前, 绝大多数动态系统的故障诊断方法仅利用系统的输入输出数据, 当数据中包含的故障特征不明显时, 诊断效果不佳. 动态系统的主动故障诊断方法通过向系统注入适当的辅助信号, 增强输入输出数据中特定故障的表现来提高对该故障的诊断能力. 主动故障诊断的研究不仅对于丰富与发展动态系统故障诊断理论具有重要价值, 还对故障诊断技术在实际中的推广应用具有重要意义. 本文阐述了主动故障诊断的思想, 介绍了用于增强故障表现的辅助信号所具有的特征, 分类概述了现有文献中的辅助信号设计方法, 分析了故障表现增强的形式与主动故障诊断技术的实现方式, 探讨了主动故障诊断中亟待解决的问题与未来的发展方向.
论文与报告
高阶系统方法-Ⅱ.能控性与全驱性
段广仁
2020, 46(8): 1571-1581. doi: 10.16383/j.aas.c200369
摘要:
本文首先简述了基于状态空间模型的一阶动态系统的能控性进展, 指出了一阶系统方法中卡尔曼能控性体系的一些问题.然后证明了线性定常系统能控的充要条件是它能化成一个高阶全驱系统, 同时还在一定程度上将这一结果推广到非线性系统的情形.基于这一发现, 本文定义了一般动态系统的完全能控性, 明确其意义在于存在控制律使得闭环系统为一线性定常的高阶系统, 并且可以任意配置闭环特征多项式的系数矩阵, 同时还指出其多方面相关结论.
基于蓝海信息网络的海洋环境平行监测体系建模研究
苏振东, 刘凡, 杨瑞平, 王飞跃
2020, 46(8): 1582-1591. doi: 10.16383/j.aas.c180361
摘要:
针对目前海洋环境监测体系顶层设计不足、各监测手段间统一调度与管理缺乏、监视数据关联分析缺失等问题, 提出了基于蓝海信息网络的海洋环境平行监测系统架构; 详细描述了海洋环境监测人工系统的构建方法, 以及计算实验方案; 最后, 构建完备的海洋环境监测平行系统, 通过平行执行为海洋环境监测的高效、智能管理与运营提供保障, 对减少海洋环境监测基础设施冗余建设、降低人力与物理成本、提高运营能力, 实现海洋环境监测的可持续发展必将产生深远的影响.
单量子比特系统状态的在线估计
唐雅茹, 丛爽, 杨靖北
2020, 46(8): 1592-1599. doi: 10.16383/j.aas.c180752
摘要:
针对具有退相干效应与测量反馈随机噪声的随机开放量子系统, 采用对状态影响较弱的连续弱测量在线获取一系列状态的部分信息, 实现量子状态的在线估计.由泡利矩阵构造初始测量算符, 并推导出在线的随时间变化的测量算符; 基于压缩传感理论来减少测量次数; 采用最小二乘优化算法对自由演化中的量子密度矩阵状态进行重构, 完整地给出了量子态在线估计的过程.所提出的在线量子态估计方案, 在一个量子位系统上进行了系统仿真实验.数值仿真实验结果表明, 在满足压缩传感理论的条件下, 仅需2次连续弱测量所得到的测量值之后, 就可以高精度地实现在线变化的单比特量子密度矩阵估计.
基于混合型判别分析的工业过程监控及故障诊断
陈晓露, 王瑞璇, 王晶, 周靖林
2020, 46(8): 1600-1614. doi: 10.16383/j.aas.c180089
摘要:
工业过程数据具有规模性大、复杂性高、变量多、关联性强等特点.如何从数据出发准确并快速地发现故障并处理, 保证过程高效运行意义重大.本文针对复杂的工业过程, 提出了一种多方法结合的混合型过程监控与故障诊断方法, 完成数据分类, 构建故障模型库, 故障在线诊断及可视化相关处理.首先通过常规主成分分析(Principal component analysis, PCA)方法对历史数据进行初筛, 区分出正常和故障信息, 然后利用聚类方法对故障数据集进行分类, 接着利用局部线性指数判别分析方法(Local linear exponential discriminant analysis, LLEDA)建立故障模型库进而进行故障诊断.本文将基于监督学习的LLEDA方法拓展到无监督学习, 便于复杂工业大量无标签数据的处理.最后利用典型的田纳西伊士曼(Tennessee Eastman, TE)过程对所提出的方法进行有效性验证.
评价彩色图像自动聚焦清晰度的互补色小波测度
周汶, 李旦, 张建秋
2020, 46(8): 1615-1627. doi: 10.16383/j.aas.c190513
摘要:
针对彩色图像的自动聚焦, 本文提出了一种新的清晰度评价测度. 该测度借助于互补色小波变换, 在互补色小波域, 利用融合互补色算子的层级最大能量和层级统计分布扩散度的乘积来描述本文的清晰度. 分析表明: 融合互补色算子, 可提取待评价彩色图像在颜色、亮度、方向、尺度和各通道分量间的相互信息等方面的相关特征. 这样, 其层级的最大能量就反映了这些被提取相关特征中最显著特征的清晰程度, 而其统计分布的扩散度, 就衡量了其清晰度特征分布的离散程度. 那么利用它们来共同表征清晰度的测度, 就使得本文所提的测度能随图像清晰程度的增加而增加. 在LIVE/IVC数据库上与多种经典方法的对比结果表明: 本文提出的测度具有最高的聚焦精度0.0373/0.0246、分辨率1.6132/0.4771和最好的无偏稳定性.
基于在线感知Pareto前沿划分目标空间的多目标进化优化
封文清, 巩敦卫
2020, 46(8): 1628-1643. doi: 10.16383/j.aas.2018.c180323
摘要:
多目标进化优化是求解多目标优化问题的可行方法.但是, 由于没有准确感知并充分利用问题的Pareto前沿, 已有方法难以高效求解复杂的多目标优化问题.本文提出一种基于在线感知Pareto前沿划分目标空间的多目标进化优化方法, 以利用感知的结果, 采用有针对性的进化优化方法求解多目标优化问题.首先, 根据个体之间的拥挤距离与给定阈值的关系感知优化问题的Pareto前沿上的间断点, 并基于此将目标空间划分为若干子空间; 然后, 在每一子空间中采用MOEA/D (Multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition)得到一个外部保存集; 最后, 基于所有外部保存集生成问题的Pareto解集.将提出的方法应用于15个基准数值函数优化问题, 并与NSGA-Ⅱ、RPEA、MOEA/D、MOEA/DPBI、MOEA/D-STM和MOEA/D-ACD等比较.结果表明, 提出的方法能够产生收敛和分布性更优的Pareto解集, 是一种非常有竞争力的方法.
延迟深度回声状态网络及其在时间序列预测中的应用
薄迎春, 张欣, 刘宝
2020, 46(8): 1644-1653. doi: 10.16383/j.aas.c180264
摘要:
为提高回声状态网络对于时间序列预测问题的处理能力, 本文提出了一种延迟深度回声状态网络构造方法.该方法将多个子神经元池顺序连接, 每两个相邻的子神经元池之间嵌入了一个滞后环节.由于滞后环节的存在,该网络可将长时记忆任务转化为一系列短时记忆任务, 从而简化长时依赖问题的求解, 同时降低神经元池的构建难度.实验表明, 该网络具有强大的短时记忆容量, 对初始参数有较好的鲁棒性, 对时间序列预测问题的处理能力也比常规回声状态网络有显著提高.
一种基于词义向量模型的词语语义相似度算法
李小涛, 游树娟, 陈维
2020, 46(8): 1654-1669. doi: 10.16383/j.aas.c180312
摘要:
针对基于词向量的词语语义相似度计算方法在多义词、非邻域词和同义词三类情况计算准确性差的问题, 提出了一种基于词义向量模型的词语语义相似度算法.与现有词向量模型不同, 在词义向量模型中多义词按不同词义被分成多个单义词, 每个向量分别与词语的一个词义唯一对应.我们首先借助同义词词林中先验的词义分类信息, 对语料库中不同上下文的多义词进行词义消歧; 然后基于词义消歧后的文本训练词义向量模型, 实现了现有词向量模型无法完成的精确词义表达; 最后对两个比较词进行词义分解和同义词扩展, 并基于词义向量模型和同义词词林综合计算词语之间的语义相似度.实验结果表明本文算法能够显著提升以上三类情况的语义相似度计算精度.
基于修正导航向量场的AUV自主避障方法
姚鹏, 解则晓
2020, 46(8): 1670-1680. doi: 10.16383/j.aas.c180219
摘要:
针对复杂海洋环境下的自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle, AUV)三维避障问题, 本文提出了一种高效的修正导航向量场方法.构建自由空间下的初始导航向量场, 引导AUV以最短路径向目标点航行.定义修正矩阵来量化描述障碍物对初始导航向量场的影响, 得到障碍空间下的修正导航向量场, 使得AUV向目标点航行的同时躲避静态障碍.通过结合障碍物运动速度, 分别构建相对初始导航向量场与相对修正导航向量场, 并采取有限时域推演与调整策略, 最终引导AUV安全躲避动态障碍.仿真结果表明, 本方法能较好地应用于复杂海洋环境下的AUV避障任务.
基于时空Kriging方法的时空数据插值研究
许美玲, 邢通, 韩敏
2020, 46(8): 1681-1688. doi: 10.16383/j.aas.2018.c170525
摘要:
在对气象数据进行插值的过程中, 如果只考虑数据的空间信息而忽视数据在时间上的关联, 必然影响插值的精度.针对具有时空特性的气象数据, 提出一种将时空Kriging方法与弹性网方法相结合的新方法.该方法主要利用弹性网算法解决时空Kriging算法中的时空变异函数矩阵为病态矩阵而无法求逆的问题, 通过弹性网算法获得变异函数矩阵方程的稀疏解, 从而提高时空插值的精度.在实际观测的气温数据和AQI数据上的仿真实验验证了该方法对气象时空数据插值的准确性.
基于评论异常度的新浪微博谣言识别方法
张仰森, 彭媛媛, 段宇翔, 郑佳, 尤建清
2020, 46(8): 1689-1702. doi: 10.16383/j.aas.c180444
摘要:
以微博为代表的社交媒体在为公众提供信息共享平台的同时, 也为谣言提供了可乘之机.开展微博中谣言的识别和清理方法研究, 对维护社会的安全稳定有着重要的现实意义.本文针对新浪微博平台中谣言识别的问题, 提出了一种基于评论异常度的微博谣言识别方法.首先采用D-S理论实现微博评论异常度的计算方法; 然后利用评论异常度与微博的内容特征、传播特征、用户特征对微博进行抽象表示; 最后再利用SVM (Support vector machine)构建一个基于评论异常度的谣言识别模型, 实现对新浪微博中谣言微博的识别.实验表明, 本文提出的谣言识别模型对新浪微博中谣言识别具有较好的效果, 谣言微博识别的F1值达到了96.2 %, 相较于现有文献的最好结果提高了1.3 %.
基于Word2vec和粒子群的链路预测算法
贾承丰, 韩华, 吕亚楠, 张路
2020, 46(8): 1703-1713. doi: 10.16383/j.aas.c180187
摘要:
链路预测中普遍存在两大问题:特征提取困难和类别数据不平衡.本文借鉴文本处理中的深度学习特征提取算法和优化问题中的粒子群算法, 提出一种基于词向量的粒子群优化算法(Word2vec-PSO).该方法首先通过随机游走产生网络序列后, 利用Word2vec算法对节点序列特征提取.然后在有监督的条件下, 利用粒子群算法对提取好的特征进行筛选, 并确定重采样的参数来解决类别数据不平衡问题, 并分析了不同链路预测算法的计算复杂性.最后将本文的算法与基于相似性、基于深度学习、基于不平衡数据的3类链路预测算法, 在4个不同的时序网络中进行实证对比研究.结果表明, 本文提出的链路预测算法预测精度较高, 算法更加稳定且具有普适性.
一种求解符号回归问题的粒子群优化算法
马炫, 李星, 唐荣俊, 刘庆
2020, 46(8): 1714-1726. doi: 10.16383/j.aas.c180035
摘要:
符号回归以构建一个能拟合给定数据集的函数模型为目的, 是对基本函数、运算符、变量等进行组合优化的过程.本文提出了一种求解符号回归问题的粒子群优化算法.算法以语法树对函数模型进行表达, 采用基因表达式将语法树编码为一个粒子, 设计了粒子的飞行方法及\begin{document}$r$\end{document}-邻域环状拓扑的粒子学习关系.为使粒子具有跳出局部极值的能力和减轻粒子快速趋同对全局寻优造成的不利影响, 分别设计了突变算子和散开算子.此外, 为了得到比较简洁的函数模型, 在粒子的评价函数中以罚函数的方式对编码的有效长度进行控制.仿真实验表明, 提出的算法可以获得拟合精度更高、简洁性更好的函数模型.
基于差异激励的无参考图像质量评价
陈勇, 吴明明, 房昊, 刘焕淋
2020, 46(8): 1727-1737. doi: 10.16383/j.aas.c180088
摘要:
为了衡量图像的降质程度, 充分考虑像素间的相关性, 提出了一种基于差异激励的无参考图像质量评价算法.该算法根据韦伯定律求得差异激励图, 并依据各向异性得到差异激励的梯度映射图; 然后量化差异激励得到差异量化图, 并分别与差异激励图与梯度映射图进行加权融合; 最后利用求得的特征, 通过支持向量回归(Support vector regression, SVR)预测得出图像质量的客观评价值.在LIVE、MLIVE、MDID2013和MDID2016等多个数据库中测试显示, 该算法稳定性强, 复杂度低, 能准确反映人类对图像质量的视觉感知效果.
考虑鸣笛效应和驾驶员异质性的新格子模型稳定性分析
翟聪, 巫威眺
2020, 46(8): 1738-1747. doi: 10.16383/j.aas.c180137
摘要:
道路环境及密集交通流随机波动是交通扰动的诱因, 文中考虑道路环境中的汽车鸣笛效应和驾驶员异质性的影响, 提出鸣笛发生临界密度的概念, 建立了更符合实际的格子流体动力学模型, 并揭示非饱和交通状态下诱发交通流失稳的机理.在线性稳定性分析中利用扰动法得到了该模型的稳定性条件, 并基于还原微扰法对该模型的非线性稳定性问题进行研究, 通过求解mKDV方程获取的扭结-反扭结孤立波描述了在临界点附近密度波的传输规则.仿真结果表明, 考虑有鸣笛效应的新格子模型相比于Nagatani模型的稳定性更强, 而较大的临界密度对交通流稳定性存在消极影响; 与以往微观模型相比, 本文模型能解释鸣笛现象发生的自然条件, 即密度高且流量低的地方, 同时驾驶员特性也对交通流的稳定性存在着显著影响.
短文
基于小波变换的码元速率估计优化算法
谭晓衡, 张雪静
2020, 46(8): 1748-1752. doi: 10.16383/j.aas.c170518
摘要:
针对低信噪比下MPSK (M-ary phase shift keying)信号的码元速率估计问题, 提出一种优化算法.该算法无需先验知识, 通过Hilbert变换提取瞬时相位基带序列, 经多尺度小波变换, 对每个尺度下的小波系数的模值的平方进行叠加, 对叠加后的结果再进行功率谱计算, 在码元速率整数倍处有离散谱线, 估计正确率在信噪比大于1 dB时大于90 %.
基于量子计算的粗糙集核属性求解算法
段隆振, 谢旭明, 邱桃荣, 杨舒晴
2020, 46(8): 1753-1758. doi: 10.16383/j.aas.2018.c170328
摘要:
粗糙集的核属性求解问题在经典计算中是一个NP问题.现有的方法中最优的时间复杂度也需要\begin{document}${\rm O}$\end{document}\begin{document}$ \left(|C||U|\right)$\end{document}(\begin{document}$U$\end{document}为论域、\begin{document}$C$\end{document}为属性列数).由于量子计算的并行性特点, 本文致力于采用量子计算的方法来求解粗糙集的核属性, 拟提出了一种基于量子计算的粗糙集核属性求解算法.经过仿真实验, 在任何情况下, 该算法都能以1的总概率得到目标分量; 且通过理论分析证明了算法的时间复杂度不会高于\begin{document}${\rm O}$\end{document}\begin{document}$\left(|\frac{{\rm{ \mathsf{ π}}}}{2\arcsin\sqrt {\frac{M}{C}}}+1||U|\right)$\end{document}.
基于迁移学习的细粒度实体分类方法的研究
冯建周, 马祥聪
2020, 46(8): 1759-1766. doi: 10.16383/j.ass.c190041
摘要:
细粒度实体分类(Fine-grained entity type classification, FETC)旨在将文本中出现的实体映射到层次化的细分实体类别中. 近年来, 采用深度神经网络实现实体分类取得了很大进展. 但是, 训练一个具备精准识别度的神经网络模型需要足够数量的标注数据, 而细粒度实体分类的标注语料非常稀少, 如何在没有标注语料的领域进行实体分类成为难题. 针对缺少标注语料的实体分类任务, 本文提出了一种基于迁移学习的细粒度实体分类方法, 首先通过构建一个映射关系模型挖掘有标注语料的实体类别与无标注语料实体类别间的语义关系, 对无标注语料的每个实体类别, 构建其对应的有标注语料的类别映射集合. 然后, 构建双向长短期记忆(Bidirectional long short term memory, BiLSTM)模型, 将代表映射类别集的句子向量组合作为模型的输入用来训练无标注实体类别. 基于映射类别集中不同类别与对应的无标注类别的语义距离构建注意力机制, 从而实现实体分类器以识别未知实体分类. 实验证明, 我们的方法取得了较好的效果, 达到了在无任何标注语料前提下识别未知命名实体分类的目的.