目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP...目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP波的连续值,本研究期望基于卷积神经网络-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。方法构建CNN-LSTM混合神经网络模型,利用重症监护医学信息集(medical information mart for intensive care,MIMIC)中的PPG与ABP波同步记录信号数据,将PPG信号波经预处理降噪、归一化、滑窗分割后输入该模型,重建与之同步对应的ABP波信号。结果使用窗口长度312的CNN-LSTM神经网络时,重建ABP值与实际ABP值间误差最小,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为2.79 mmHg和4.24 mmHg,余弦相似度最大,重建ABP值与实际ABP值一致性和相关性情况良好,符合美国医疗器械促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)标准。结论CNN-LSTM混合神经网络可利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。展开更多
在移动通信网络快速发展的背景下,蜂窝流量预测对于网络规划、优化和资源管理具有重大意义。针对蜂窝流量数据的复杂性和非线性特点,提出一种基于二次分解的混合神经网络蜂窝流量预测方法。首先,采用自适应噪声的完备集合经验模式分解(c...在移动通信网络快速发展的背景下,蜂窝流量预测对于网络规划、优化和资源管理具有重大意义。针对蜂窝流量数据的复杂性和非线性特点,提出一种基于二次分解的混合神经网络蜂窝流量预测方法。首先,采用自适应噪声的完备集合经验模式分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)方法将原始流量分解为多个子序列,利用K-Shape聚类算法重构为频率序列和趋势序列。为了更细致地揭示数据的内在结构,运用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法对频率序列进行二次分解,生成多维频率序列。然后,将一维趋势序列和多维频率序列分别输入至局部特征提取模块,其中单通道特征提取层利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolution neural network,1DCNN)提取一维趋势序列的局部特征,而多通道特征提取层则结合卷积块注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)捕捉多维频率序列中的关键信息。紧接着将提取到的特征向量分别输入到时序信息学习模块中,利用双向长短时记忆(bidirectional long short term memory,BiLSTM)网络和注意力机制学习时序变化规律,完成预测流量的输出。最后,通过对趋势序列和频率序列的预测结果求和,实现对蜂窝流量的准确预测。为了验证所提方法的有效性,利用公开数据集进行实验验证,并与多种不同方法进行对比。实验结果表明,所提预测方法展现出更优的预测性能,为蜂窝网络的智能管理和优化提供了有力支持。展开更多
基于机器学习方法的暂态稳定评估已成为电力系统分析与控制领域的热点,由于实际系统中存在不能实现相量测量单位(PMU)的全面覆盖以及数据采集存在噪声的问题,使得传统机器学习方法的评估性能受到较大限制。针对此,构建了一种在PMU最优...基于机器学习方法的暂态稳定评估已成为电力系统分析与控制领域的热点,由于实际系统中存在不能实现相量测量单位(PMU)的全面覆盖以及数据采集存在噪声的问题,使得传统机器学习方法的评估性能受到较大限制。针对此,构建了一种在PMU最优布点上的时间序列特征,提出了一种将改进卷积神经网络(improved convolutional neural network,ICNN)与双向长短时记忆网络(bidirectional long short term memory network,BiLSTM)进行融合的评估方法。该方法首先利用BiLSTM提取电压、相角以及有功功率三种基本电气量的时间序列特征,随后通过卷积和池化操作对数据进行进一步的数据挖掘,最后利用轻量梯度提升机完成对数据的分类。为了避免出现过拟合现象,该方法还通过正则化、Dropout等方式提升模型的泛化性能。在新英格兰10机39节点上的算例表明,该方法能利用基本电气量数据进行暂态稳定评估,且在复杂条件下仍能保持较好的评估性能。展开更多
针对人体活动传感器数据的时序性特点,以及当前机器学习算法过度依赖手工特征提取的问题,提出了一种融合卷积神经网络和双向长短期记忆网络的深度学习模型(convolutional neural network-bidirectional long short term memory network,...针对人体活动传感器数据的时序性特点,以及当前机器学习算法过度依赖手工特征提取的问题,提出了一种融合卷积神经网络和双向长短期记忆网络的深度学习模型(convolutional neural network-bidirectional long short term memory network,CNN-BiLSTM)进行人体活动识别(human activity recognition,HAR)。首先对人体活动数据进行样本分割,然后采用卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)自动提取人体活动数据的特征,再通过双向长短时记忆网络(bi-directional long-short term memory,BiLSTM)学习人体活动数据特征在时间序列上前后两个方向的相关性,最后利用softmax分类器实现对人体活动分类。DaLiAc公开数据集上的仿真实验结果表明:基于CNN-BiLSTM网络的人体活动识别方法对13种人体活动的识别准确率达到了97.7%,与仅具备时间特征学习的LSTM网络和BiLSTM网络相比,具有更好的识别分类效果。展开更多
为了解决冲击噪声下长短时记忆(long short term memory,LSTM)神经网络调制信号识别方法抗冲击噪声能力弱和超参数难以确定的问题,本文提出了一种演化长短时记忆神经网络的调制识别方法。利用基于短时傅里叶变换的卷积神经网络(convolut...为了解决冲击噪声下长短时记忆(long short term memory,LSTM)神经网络调制信号识别方法抗冲击噪声能力弱和超参数难以确定的问题,本文提出了一种演化长短时记忆神经网络的调制识别方法。利用基于短时傅里叶变换的卷积神经网络(convolution neural network,CNN)去噪模型对数据集去噪;结合量子计算机制和旗鱼优化器(sailfish optimizer,SFO)设计了量子旗鱼算法(quantum sailfish algorithm,QSFA)去演化LSTM神经网络以获得最优的超参数;使用演化长短时记忆神经网络作为分类器进行自动调制信号识别。仿真结果表明,采用所设计的CNN去噪和演化长短时记忆神经网络模型,识别准确率有了大幅度的提高。量子旗鱼算法演化LSTM神经网络模型降低了传统LSTM神经网络容易陷于局部极小值或者过拟合的概率,当混合信噪比为0 dB,所提方法对11种调制信号的平均识别准确率达到90%以上。展开更多
文摘目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP波的连续值,本研究期望基于卷积神经网络-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。方法构建CNN-LSTM混合神经网络模型,利用重症监护医学信息集(medical information mart for intensive care,MIMIC)中的PPG与ABP波同步记录信号数据,将PPG信号波经预处理降噪、归一化、滑窗分割后输入该模型,重建与之同步对应的ABP波信号。结果使用窗口长度312的CNN-LSTM神经网络时,重建ABP值与实际ABP值间误差最小,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为2.79 mmHg和4.24 mmHg,余弦相似度最大,重建ABP值与实际ABP值一致性和相关性情况良好,符合美国医疗器械促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)标准。结论CNN-LSTM混合神经网络可利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。
文摘在移动通信网络快速发展的背景下,蜂窝流量预测对于网络规划、优化和资源管理具有重大意义。针对蜂窝流量数据的复杂性和非线性特点,提出一种基于二次分解的混合神经网络蜂窝流量预测方法。首先,采用自适应噪声的完备集合经验模式分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)方法将原始流量分解为多个子序列,利用K-Shape聚类算法重构为频率序列和趋势序列。为了更细致地揭示数据的内在结构,运用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法对频率序列进行二次分解,生成多维频率序列。然后,将一维趋势序列和多维频率序列分别输入至局部特征提取模块,其中单通道特征提取层利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolution neural network,1DCNN)提取一维趋势序列的局部特征,而多通道特征提取层则结合卷积块注意力模块(convolutional block attention module,CBAM)捕捉多维频率序列中的关键信息。紧接着将提取到的特征向量分别输入到时序信息学习模块中,利用双向长短时记忆(bidirectional long short term memory,BiLSTM)网络和注意力机制学习时序变化规律,完成预测流量的输出。最后,通过对趋势序列和频率序列的预测结果求和,实现对蜂窝流量的准确预测。为了验证所提方法的有效性,利用公开数据集进行实验验证,并与多种不同方法进行对比。实验结果表明,所提预测方法展现出更优的预测性能,为蜂窝网络的智能管理和优化提供了有力支持。
文摘基于机器学习方法的暂态稳定评估已成为电力系统分析与控制领域的热点,由于实际系统中存在不能实现相量测量单位(PMU)的全面覆盖以及数据采集存在噪声的问题,使得传统机器学习方法的评估性能受到较大限制。针对此,构建了一种在PMU最优布点上的时间序列特征,提出了一种将改进卷积神经网络(improved convolutional neural network,ICNN)与双向长短时记忆网络(bidirectional long short term memory network,BiLSTM)进行融合的评估方法。该方法首先利用BiLSTM提取电压、相角以及有功功率三种基本电气量的时间序列特征,随后通过卷积和池化操作对数据进行进一步的数据挖掘,最后利用轻量梯度提升机完成对数据的分类。为了避免出现过拟合现象,该方法还通过正则化、Dropout等方式提升模型的泛化性能。在新英格兰10机39节点上的算例表明,该方法能利用基本电气量数据进行暂态稳定评估,且在复杂条件下仍能保持较好的评估性能。
文摘针对人体活动传感器数据的时序性特点,以及当前机器学习算法过度依赖手工特征提取的问题,提出了一种融合卷积神经网络和双向长短期记忆网络的深度学习模型(convolutional neural network-bidirectional long short term memory network,CNN-BiLSTM)进行人体活动识别(human activity recognition,HAR)。首先对人体活动数据进行样本分割,然后采用卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)自动提取人体活动数据的特征,再通过双向长短时记忆网络(bi-directional long-short term memory,BiLSTM)学习人体活动数据特征在时间序列上前后两个方向的相关性,最后利用softmax分类器实现对人体活动分类。DaLiAc公开数据集上的仿真实验结果表明:基于CNN-BiLSTM网络的人体活动识别方法对13种人体活动的识别准确率达到了97.7%,与仅具备时间特征学习的LSTM网络和BiLSTM网络相比,具有更好的识别分类效果。
文摘为了解决冲击噪声下长短时记忆(long short term memory,LSTM)神经网络调制信号识别方法抗冲击噪声能力弱和超参数难以确定的问题,本文提出了一种演化长短时记忆神经网络的调制识别方法。利用基于短时傅里叶变换的卷积神经网络(convolution neural network,CNN)去噪模型对数据集去噪;结合量子计算机制和旗鱼优化器(sailfish optimizer,SFO)设计了量子旗鱼算法(quantum sailfish algorithm,QSFA)去演化LSTM神经网络以获得最优的超参数;使用演化长短时记忆神经网络作为分类器进行自动调制信号识别。仿真结果表明,采用所设计的CNN去噪和演化长短时记忆神经网络模型,识别准确率有了大幅度的提高。量子旗鱼算法演化LSTM神经网络模型降低了传统LSTM神经网络容易陷于局部极小值或者过拟合的概率,当混合信噪比为0 dB,所提方法对11种调制信号的平均识别准确率达到90%以上。
