山东大学学报 (工学版)

基于节点多阶邻居递阶关联贡献度的重要性辨识

胡钢,王乐萌,卢志宇,王琴,徐翔

2024, 54(1): 1-10, 24. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.390

摘要 ( 301 )

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为更精细化地辨识节点重要性, 扩展节点有效信息集聚范围和类别, 对网络节点的空间位置属性信息与其直接及间接邻居节点间关联结构信息进行融合、集结, 提出复杂网络多阶邻居递阶关联贡献度的节点重要性辨识方法。依据网络节点空间位置层级差异及层间交互信息给出节点层级位置属性贡献度定义; 构建复杂网络目标节点多阶邻居递阶关联贡献度矩阵, 表征直接邻居节点、间接邻居节点与目标节点间关联度对其影响力的递阶贡献; 提出节点跨层跨级空间拓扑位置贡献度与多阶邻居递阶关联贡献度融合的节点重要性辨识方法。仿真试验表明: 在6个真实网络上所提方法有效提升节点重要性辨识的精细性和准确性。本研究通过探究网络节点间多阶递阶交互行为, 为深入探索网络背后的动态演化机理, 进而做出预测和调控提供科学的理论基础。

基于课程正则化的物理信息神经网络渐进式训练策略

范黎林,刘士豪,李源,毛文涛,陈宗涛

2024, 54(1): 11-24. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.155

摘要 ( 334 )

PDF (15260KB) ( 139 )

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为降低物理信息神经网络(physics-informed neural networks, PINN)优化目标函数的复杂性和训练难度,提出一种基于课程正则化渐进式训练策略,在该策略中基于课程学习思想动态调整损失函数,使正则化项中偏微分方程所表征的物理信息从较平稳状态逐步过渡到变化剧烈状态,降低任务学习难度;加强损失函数中初始条件和边界条件部分的数据约束,平衡数据部分和物理信息部分损失;采用固定步长指数衰减学习率进行优化,尽可能避免目标函数陷入局部最小值。通过波动和热传导两类偏微分方程进行试验对比和分析,结果表明计算效率能够提升约50%,预测精度能够提高0.5~1个数量级。所提出方法可以有效提高PINN的数值稳定性和预测精度,加快PINN在复杂物理场学习任务中收敛速率。

基于粒子群算法的模糊大脑情感学习非线性系统辨识

孙园,曾惠权,欧阳苏建,高佳倩,王绮楠,林智勇

2024, 54(1): 25-32. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.383

摘要 ( 214 )

PDF (4680KB) ( 140 )

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为提高神经网络模型在解决非线性系统辨识问题上的精度,提出一种基于粒子群算法的模糊大脑情感学习模型。该模型包含大脑情感学习网络,在利用系统历史数据对模型进行训练的基础上,通过适应度函数动态调整网络结构中的权重因子,提高网络学习效率和辨识精度。在对连续搅拌反应器系统辨识试验和对sin E强非线性对象逼近试验中,与常规模糊大脑情感学习模型、BP神经网络和RBF神经网络相比,本模型拥有更高的逼近能力和更快的收敛速度,解决了基于试错法导致的模型参数调整时间长、模型不稳定等问题,为辨识的实际应用提供了可行的模型选择。

基于权重邻域熵的数值型信息系统属性约简算法

陈宝国,邓明,陈金林

2024, 54(1): 33-44. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.310

摘要 ( 185 )

PDF (2756KB) ( 133 )

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在邻域粗糙集的属性约简中,每个属性被赋予相同的权重而不能更好地进行属性选择,针对这一问题,提出一种属性权重的邻域条件熵属性约简算法。通过条件属性与决策属性之间的相关系数评估条件属性的权重,基于权重方法提出一种改进的邻域关系,称为权重邻域关系,并提出相应的权重邻域粗糙集模型。以权重邻域粗糙集模型为基础,进一步提出权重邻域熵模型,理论证明权重邻域条件熵的单调性。通过权重邻域条件熵作为启发式函数提出一种新的数值型信息系统属性约简算法。试验结果表明,提出的属性约简算法具有更好的属性约简性能。

用于意图识别的自适应多标签信息学习模型

马坤,刘筱云,李乐平,纪科,陈贞翔,杨波

2024, 54(1): 45-51. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.168

摘要 ( 179 )

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为解决多标签文本分类在捕获标签关系时忽视标签共现特性的问题,提出基于统计特征的自适应多标签信息学习方法(adaptive label feature learning, ALFL),用于检测内容营销文章。构建主题先验自适应标记狄利克雷主题模型(labeled latent dirichlet allocation with adaptive topic priors, LDATP),根据每个文本的标签集合情况,与标签集合对应的全部营销主题约束模型生成主题词概率分布;构建标签信息整合网络(label information integration network, LIIN),利用主题词概率分布和标签的图结构学习标签相关信息,获得标签嵌入表示;进行文本和标签空间之间的信息交互,捕获语义特征以识别营销文章。试验结果表明,基于统计特征的ALFL方法以召回率为80.92%、准确率为88.14%,优于其他基线模型,具有更高的预测准确性。

一种基于轨迹预测的车联网边缘卸载策略

赵晓焱,高源志,张佳乐,张俊娜,袁培燕

2024, 54(1): 52-62. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.149

摘要 ( 181 )

PDF (8259KB) ( 294 )

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以最小化卸载成本为目标,提出一种结合轨迹预测的任务卸载策略,将任务卸载转化为服务器节点选择问题。构建一种基于时间序列的车辆移动轨迹预测模型,将其表述为一个非线性回归任务;依据车辆位置信息与通信范围,提出一种基于最短通信距离的动态协作簇建立方法,利用服务器计算能力和传输成本均衡边缘网络负载,减少车辆移动形成的系统开销;利用马尔可夫决策过程,结合移动轨迹预测和动态边缘服务器簇设计任务卸载策略,解决多边缘服务器覆盖场景下的服务器选择问题。试验结果表明,所提算法与其他算法相比,任务卸载成本在简单与复杂移动轨迹下至少降低了80%和57.8%,有效减少多边缘服务器协作时的轨迹预测误差和成本开销。

基于BP-Adaboost与TOPSIS的航空装备供应商评价

顾玉磊,马晖,王愚勤,胡卉,刘富鑫

2024, 54(1): 63-73. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.366

摘要 ( 166 )

PDF (1120KB) ( 192 )

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为提升航空装备供应商评价标准的适用性及准确性,提出并设计出一种基于逆向传播(back propagation, BP)神经网络-弱分类器(Adaboost)与优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution, TOPSIS)的航空装备供应商评价方法。运用因子分析理论对供应商评价指标进行筛选,构建适合航空装备行业特点的供应商评价指标体系。在Adaboost算法元框架下,将BP神经网络作为基分类器,设计基于BP-Adaboost强分类器供应商分类模型。针对BP-Adaboost算法无法精确计算供应商综合得分的不足,设计基于TOPSIS法的供应商评价模型。案例分析结果表明,基于BP-Adaboost与TOPSIS法的航空装备供应商评价模型具有更高的评价准确度,对企业完善供应商管理体系提供理论和实践指导。

基于改进Bi-RRT算法的机器鱼路径规划方法

黄健堃,薛钢,刘延俊,王雨,李厚池,白发刚

2024, 54(1): 74-82. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.159

摘要 ( 212 )

PDF (6317KB) ( 167 )

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为提高机器鱼的水下路径规划效率,更好地完成水下工作,提出一种基于改进双向快速搜索随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees, Bi-RRT)算法的机器鱼路径规划方法。以研制的混合驱动机器鱼为研究对象,介绍其结构模型和运动控制模式,为后续试验验证提供物理样机。针对Bi-RRT算法存在的采样随机、路径冗余、效率不高等问题,融合生长引导机制和连接强化机制改进Bi-RRT算法,加入生长引导机制,改善随机树生长随机、两树连接慢的问题;加入连接强化机制提高算法搜索速度。对搜索路径进行优化处理,通过剔除冗余节点、插入优化节点,改善路径质量,对路径进行平滑处理,使路径更适合机器鱼航行,实现机器鱼路径规划任务。仿真结果表明,与传统Bi-RRT算法及其他衍生快速搜索随机树(rapidly-exploring random tree, RRT)算法相比,改进的Bi-RRT算法相较于改进前节点数减少约50.8%,路径长度缩短约19%,搜索时间减少约65.3%。

基于深度强化学习的物联网服务协同卸载方法

曹宇慧,黄昱泽,冯北鹏,张淼,郭珍珍

2024, 54(1): 83-90. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.344

摘要 ( 169 )

PDF (3070KB) ( 96 )

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针对边缘计算中终端算力不足、资源有限和时延较大的问题,提出一种基于深度强化学习的物联网服务协同卸载方法。通过3种不同的卸载方式建立时延模型,挖掘服务之间的关联关系,对关联服务进行协同卸载,加入关联服务的通信时延以建立完善的卸载时延模型,结合整体模型考虑卸载率的取值以及关联服务如何协同卸载使时延最小,从而实现服务调用时延和服务间通信时延的最小化。试验结果表明,与其他算法相比,该算法在获取最优服务卸载策略的同时,系统总服务时延能降低20%左右。

融合词汇信息与GlobalPointer的实体识别

李明键,李卫军,王海荣

2024, 54(1): 91-99. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.350

摘要 ( 216 )

PDF (1338KB) ( 174 )

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为了提升GlobaiPointer方法的实体边界区分性能,提出一种融合词汇信息与GlobalPointer的实体识别方法。对SoftLexicon提取的词汇特征与字符相结合,采用BiLSTM网络与RoPE编码捕捉时序与相对位置信息构建全面特征,通过实体矩阵实现实体识别。对多个数据集进行试验,本研究提出的模型相较于其他基线模型,精确率、召回率、F₁均有一定的提升,Weibo数据集中F₁达到71.33%、CMeEE数据集中F₁达到63.45%,表明本研究提出的模型架构能够进一步扩充语义表征,增强识别性能。

基于交互序列特征相关性的可解释知识追踪

陈成,董永权,贾瑞,刘源

2024, 54(1): 100-108. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2023.143

摘要 ( 224 )

PDF (4203KB) ( 57 )

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为提高知识追踪(knowledge tracing, KT)模型的可解释性,提出适用于KT事后可解释性的Shapley Value和ISP算法以及可解释性评价指标和谐度,以KT领域经典的深度学习模型DKT为例,计算历史交互与预测结果之间的相关性分数,解释DKT的预测结果。Shapley Value算法计算每次交互对预测结果的贡献,将贡献视为相关性分数;ISP算法基于原序列和模型自身的推理能力构造伪标签,实现对原序列的扰动,计算相关性分数;基于解释方法计算出的相关性分数,使用和谐度指标评价各方法的解释效果。在试验层面,5个公开数据集上的试验结果表明,相对于最优的基线方法,本研究提出的方法取得显著的可解释性效果提升;在具体应用层面,利用可解释性挖掘知识点之间的偏序关系,帮助学生探究更加合理的学习顺序。

混凝土单箱三室箱梁水化热温度场及应变场模型试验

王鹏,黄成,赵国浩,张峰

2024, 54(1): 109-122, 130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.363

摘要 ( 203 )

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为研究单箱三室混凝土箱梁水化热温度场及应变场分布规律, 在广西来宾浇筑混凝土箱梁缩尺(1∶2)模型, 埋置148个温度传感器和20个应变传感器, 并布置气象传感器, 通过现场实测数据分析, 得到C60高强混凝土箱梁水化热温度场分布规律。单箱三室箱梁水化热共分为3个阶段: 温升阶段(0~24 h)、快速温降阶段(24~96 h)和平稳温降阶段(96~240 h)。箱梁截面平均温度需179 h才低于入模温度, 说明箱梁水化产生的热量至少需要7 d才能完全消散。全截面温度峰值为浇筑后24 h, 最高区域为梗腋位置处, 最高温度达90.2 ℃, 此时顶板最大横向温差达32.2 ℃。受分层浇筑影响, 浇筑后12 h, 边腹板最大竖向温差达40.1 ℃, 现场可观察到施工冷缝。梗腋处温度场分布复杂, 梗腋最大横向温差为22.5 ℃, 最大竖向温差为29.9 ℃, 梗腋表面横向收缩应变小于竖向。梗腋外表面温度较低且受模板约束, 应变小于梗腋内部, 有6个梗腋存在竖向开裂风险, 最大收缩拉应力为抗拉强度的1.51倍。

碳化-冻融作用对风积沙混凝土氯离子传输的影响

董伟,周梦虎,王雪松,薛刚,王栋

2024, 54(1): 123-130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.249

摘要 ( 230 )

PDF (5561KB) ( 107 )

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为研究碳化-冻融循环作用对风积沙混凝土氯离子传输的影响,进行全风积沙混凝土经历碳化(0、14、28 d)后的冻融循环(50、100、150、200次)试验研究,根据碳化时间分为C0组、C1组、C2组。通过化学滴定法检测不同深度处混凝土中的氯离子质量分数,进而分析氯离子质量分数、分布、氯离子扩散系数以及碳化深度与时间依赖性的关系,并通过扫描电镜观察混凝土内部结构。结果表明:碳化生成的碳化产物使混凝土更加密实,能够有效抵抗氯离子的侵蚀,且碳化时间越长,抵抗氯离子侵蚀效果越明显;冻融循环增大混凝土裂缝的产生,为氯离子向内部传输提供通道;随着冻融循环次数增多,氯离子侵蚀也越严重,当冻融循环100次时,C0组氯离子侵入深度为30 mm,冻融循环150次时,所有混凝土氯离子侵入深度为30 mm;200次冻融循环条件下,C1组时间依赖性系数较C0组增加42.22%,C2组较C0组增加57.78%,较C1组增加10.94%。风积沙混凝土内部氯离子质量分数随冻融循环次数增加逐步增加,随碳化深度的增加逐步降低。

锚杆加固作用下椭圆形深埋隧洞承载力分析

郝艳广,徐建升,明道贵,雷霆,邱明喜,陈迪杨

2024, 54(1): 131-140. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.309

摘要 ( 158 )

PDF (6708KB) ( 331 )

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考虑施工过程中大跨度开挖、锚杆的影响等现场实际情况,分别研究椭圆形隧洞承载能力锚杆长度、锚杆数量、锚杆预应力、侧压力系数以及塑性区范围的变化规律。基于平面弹性复变函数的方法,得到围岩任意一点的应力分量表达式,结合摩尔-库伦(Mohr-Coulomb, MC)准则,分别得到剪判据和拉判据下的拱部承载力,讨论开挖半径以及锚杆各参数对于承载力的影响,分析不同参数对孔边应力的影响,孔边应力对形状参数更敏感,会直接影响承载力。利用3DEC软件验证了理论模型的正确性。

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