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多方法融合的卷积神经网络模型压缩方法
1
作者 郭开泰 李宇哲 +4 位作者 付东豪 郑洋 任胜寒 胡海虹 梁继民 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第3期232-241,共10页
卷积神经网络在实际应用中的计算和存储成本较高,因此模型压缩技术成为部署此类模型的关键。然而,单一压缩技术通常会导致性能下降、泛化能力降低或计算复杂度增加的问题。为此提出了一种融合模型剪枝、知识蒸馏和模型量化的压缩框架。... 卷积神经网络在实际应用中的计算和存储成本较高,因此模型压缩技术成为部署此类模型的关键。然而,单一压缩技术通常会导致性能下降、泛化能力降低或计算复杂度增加的问题。为此提出了一种融合模型剪枝、知识蒸馏和模型量化的压缩框架。首先通过稀疏化训练对模型进行剪枝,减少冗余通道;随后,以原始模型作为教师网络,利用知识蒸馏方法对剪枝后的学生网络进行指导,提升压缩模型的性能;最后采用模型量化技术对压缩后的网络进一步优化以提高其适用性。利用卷积网络中的分类模型和目标检测模型对所提出方法进行测试,实验结果表明,该模型压缩框架能够有效降低模型的存储和计算需求,在多个测试模型上,模型大小缩减幅度超过90%,推理速度提升3~4倍,同时精度损失控制在2%以内。提出的多方法融合的模型压缩框架在保证卷积神经网络模型性能的同时,减少了模型大小,提升了推理速度,适用于资源受限环境中卷积神经网络的高效部署。 展开更多
关键词 模型压缩 卷积神经网络 模型剪枝 知识蒸馏 模型量化
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基于一维残差卷积神经网络的Pi2脉动识别模型 被引量：1
2
作者 张怡悦 邹自明 方少峰 《空间科学学报》 北大核心 2025年第1期66-81,共16页
Pi2脉动是一种不规则的超低频波(Ultra-Low Frequency,ULF),是磁层与电离层耦合的重要瞬态响应,其发生与亚暴爆发有密切的关系.Pi2脉动作为地球磁层中的一种扰动现象,其发生信号隐藏在地磁场分量观测数据中.面对持续增长的观测数据量,... Pi2脉动是一种不规则的超低频波(Ultra-Low Frequency,ULF),是磁层与电离层耦合的重要瞬态响应,其发生与亚暴爆发有密切的关系.Pi2脉动作为地球磁层中的一种扰动现象,其发生信号隐藏在地磁场分量观测数据中.面对持续增长的观测数据量,如何有效地判断某段地磁场分量观测数据中是否有Pi2脉动发生,是构建Pi2脉动识别模型的关键.利用子午工程磁通门磁力仪观测的地磁场分量数据,基于一维残差卷积神经网络(One-Dimensional Residual Convolutional Neural Network,1D-ResCNN),构建了一个端到端的Pi2脉动识别模型,用于判别某段地磁场分量观测数据中是否有Pi2脉动发生.实验结果表明,该模型与现有公开发表的Pi2脉动机器学习识别模型相比,具有更高的识别准确率和更低的虚报率、漏报率. 展开更多
关键词 Pi2脉动 Pi2脉动识别模型 一维残差卷积神经网络
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基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测 被引量：6
3
作者 冯双 彭祥佳 +5 位作者 陈佳宁 陆友文 陈力 洪希 雷家兴 汤奕 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1298-1309,I0005,共13页
振荡源定位与传播预测是抑制强迫振荡和保证电力系统稳定的关键。现有方法未能充分利用电网的空间拓扑信息和振荡的时序特征,限制了定位和预测的精度。因此,该文提出一种基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测方法。首先,根... 振荡源定位与传播预测是抑制强迫振荡和保证电力系统稳定的关键。现有方法未能充分利用电网的空间拓扑信息和振荡的时序特征,限制了定位和预测的精度。因此,该文提出一种基于时空图卷积神经网络的强迫振荡定位与传播预测方法。首先,根据节点特征和拓扑信息构建图数据,考虑到强迫振荡传播的快速性,通过切比雪夫多项式扩大节点空间感受野,提取振荡空间特征。同时,利用门控循环单元网络提取多个节点振荡数据的时序关联,通过时空图卷积单元融合空间和时序特征。然后,将定位与传播预测分别建模为分类和回归问题,训练时空图卷积神经网络模型。算例分析表明,所提方法具有更高的准确率,且在噪声和部分节点数据缺失的情况下依然具有较好的性能。 展开更多
关键词 强迫振荡 振荡源定位 振荡传播 时空图卷积神经网络
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基于ConvNeXt卷积神经网络模型对烟叶成熟度识别的研究
4
作者 郭雨萌 肖亦雄 +4 位作者 肖孟宇 马云明 谭军 周喜新 范伟 《北方农业学报》 2025年第1期125-134,共10页
【目的】确定ConvNeXt卷积神经网络模型在烟叶成熟度识别中最适用于便携手持设备应用的主流图像预处理方法。【方法】使用便携手持图像采集设备采集烟叶图像,应用高斯缩放、对比增强、色彩增强和裁剪缩放4种预处理方法,结合ConvNeXt卷... 【目的】确定ConvNeXt卷积神经网络模型在烟叶成熟度识别中最适用于便携手持设备应用的主流图像预处理方法。【方法】使用便携手持图像采集设备采集烟叶图像,应用高斯缩放、对比增强、色彩增强和裁剪缩放4种预处理方法,结合ConvNeXt卷积神经网络构建模型,记录模型对烟叶成熟度识别的准确率、训练耗时和模型大小。通过对比分析不同预处理方法在性能、训练效率和模型大小上的表现,评估ConvNeXt卷积神经网络模型在便携设备上识别烟叶成熟度的应用潜力。【结果】在4种图像预处理方法中,高斯缩放在结合ConvNeXt卷积神经网络模型进行烟叶成熟度识别时综合表现最优,高斯缩放预处理后的模型准确率达到97.68%,优于对比增强、色彩增强和裁剪缩放,且训练耗时仅为8.927 min,模型大小为63.5 MB,兼具高效性与轻量化特征。在对比YOLO和XGBoost等其他模型时,高斯缩放结合ConvNeXt卷积神经网络构建的模型在各项指标中均表现突出,尤其在准确率和训练时间上展现出明显优势,适配便携手持设备的应用需求。【结论】高斯缩放作为图像预处理方法,能有效提升ConvNeXt卷积神经网络模型在烟叶成熟度识别任务中的准确性和运行效率。高斯缩放结合ConvNeXt卷积神经网络构建的模型训练速度快、占用资源少,适合在便携手持图像采集设备上使用。 展开更多
关键词 ConvNeXt卷积神经网络模型 烟叶成熟度识别 便携手持图像采集设备 智能化图像识别 图像预处理方法
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基于卷积神经网络与轻量级梯度提升树组合模型的电力行业短期以电折碳方法
5
作者 曾金灿 何耿生 +3 位作者 李姚旺 杜尔顺 张宁 朱浩骏 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第6期746-757,共12页
电力行业是碳排放的重点控排行业,准确、实时的电力行业碳排放计量是支撑其降碳减排的基础.目前,电力行业的碳排放计量主要基于实测法或核算法,难以很好地兼顾低计量成本与实时计量能力.为此,充分考虑电力行业良好的电力数据基础,挖掘电... 电力行业是碳排放的重点控排行业,准确、实时的电力行业碳排放计量是支撑其降碳减排的基础.目前,电力行业的碳排放计量主要基于实测法或核算法,难以很好地兼顾低计量成本与实时计量能力.为此,充分考虑电力行业良好的电力数据基础,挖掘电-碳间的相关关系,以电力历史数据为基础,基于机器学习方法提出一种电力行业短期以电折碳方法,实时估算电力行业短期碳排放情况.该方法使用卷积神经网络进行特征提取,并采用轻量级梯度提升树算法开展基于特征提取值的碳排放测算.此外,为了提升模型的泛化能力和鲁棒性,在模型训练中采用K折交叉验证技术,在模型参数优化过程中采用网格搜索技术.最后,为了验证所提模型的有效性,对比所提模型和其他机器学习模型在同等数据集划分条件下分别基于日度数据集与小时数据集中进行训练的效果.结果表明:所提模型在效果评估和测算值与目标值分布分析中均优于其他模型,能够较好地反映电力行业的短期碳排放情况. 展开更多
关键词 以电折碳 卷积神经网络 轻量级梯度提升树算法 碳排放 机器学习 组合模型
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基于可拓展自注意力时空图卷积神经网络的用户轨迹识别模型
6
作者 雷天亮 吉立新 +2 位作者 王庚润 刘树新 巫岚 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3741-3750,共10页
用户轨迹识别作为一项重要的时空数据挖掘任务,广泛应用于基于位置的个性化服务推荐、行程规划、犯罪行为检测和目标跟踪等领域,但依然面临预测精度不高的问题,主要原因是轨迹数据低采样且稀疏、轨迹类别数量巨大等.针对上述问题提出了... 用户轨迹识别作为一项重要的时空数据挖掘任务,广泛应用于基于位置的个性化服务推荐、行程规划、犯罪行为检测和目标跟踪等领域,但依然面临预测精度不高的问题,主要原因是轨迹数据低采样且稀疏、轨迹类别数量巨大等.针对上述问题提出了基于可拓展自注意力时空图卷积神经网络的用户轨迹识别模型(Expandable Self-Attention Spatio-Temporal Graph Convolutional Neural Networks,ESAST-GCNN),该模型采用时空图卷积神经网络方式,深度挖掘时序特征与空间特征关系,并进行预测与拓展,结合自注意力机制获取用户轨迹特征向量内部相关性,最终根据该特征向量进行用户轨迹身份识别.在两个真实数据集上进行测试后发现,ESAST-GCNN相较于TULER-GRU(TUL via Embedding and RNN)在Geolife与Gowalla中准确率分别提高了13.95%、10.63%,实验结果表明ESAST-GCNN优于其他模型,识别效果更好,适用范围更广. 展开更多
关键词 用户轨迹识别 时空图卷积神经网络 自注意力机制 深度学习 时空序列
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基于卷积神经网络的内窥镜图像识别及FPGA实现
7
作者 刘生山 林金朝 +2 位作者 庞宇 王元发 周前能 《现代电子技术》 北大核心 2025年第11期156-162,共7页
为提高内窥镜病灶识别准确率和速度,减少检测仪器功耗,针对现有VGG16网络模型参数量大、FPGA加速困难等缺陷,文中提出一种改进VGG的图像识别电路系统,并将该系统首次应用于内窥镜图像病灶识别。首先,通过软件技术优化VGG算法卷积层和全... 为提高内窥镜病灶识别准确率和速度,减少检测仪器功耗,针对现有VGG16网络模型参数量大、FPGA加速困难等缺陷,文中提出一种改进VGG的图像识别电路系统,并将该系统首次应用于内窥镜图像病灶识别。首先,通过软件技术优化VGG算法卷积层和全连接层,增加自适应平均池化层;然后设计优化的卷积IP核,实现卷积和最大池化FPGA加速。为减少模型参数量,有效降低FPGA资源消耗,将改进网络层和批归一化层融合。实验结果表明,改进后的网络模型平均识别准确率为95.59%,模型大小为35.90 MB,相比原始网络准确率提升了3.24%,模型参数量减少92.99%。FPGA板级检测时间为0.55 s/张,相较ARM端和CPU端检测时间减少1509.06 s/张和0.14 s/张。通过优化和改进,提出的电路系统显著提升了内窥镜病灶识别的效率和准确率,有效降低了硬件资源消耗。 展开更多
关键词 卷积神经网络 VGG模型 FPGA 内窥镜图像识别 高层次综合工具 软硬协同
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基于时空关联的时空图卷积神经网络城市轨道交通进站客流预测
8
作者 王润祺 郝妍熙 +2 位作者 胡华 方勇 刘志钢 《城市轨道交通研究》 北大核心 2024年第9期91-96,共6页
[目的]准确的短时客流预测对于提高超大规模城市轨道交通线网的运营和管理效率具有重要意义,而目前现有研究对于深度挖掘时空关联性仍不够充分,为此基于短时客流的时空规律提出了基于客流时空关联特征的STGCN(时空图卷积神经网络)模型。... [目的]准确的短时客流预测对于提高超大规模城市轨道交通线网的运营和管理效率具有重要意义,而目前现有研究对于深度挖掘时空关联性仍不够充分,为此基于短时客流的时空规律提出了基于客流时空关联特征的STGCN(时空图卷积神经网络)模型。[方法]首先,通过切比雪夫图卷积网络捕捉超大规模城市轨道交通网络的空间相关性,借助门控循环单元挖掘多时空关联特征下客流的时间相关性;然后,分析待预测车站历史客流数据相关性及OD(起讫点)客流数据相关性,以深入提取时空相关性;最后,结合客流时空关联特征建立STGCN模型。[结果及结论]以上海地铁江苏路站为例,进行短时进站客流预测,结果表明采用时空关联特征参数的预测结果较未加入特征参数的预测精度提高了16%,预测效果较优。 展开更多
关键词 城市轨道交通 短时进站客流预测 时空关联性 时空图卷积神经网络
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融合深度强化学习的卷积神经网络联合压缩方法
9
作者 马祖鑫 崔允贺 +4 位作者 秦永彬 申国伟 郭春 陈意 钱清 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第6期210-219,共10页
随着边缘计算、边缘智能等概念的兴起,卷积神经网络的轻量化部署逐渐成为研究热点。传统的卷积神经网络压缩技术通常分阶段地、独立地执行剪枝与量化策略,但这种方式没有考虑剪枝与量化过程的相互影响,使其无法达到最优的剪枝与量化结果... 随着边缘计算、边缘智能等概念的兴起,卷积神经网络的轻量化部署逐渐成为研究热点。传统的卷积神经网络压缩技术通常分阶段地、独立地执行剪枝与量化策略,但这种方式没有考虑剪枝与量化过程的相互影响,使其无法达到最优的剪枝与量化结果,影响压缩后的模型性能。针对以上问题,提出一种基于深度强化学习的神经网络联合压缩方法——CoTrim。CoTrim同时执行通道剪枝与权值量化,利用深度强化学习算法搜索出全局最优的剪枝与量化策略,以平衡剪枝与量化对网络性能的影响。在CIFAR-10数据集上对VGG和ResNet进行实验,实验表明,对于常见的单分支卷积和残差卷积结构,CoTrim能够在精度损失仅为2.49个百分点的情况下,将VGG16的模型大小压缩至原来的1.41%。在复杂数据集Imagenet-1K上对紧凑网络MobileNet和密集连接网络DenseNet进行实验,实验表明,对于深度可分离卷积结构以及密集连接结构,CoTrim依旧能保证精度损失在可接受范围内将模型压缩为原始大小的1/5~1/8。 展开更多
关键词 卷积神经网络 深度强化学习 模型压缩 通道剪枝 权值量化 边缘智能
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考虑层敏感性的卷积神经网络混合精度量化方法
10
作者 刘海军 张晨曦 +3 位作者 王析羽 陈长林 陈军 李智炜 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期143-150,共8页
针对如何将神经网络保真映射到资源受限的嵌入式设备这一问题,提出基于层敏感性分析的卷积神经网络混合精度量化方法。通过计算Hessian矩阵平均迹衡量卷积层参数的敏感性,为位宽分配提供依据;使用逐层升降方法进行位宽分配,最终完成网... 针对如何将神经网络保真映射到资源受限的嵌入式设备这一问题,提出基于层敏感性分析的卷积神经网络混合精度量化方法。通过计算Hessian矩阵平均迹衡量卷积层参数的敏感性,为位宽分配提供依据;使用逐层升降方法进行位宽分配,最终完成网络模型的混合精度量化。实验结果表明,与DoReFa和LSQ+两种固定精度量化方法相比,所提出的混合精度量化方法在平均位宽为3 bit的情况下将识别准确率提高了10.2%和1.7%;与其他混合精度量化方法相比,所提方法识别准确率提高了1%以上。此外,加噪训练能够有效提高混合精度量化方法的鲁棒性,在噪声标准差为0.5的情况下,将识别准确率提高了16%。 展开更多
关键词 卷积神经网络 模型量化 人工智能 混合精度
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基于Zynq的卷积神经网络加速器设计
11
作者 孟凡开 张峰 +1 位作者 李淼 张多利 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期904-909,共6页
针对卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)嵌入式部署资源开销大、运行速度慢等问题,文章提出一种以Tiny-YOLOv3作为算法模型的CNN硬件加速器。首先,基于Tiny-YOLOv3网络各层的特性和要求设计CNN加速器实现方案,将权重系数... 针对卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)嵌入式部署资源开销大、运行速度慢等问题,文章提出一种以Tiny-YOLOv3作为算法模型的CNN硬件加速器。首先,基于Tiny-YOLOv3网络各层的特性和要求设计CNN加速器实现方案,将权重系数按位分割,面向单bit权重设计卷积加速器,通过逐位实施达到处理速度和识别率的高效平衡;然后,采用查表选择法实现卷积算子的乘加运算,设计一款6×3×16的三维加速器计算阵列,可单周期完成288个卷积窗口计算;最后,在Xilinx Zynq UltraScale+MPSoC系列芯片上对设计的CNN加速器进行性能测试。实验结果表明,该CNN加速器在200 MHz频率下具有518.4 GOPS的算力,比现有的解决方案性能提高了约63%。 展开更多
关键词 卷积神经网络(CNN) Tiny-YOLOv3网络模型 硬件加速 流水阵列 并行运算
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基于卷积神经网络和Transformer的电能质量扰动分类
12
作者 王高峰 张昊 +1 位作者 钱云 高蔓 《现代电子技术》 北大核心 2025年第16期113-122,共10页
随着新能源的大规模应用,电能质量扰动(PQDs)事件的概率显著增加,而这些扰动会给配电系统造成重大损失。因此,提出一种基于卷积神经网络(CNN)和Transformer的PQDs分类方法,即CTranCAM。该方法通过CNN的卷积操作自动提取PQDs信号时间序... 随着新能源的大规模应用,电能质量扰动(PQDs)事件的概率显著增加,而这些扰动会给配电系统造成重大损失。因此,提出一种基于卷积神经网络(CNN)和Transformer的PQDs分类方法,即CTranCAM。该方法通过CNN的卷积操作自动提取PQDs信号时间序列的局部特征,然后使用Transformer中的多头注意力机制对提取的特征进行全局和长期关系建模,以弥补CNN在处理全局信息方面的缺陷,最后通过全连接层输出识别结果。使用CTranCAM方法对25类合成PQDs数据进行仿真,结果表明,该方法的分类准确率在无噪声条件下为99.60%,在信噪比为30 dB、40 dB和50 dB时,准确率分别达到了99.20%、99.36%和99.40%,具有良好的抗噪性和泛化性能。另外,通过与其他方法的性能比较得出,所提方法在不同噪声环境下都具有较好的分类性能,是一种较优秀的PQDs分类方法。 展开更多
关键词 电能质量扰动 卷积神经网络 Transformer模型 多头注意力机制 特征提取 分类性能
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基于串联深度神经网络的跨坐式单轨车辆轮胎径向载荷识别模型 被引量：1
13
作者 任利惠 周荣笙 +1 位作者 季元进 曾俊玮 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期136-148,共13页
针对识别跨坐式单轨车辆轮胎径向载荷时直接测量法成本昂贵、定制复杂,而基于物理模型的方法稳定性差、计算量大、精度不足的问题,建立车辆动力学模型,兼顾物理关系合理性和测量便捷性,选取可通过能观性分解得到的车体和构架振动加速度... 针对识别跨坐式单轨车辆轮胎径向载荷时直接测量法成本昂贵、定制复杂,而基于物理模型的方法稳定性差、计算量大、精度不足的问题,建立车辆动力学模型,兼顾物理关系合理性和测量便捷性,选取可通过能观性分解得到的车体和构架振动加速度以及易直接测量的位移、转角和角速度等车辆姿态信息构建数据集,并验证动力学模型的准确性;预处理数据集时,向其中混入噪声增强数据鲁棒性,进行归一化处理便于数据计算,扩充时间步长增强数据的时序关联性;在此基础上,构建基于一维卷积神经网络(1DCNN)和双向门控循环单元(BiGRU)串联深度神经网络的轮胎径向载荷识别模型,采用Hyperband算法进行模型的超参数优化,在学习率、批量大小和优化器种类最优下通过设置合理的卷积核尺寸和门控循环单元个数规划各层数据维度,在1DCNN中引入逐点卷积和膨胀卷积以提升模型识别效果,并从准确性、鲁棒性和泛化性3个方面对模型的载荷识别效果进行评估。结果表明:与传统模型相比,基于1DCNN-BiGRU的载荷识别模型均方误差较低,低于0.106,准确性较高;数据混入信噪比低至27 dB噪声时仍具有较好的识别效果,鲁棒性较强;在不同的曲线半径、曲线超高率和惯性参数扰动工况下仍能维持较好的识别效果,泛化性较好。 展开更多
关键词 载荷识别 跨坐式单轨车辆 卷积神经网络 双向门控循环单元 超参数优化 车辆动力学模型
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基于改进Kolmogorov-Arnold混合卷积神经网络的调制识别方法
14
作者 郑庆河 刘方霖 +4 位作者 余礼苏 姜蔚蔚 黄崇文 李斌 束锋 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第8期2584-2597,共14页
针对苛刻通信场景下调制方式识别精度低且泛化难的问题,该文提出一种改进Kolmogorov-Arnold混合卷积神经网络模型KA-CNN。首先,通过双树复小波包变换将信号分解至多维小波域,结合不同频率分量构建多尺度信号表征,促使神经网络模型学习... 针对苛刻通信场景下调制方式识别精度低且泛化难的问题,该文提出一种改进Kolmogorov-Arnold混合卷积神经网络模型KA-CNN。首先,通过双树复小波包变换将信号分解至多维小波域,结合不同频率分量构建多尺度信号表征,促使神经网络模型学习各频率下的一致性特征;然后设计集成样条函数和非线性激活函数的深度学习结构,利用样条函数解决维度诅咒问题,增强周期性特征的持续学习能力;最后,采用Lipschitz正则化约束的多级网格训练,改善模型面对不同信号参数的适应性,增强跨通信场景的泛化能力。在公开数据集RadioML 2016.10a,RadioML 2018.01a和CSPB.ML.2023的实验表明,KA-CNN具有优异的调制识别精度,当信噪比在16 dB时能够取得90%以上的识别准确率。相较于其它深度学习方法,整体识别精度提升3%~10%,并在各种信噪比条件下具备更强的特征学习能力和泛化性。 展开更多
关键词 调制识别 深度学习 Kolmogorov-Arnold模型 卷积神经网络
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并联卷积神经网络的近红外光谱定量分析模型 被引量：3
15
作者 于水 宦克为 +1 位作者 刘小溪 王磊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1627-1635,共9页
近红外光谱分析已成为工农业生产过程质量监控领域中不可或缺的重要分析手段之一,在食品、农业、医药等定性定量分析领域被广泛应用。预测精度高、运行速度快、泛化能力强的近红外光谱预测模型可用于不同物质的定性定量分析。但由于近... 近红外光谱分析已成为工农业生产过程质量监控领域中不可或缺的重要分析手段之一,在食品、农业、医药等定性定量分析领域被广泛应用。预测精度高、运行速度快、泛化能力强的近红外光谱预测模型可用于不同物质的定性定量分析。但由于近红外光谱数据量的激增,传统的近红外光谱建模方法已经出现明显的不足。随着人工智能技术的不断发展,深度学习算法在近红外光谱分析领域得到了广泛应用。提出了一种基于并联卷积神经网络的近红外光谱定量分析模型(PaBATunNet)。该模型由1个一维卷积层、1个并联卷积模块(Module)、1个展平层、4个全连接层和1个参数调节器(PR)组成,Module模块包括5个子模块分别对光谱数据进行线性及非线性多维特征提取,并通过Concatenate函数将提取后的光谱特征数据进行拼接,PR模块通过调节优化PaBATunNet模型参数,提高模型预测精度。基于Gard-CAM思想给出了PaBATunNet模型高贡献度特征波长,增加了PaBATunNet模型的可解释性。以谷物、柴油、啤酒、牛奶四组公开的近红外光谱数据为例,将PaBATunNet模型的预测结果与偏最小二乘(PLS)、主成分回归(PCR)、支持向量机(SVM)和BP神经网络(BP)模型的预测结果进行比较。结果表明,与PLS相比,PaBATunNet模型在谷物、柴油、啤酒、牛奶数据集的预测精度上分别提高了30.0%、40.7%、43.0%、52.8%;与PCR相比,PaBATunNet模型的预测精度分别提高了28.8%、35.9%、40.8%、52.2%;与SVM相比,PaBATunNet模型的预测精度分别提高了45.5%、37.4%、45.3%、54.7%;与BP相比,PaBATunNet模型的预测精度分别提高了7.9%、32.4%、90.1%、62.0%。基于并联卷积神经网络的近红外光谱建模方法相比于传统建模方法解决了模型预测精度低、运行时间长、泛化能力差以及可解释性不强等问题,可有效应用于工农业生产中不同物质的定量分析,为建立快速、无损、高精度的近红外光谱定量分析模型提供了科学基础。 展开更多
关键词 近红外光谱 深度学习 并联卷积神经网络 定量分析 预测模型
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基于卷积神经网络的福建省区域滑坡灾害预警模型 被引量：10
16
作者 董力豪 刘艳辉 +1 位作者 黄俊宝 刘海宁 《水文地质工程地质》 CSCD 北大核心 2024年第1期145-153,共9页
福建省滑坡灾害频发,开展区域尺度上的滑坡灾害预警是防灾减灾的重要手段,但由于滑坡成灾机理复杂,传统的区域滑坡预警方法存在精度不足等问题。深度学习是指通过构建神经网络模型进行特征的提取、抽象、表示与学习的技术,是机器学习的... 福建省滑坡灾害频发,开展区域尺度上的滑坡灾害预警是防灾减灾的重要手段,但由于滑坡成灾机理复杂,传统的区域滑坡预警方法存在精度不足等问题。深度学习是指通过构建神经网络模型进行特征的提取、抽象、表示与学习的技术,是机器学习的一种。卷积神经网络作为一种经典的深度学习算法,具有比传统机器学习更强大的分类能力与表征能力。文章以福建省为研究区,将卷积神经网络引入滑坡灾害预警领域,构建福建省区域滑坡预警模型,过程及结果如下:(1)采用SMOTE优化算法对2010—2018年福建省滑坡灾害样本库进行优化,扩充正样本的个数,将正负样本比例从1∶3.4扩充到1∶2,样本总量达到18040个;(2)构建卷积神经网络模型结构,模型结构包括一个输入层、两个卷积层、两个最大池化层和一个全连接层以及一个输出层;(3)使用卷积神经网络对优化后的样本(2010—2018年样本的80%作为训练集)进行训练,并用贝叶斯优化算法优化模型超参数,得到福建省区域滑坡预警模型;(4)以2010—2018年样本的20%作为测试集对模型进行测试,采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型测试,结果显示模型准确度为0.96~0.97,AUC值达到0.977,模型精度与泛化能力良好;(5)以2019年汛期滑坡灾害实况作为正样本,通过时空采样的方法采集负样本,构建2019年区域滑坡样本校验集(样本数603个),对模型进行进一步实况校验,采用混淆矩阵、ROC曲线进行模型校验,结果显示模型准确度为0.75~0.85,AUC值为0.852。虽然仅用了2019年汛期的滑坡实况样本进行校验,但也达到较好的效果。将卷积神经网络算法应用到区域滑坡预警中,为建立区域滑坡预警模型提供了一种新的途径,初步校验表明,模型效果良好,今后将在福建省对模型进行进一步的应用与校验。 展开更多
关键词 滑坡灾害 预警模型 深度学习 卷积神经网络 模型构建
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基于双输入输出卷积神经网络代理模型的油藏自动历史拟合研究
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作者 陈旭 张凯 +3 位作者 刘晨 张金鼎 张黎明 姚军 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期165-177,共13页
传统油藏自动历史拟合方法需进行多次计算耗时的油藏数值模拟,而深度学习代理模型可以实现高效且精度近似的油藏数值模拟替代计算。在基于深度学习代理模型的油藏自动历史拟合方法中,通常将采用油藏自动历史拟合方法进行调整的油藏不确... 传统油藏自动历史拟合方法需进行多次计算耗时的油藏数值模拟,而深度学习代理模型可以实现高效且精度近似的油藏数值模拟替代计算。在基于深度学习代理模型的油藏自动历史拟合方法中,通常将采用油藏自动历史拟合方法进行调整的油藏不确定性参数作为深度学习代理模型的输入参数。现有的深度学习代理模型常为单一输入输出的神经网络模型架构,并未考虑油藏自动历史拟合方法需要对多个油藏不确定性参数进行调整,且需要训练多个深度学习代理模型以实现对油藏含水饱和度场分布及压力场分布的预测。为此,提出了一种基于双输入输出卷积神经网络代理模型的油藏自动历史拟合方法,将油藏渗透率场分布及相对渗透率参数作为输入,使用双输入输出卷积神经网络同时对油藏含水饱和度场分布及压力场分布进行预测,利用Peaceman方程计算产量,并耦合到多重数据同化集合平滑器(ES-MDA)方法中,对油藏渗透率场分布及相对渗透率参数进行反演更新,实现较为高效的油藏自动历史拟合求解。研究结果表明:双输入输出卷积神经网络代理模型在指定时间步的油藏含水饱和度场分布、压力场分布的预测精度均为93%以上。相较于传统油藏自动历史拟合方法,基于双输入输出卷积神经网络代理模型的油藏自动历史拟合方法避免了多次调用油藏数值模拟器的计算耗时问题,提高了拟合效率。 展开更多
关键词 油藏自动历史拟合 油藏数值模拟 深度学习 代理模型 双输入输出卷积神经网络
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面向时空图建模的图小波卷积神经网络模型 被引量：10
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作者 姜山 丁治明 +2 位作者 朱美玲 严瑾 徐馨润 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期726-741,共16页
时空图建模是分析图形结构系统中各要素空间关系与时间趋势的一个基础工作.传统的时空图建模方法主要基于图中节点与节点关系固定的显式结构进行空间关系挖掘,这严重限制了模型的灵活性.此外,未考虑节点间的时空依赖关系的传统建模方法... 时空图建模是分析图形结构系统中各要素空间关系与时间趋势的一个基础工作.传统的时空图建模方法主要基于图中节点与节点关系固定的显式结构进行空间关系挖掘,这严重限制了模型的灵活性.此外,未考虑节点间的时空依赖关系的传统建模方法不能捕获节点间的长时时空趋势.为了克服这些缺陷,研究并提出了一种新的用于时空图建模的图神经网络模型,即面向时空图建模的图小波卷积神经网络模型(graph wavelet convolutional neural network for spatiotemporal graph modeling,简称GWNN-STGM).在GWNN-STGM中设计了一个图小波卷积神经网络层,并在该网络层中设计并引入了自适应邻接矩阵进行节点嵌入学习,使得模型能够在不需要结构先验知识的情况下,从数据集中自动发现隐藏的结构信息.此外,GWNN-STGM还包含了一个堆叠的扩张因果卷积网络层,使模型的感受野能够随着卷积网络层数的增加呈指数增长,从而能够处理长时序列.GWNN-STGM成功将图小波卷积神经网络层和扩张因果卷积网络层两个模块进行有效集成.通过在公共交通网络数据集上实验发现,提出的GWNNSTGM的性能优于其他的基准模型,这表明设计的图小波卷积神经网络模型在从输入数据集中探索时空结构方面具有很大的潜力. 展开更多
关键词 图小波卷积 图卷积神经网络 时空图建模 时空结构 图神经网络
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基于图小波卷积神经网络的时空图挖掘模型 被引量：1
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作者 赵世豪 毛国君 +2 位作者 熊保平 黄山 林江宏 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期85-93,共9页
针对传统时空图网络模型对时空序列数据空间结构刻画和时空特性挖掘不充分的问题,提出一种基于图小波神经网络的时空图挖掘模型(ST-GWNN)。基于图小波神经网络通过学习节点特征的局部化表达来捕捉时空序列数据中的空间拓扑结构,时间门... 针对传统时空图网络模型对时空序列数据空间结构刻画和时空特性挖掘不充分的问题,提出一种基于图小波神经网络的时空图挖掘模型(ST-GWNN)。基于图小波神经网络通过学习节点特征的局部化表达来捕捉时空序列数据中的空间拓扑结构,时间门控卷积层通过门控线性单元所堆叠的因果卷积来提取时间特征信息,并将多个时间步的空间图相融合来学习时间和空间2个维度关联特征的能力,以更好地捕获时空序列中复杂的时空相关性信息。在公共交通数据集PEMS-BAY上的实验结果表明,ST-GWNN模型能够获得较好的预测效果,当预测时长为15 min时,在MAE、RMSE、MAPE 3个评价指标上相较于基准模型取得最小值,且较基准模型最优值分别降低了2.31%、6.96%、5.84%;当预测时长为30 min和60 min时,较基准模型最优的MAPE、RMSE值分别降低了4.9%、3.51%和6.05%、6.68%,可适用于图网络属性的时空关系预测任务。 展开更多
关键词 时空图 图神经网络 时空序列数据 图小波网络 因果卷积
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应用卷积神经网络模型的超声特征信号提取算法
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作者 樊丹丹 孔明 +2 位作者 马馨玥 崔志文 徐佳奇 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第12期117-124,共8页
飞行时间差是时差法超声波流量计的关键参数,决定表具的计量精度。该文采用卷积神经网络对超声回波信号进行特征提取,提取的特征用来回归预测飞行时间差。超声回波信号作为模型的输入层,中间层为提高模型性能,加速训练,使用五层卷积层... 飞行时间差是时差法超声波流量计的关键参数,决定表具的计量精度。该文采用卷积神经网络对超声回波信号进行特征提取,提取的特征用来回归预测飞行时间差。超声回波信号作为模型的输入层,中间层为提高模型性能,加速训练,使用五层卷积层、五层池化层及RELU激活函数提取信号特征,输出层回归预测飞行时间差,提高对时间差估计的精度。仿真研究表明,模型预测的准确率高于99%,且有较好的泛化能力。搭建实验平台,进行实验研究,结果表明,卷积神经网络模型用于预测超声回波信号飞行时间差有着较高的测量准确性,其中测量误差优于±1%,重复性优于0.2%。 展开更多
关键词 超声波气体流量计 飞行时间差检测 卷积神经网络模型 回波信号处理
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