当期目录

2016年 第46卷 第1期 刊出日期：2016-02-20

  

机器学习与数据挖掘

基于知识粒度的增量约简算法

景运革,李天瑞

2016, 46(1):  1-9.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.2.2015.033

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在现实中,许多数据库都是动态变化的,非增量约简方法处理这些数据需要花费大量的时间和空间。增量技术是处理动态数据的有效方法。首先介绍了计算知识粒度的增量机制,然后提出了基于知识粒度的增量约简算法,当一些对象增加到决策表时,能够利用原有决策表的知识粒度和约简,快速计算出增加对象后的知识粒度和约简,并通过理论分析验证了增量方法可以减少计算属性约简的时间复杂度,最后用增量方法和非增量方法对UCI数据集进行一系列试验。试验结果表明,所提增量算法在处理动态数据时能够节省大量的计算时间。

基于短信文本信息流的多热点事件挖掘

刘金岭1, 王新功2, 周泓1

2013, 43(03):  7-12. 

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短信文本信息流携带了丰富的信息资源,为了在其中挖掘出多热点事件,给出了短信文本信息流在线分检算法,该方法采用特征词共现频度定义了特征词相关度,综合前导信息集合及信息产生频率定义了短信文本相似度。并且每聚类到一个时间段后,就对已聚类的短信文本进行周期分类。该算法对大数量短文本信息流的多热点事件检索效率较高,同时减少了信息的误检和漏检的可能性。在真实数据集上与SinglePass算法进行比较实验,其结果表明了各项指标都有不同程度的提高。

基于全局距离和类别信息的邻域保持嵌入算法

梅清琳,张化祥

2016, 46(1):  10-14.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.296

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提出一种基于全局距离和类别信息的邻域保持嵌入算法。该方法在使用欧氏距离构造邻域图中,加入表征全局距离的全局因子和表示类别信息的函数项,全局因子可以使分布不均匀的样本变得平滑均匀,类别信息可以使同类样本点紧凑异类样本点疏离,通过提高所选邻近点的质量,优化数据的局部邻域,使降维后的数据具有更好的可分性。试验结果表明,该算法具有较高的准确率,优于传统的邻域保持嵌入算法。

基于Map/Reduce的时间序列相似性搜索算法

王会青,孙宏伟,张建辉

2016, 46(1):  15-21.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2015.172

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将并行计算的策略引入到时间序列处理中,提出基于Map/Reduce的时间序列相似性搜索算法,充分利用云计算可进行大规模计算和数据处理的特点,有效降低了时间序列相似性搜索中运算量,简化了计算过程。该算法在心电图数据集上进行相似性搜索,分别进行PAA下界过滤和DTW距离的计算,验证运算时间和并行加速比随节点变化的情况,与传统的单机运算相比,有效地提高了时间序列挖掘效率。

基于改进SPH的皮肤表面血流模拟算法

王娜,陈国栋,陈怡

2016, 46(1):  22-27.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.222

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针对现有血流真实感绘制中采用的动力学模型精度较低的问题,提出一种基于改进光滑粒与动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)的皮肤表面血流模拟算法。首先对血液模拟算法进行分析,选取Casson流体作为血液流动现象的流体动力学模型;然后,根据Casson流体的动力学方程的特点,对传统的SPH方法进行改进,并用改进后的方法对血液流动现象进行数值计算;最后将得到的血液粒子运动学信息用于模拟皮肤表面的血流过程。试验结果证明,该方法降低了传统方法的复杂度,提高程序的计算精度,为虚拟手术中对皮肤切口出血的仿真研究提供了新思路。

基于多尺度的改进Graph cut算法

樊淑炎, 丁世飞

2016, 46(1):  28-33.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.1.2015.030

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针对Graph cut算法存在着计算复杂度高及可能出现过分割等不足,提出了一种基于多尺度的改进算法,以更好地解决图像分割问题。该算法将多尺度的Normalized cut作为Graph cut算法的目标函数,避免了过分割的现象,同时将精细尺度的精确性和粗糙尺度的易分割性统一结合起来,对像素点进行采样,不仅保留了原来像素点间的关系,还降低了计算复杂度。然后运用基于谱图理论的求解方式,将问题转化为对相似矩阵求解特征值和特征向量的问题,相似度较高。试验结果表明,本研究算法能够对用户选取的图片进行有效地分割,无需用户交互,分割快速且结果精确。

基于薛定谔方程的K-Means聚类算法

徐平安,唐雁,石教开,张辉荣

2016, 46(1):  34-41.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.056

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提出一种基于薛定谔方程的K-Means聚类算法,利用量子力学中薛定谔方程的势能函数来确定初始聚类中心。计算每个数据样本所对应的势能函数值,将势能函数值小的数据样本放入初始聚类中心集合,设置一个距离阈值,数据集合中的数据样本和初始聚类中心集合中的数据样本进行相异度计算,将相异度大于阈值的数据样本放入初始聚类中心集合,重复这一操作,直到初始聚类中心集合中的样本数量等于K为止。试验结果表明,采用该方法能很好地筛选出初始聚类中心,得到更高的聚类结果准确率和较少的迭代次数,与其他几种方法相比,聚类结果准确率平均提高约12%,同时迭代次数减少约3次。

旅行商问题的一种选择性集成求解方法

王立宏,李强

2016, 46(1):  42-48.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.127

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针对大型TSP(traveling salesman problem)实例很难找到最优解的问题,提出了一种选择性集成求解方法。首先通过扩大路径法来选择集成多个较好解,构造出若干个极大路径;然后采用顶点插入法将剩余顶点和这些极大路径连接成一个哈密顿回路;最后使用2-opt方法对该回路进行提升。试验结果表明,算法在5个TSP实例上得出的最好解的最大偏差为1.69%,说明本算法可以有效求解TSP。

隧道深部围岩薄弱区定域控制注浆技术及应用

潘光明,郑东柱

2016, 46(1):  49-55.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.374

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为解决围岩深部注浆薄弱区加固效果差和存在较大注浆操作风险的难题,提出了定域控制注浆技术。通过对定域注浆器的安全性试验,取得了定域注浆器的抗破坏和止浆后的密闭抗压性可靠数据;通过对薄弱区的安全注浆终压选择试验,获得了满足薄弱区注浆加固质量要求的最大安全注浆终压参数;通过注浆材料及其混合浆液的初凝时间试验,获得了适合定域控制注浆要求的浆液配合比及其安全注浆初凝时间。试验结果表明:膨胀止浆塞的安全充填压力为1.5 MPa,止浆后能抵抗12 MPa的注浆压力;无压状态下溢流孔全部均匀出浆时其总过浆面积应为注浆管内径面积的1.0~1.2倍;薄弱区的安全注浆终压应选在其初期加固后的现实强度和再次劈裂压强之间,为2.5~3.0 MPa;基浆试验密度下配比范围为1∶1~2∶1,初凝时间为150~300 s是安全有效的。定域控制注浆技术在对深部围岩薄弱区的注浆加固中能达到安全隔压、控制浆液进行定域注浆的目的,能较好地解决相关技术难题。

掺合镀铜织物纤维电磁屏蔽砂浆性能研究

张宏博,解全一,岳红亚,孟庆宇

2016, 46(1):  56-61.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.313

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为了研究纤维掺量、长度等因素对掺合镀铜织物纤维电磁屏蔽砂浆力学性能、导电性能、电磁屏蔽效能(shielding effectiveness, SE)的影响规律,设计了强度试验、电阻率试验和屏蔽效能试验研究了各因素对金属纤维砂浆性能的影响规律。研究结果表明:金属纤维能够增强砂浆的力学性能和导电性能,纤维砂浆抗折强度比普通砂浆增加14.2%~17.8%,抗压强度增加7.3%~23.1%,电阻率仅为普通砂浆的3.5%。掺加金属纤维后能够提高砂浆中高频电磁屏蔽效能,厚度为2 cm的金属纤维砂浆的体积分数为1%时SE值最高; SE值随着纤维长度的增加逐渐增大,长度为20 mm的金属纤维砂浆在0~700 MHz和2 000~3 000 MHz波频范围SE值较普通砂浆增加约10 dB;砂浆厚度对屏蔽效能影响明显,厚度为3 cm的纤维砂浆SE值几乎为厚度为2 cm的纤维砂浆的2倍,两种厚度砂浆的SE值均超过20 dB,最大值为50 dB。结论可为电磁屏蔽砂浆在民用建筑中的推广和应用提供借鉴。

黄河冲淤积非饱和高塑性黏土的抗剪性状

祝学勇,胡文凯,邢庆涛,李培健,商庆森,满铁强

2016, 46(1):  62-69.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.075

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为揭示非饱和土的抗剪性状与强度机理及关键影响因素,将非饱和土三维状态下的的抗剪强度公式简化为二维轴对称应力状态下的总应力强度公式,并采用常规三轴仪对黄河冲淤积非饱和高塑性黏土进行不同含水率、不同压实度下的不固结不排水试验。试验结果表明:黄河冲淤积高塑性黏土颗粒组成及物理性状具有自身的特殊性,粉粒含量高、塑限低,存在可碾压最小含水率临界范围,即高于最佳含水率约4%左右;该含水率范围是强度下降的临界点。该类土在应力作用下的抗剪性状受饱和度影响,表现为固、液、气相之间的相互作用与转换;对抗剪强度贡献最大的是基质吸力,且抗剪强度比其他非饱和类土大。本研究结论可为揭示非饱和高塑性黏土强度形成机理、确定现场碾压控制指标与工艺提供理论参考。

故宫灵沼轩钢结构动力特性与地震响应

周乾,闫维明,纪金豹

2016, 46(1):  70-79.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.145

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为保护文物建筑,以故宫灵沼轩钢结构为研究对象,采用数值模拟方法,研究了该结构动力特性及地震响应。基于结构残损现状及钢结点的半刚性特性,考虑3种工况来建立灵沼轩钢结构的有限元模型。通过模态分析,研究了不同工况条件下灵沼轩钢结构的基频和主振型。通过时程响应分析,研究了8度常遇地震作用下典型节点的变形及内力响应情况,讨论了结点刚度退化对结构抗震性能的影响。通过8度罕遇地震作用下的响应谱分析,研究了灵沼轩钢结构的抗倒塌能力。研究结果表明:结点刚度退化时,灵沼轩钢结构基频减小,振动形式发生改变;8度常遇地震作用下,结构保持稳定振动状态,其变形响应峰值趋于偏大,内力响应峰值趋于偏小,且均在容许值范围内。8度罕遇地震作用下,各工况条件下的钢结构均有良好的抗倒塌能力。

油田配聚污水水质对聚合物溶液黏度的影响及其机理

胡渤,王芳,高宝玉,徐世平,马宝东

2016, 46(1):  80-85.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.068

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通过单因子试验,分析了油田配聚污水中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺以及S^2-单独作用时对水解聚丙烯酰胺(hydrolyzed polyacrylamide, HPAM)黏度的影响。试验结果表明,上述离子均会造成HPAM溶液黏度下降,其中Fe²⁺的影响最为显著,二价阳离子的影响强于一价阳离子。通过红外光谱和扫描电镜试验结果分析,得出Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺对HPAM黏度的影响是由正电荷屏蔽HPAM分子羧酸基上的负电荷,造成聚合物大分子卷曲引起的。Fe²⁺则是由还原性引发自由基链式反应,造成HPAM分子链断裂,从而使HPAM黏度下降。

胜坨油田回注水系统金属腐蚀机理研究

孙立梅,崔洁,高国强,卢建平,岑瑗瑗,刘超,穆晓滨

2016, 46(1):  86-92.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2014.298

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为降低回注水腐蚀率、提升注水水质,以回注水系统中的金属试片为主要研究对象,研究了试片上附着物的组成,并结合回注水中可腐蚀因素讨论了金属腐蚀机理。结果表明,试片上的附着物中,水的质量分数为50%左右,原油的质量分数为11%~33%,无机固体的质量分数为11%~38%,盐酸可溶的无机固体的质量分数为7%~25%,主要为腐蚀产物铁(氢)氧化物与碳酸亚铁、结垢产物碳酸钙镁垢,这主要是由O₂与CO₂引起的电化学腐蚀造成的,且垢下腐蚀明显。污水中原油可以间接加速腐蚀:原油附着于金属表面将污水圈闭,形成静态腐蚀环境,有利于腐蚀结垢晶体形成。静态试片腐蚀产物中存在FexSy晶体,而在流动状态下,Fe²⁺与S^2-反应形成的硫铁化合物以无定形存在,且污水中与试片上并未含有大量硫酸盐还原菌SRB,因此SRB不是腐蚀的主要因素。

蝶翅结构负载银颗粒表面增强拉曼散射性能

刘德琦,张帆,范同祥

2016, 46(1):  93-98.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2015.031

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将银粗糙化的蝶翅三维结构引入到表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering, SERS)基材中,提高检测效果。采用绿带翠凤蝶蝶翅作为基板,将纳米银金属颗粒负载其上,合成了经有序粗糙化的表面增强拉曼散射基底。采用场发射扫描电镜及透射电镜分析了有序银粗糙化蝶翅SERS基底的形貌特征。并以罗丹明6G作为探针分子,可检测到浓度低至10^-14mol/L的标样溶液,且检测效果好于二维平板SERS基底,经计算得到绿带翠凤蝶SERS基底的增强因子为1.57×10⁷。在试验的基础上,结合三维有限时域差分的计算方法(finite difference time domain, FDTD),模拟计算得到绿带翠凤蝶SERS基底的电场强度E分布,其log|E|²的值为3.85,其对激发光的反射率仅为6%。研究表明银粗糙化的蝶翅三维结构,可以使表面的电场强度有显著增强。