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Multi-dimension and multi-modal rolling mill vibration prediction model based on multi-level network fusion
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作者 CHEN Shu-zong LIU Yun-xiao +3 位作者 WANG Yun-long QIAN Cheng HUA Chang-chun SUN Jie 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期3329-3348,共20页
Mill vibration is a common problem in rolling production,which directly affects the thickness accuracy of the strip and may even lead to strip fracture accidents in serious cases.The existing vibration prediction mode... Mill vibration is a common problem in rolling production,which directly affects the thickness accuracy of the strip and may even lead to strip fracture accidents in serious cases.The existing vibration prediction models do not consider the features contained in the data,resulting in limited improvement of model accuracy.To address these challenges,this paper proposes a multi-dimensional multi-modal cold rolling vibration time series prediction model(MDMMVPM)based on the deep fusion of multi-level networks.In the model,the long-term and short-term modal features of multi-dimensional data are considered,and the appropriate prediction algorithms are selected for different data features.Based on the established prediction model,the effects of tension and rolling force on mill vibration are analyzed.Taking the 5th stand of a cold mill in a steel mill as the research object,the innovative model is applied to predict the mill vibration for the first time.The experimental results show that the correlation coefficient(R^(2))of the model proposed in this paper is 92.5%,and the root-mean-square error(RMSE)is 0.0011,which significantly improves the modeling accuracy compared with the existing models.The proposed model is also suitable for the hot rolling process,which provides a new method for the prediction of strip rolling vibration. 展开更多
关键词 rolling mill vibration multi-dimension data multi-modal data convolutional neural network time series prediction
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融合残差与VMD-TCN-BiLSTM混合网络的鄱阳湖总氮预测 被引量:1
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作者 黄学平 辛攀 +3 位作者 吴永明 吴留兴 邓觅 姚忠 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第3期59-67,75,共10页
对湖泊水质进行准确、高效的预测,对于保护水资源、维护生态平衡以及促进经济发展等方面都具有重要意义。为此提出了一种基于模态分解、多维特征选择、时间卷积网络(TCN)、自注意力机制、双向长短期神经网络(BiLSTM)和双向门控循环单元(... 对湖泊水质进行准确、高效的预测,对于保护水资源、维护生态平衡以及促进经济发展等方面都具有重要意义。为此提出了一种基于模态分解、多维特征选择、时间卷积网络(TCN)、自注意力机制、双向长短期神经网络(BiLSTM)和双向门控循环单元(BiGRU)的湖泊总氮(TN)组合预测模型。首先,采用变分模态分解将TN原始序列分解成不同频率的本征模态函数(IMF),以降低原始序列的复杂度和非平稳性;随后,通过随机森林算法为每个IMF选择相关性强的特征,将筛选出的特征矩阵输入到添加自注意力机制的TCN-BiLSTM混合网络中进行建模,充分提取数据中隐藏的关键时序信息;最后,为进一步提升模型预测精度,采用BiGRU网络学习残差序列的细节特征,将残差与模型预测结果融合得到最终的预测值。以鄱阳湖都昌监测站的水质数据为例进行试验分析,结果表明本文模型相比于其他模型对TN浓度预测效果提升明显,其平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(R^(2))分别为0.03 mg/L、0.049 mg/L、0.992。 展开更多
关键词 水质预测 总氮 变分模态分解 时间卷积网络 集成预测
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基于RBM-CNN模型的滚动轴承剩余使用寿命预测 被引量:1
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作者 张永超 杨海昆 +2 位作者 刘嵩寿 赵帅 陈庆光 《轴承》 北大核心 2025年第5期96-101,共6页
针对滚动轴承剩余使用寿命预测时存在特征提取困难及预测准确性较差的问题,提出一种基于受限玻尔兹曼机(RBM)与卷积神经网络(CNN)的滚动轴承剩余使用寿命预测模型。首先,采用快速傅里叶变换对轴承原始振动信号进行频域变换构建幅值谱;其... 针对滚动轴承剩余使用寿命预测时存在特征提取困难及预测准确性较差的问题,提出一种基于受限玻尔兹曼机(RBM)与卷积神经网络(CNN)的滚动轴承剩余使用寿命预测模型。首先,采用快速傅里叶变换对轴承原始振动信号进行频域变换构建幅值谱;其次,通过RBM挖掘幅值谱中的深度全局特征;然后,通过建立早期故障阈值点划分退化阶段;最后,利用深度CNN对轴承剩余使用寿命进行预测。使用辛辛那提大学轴承数据集对所提方法进行验证,并与其他深度学习方法进行对比,结果表明RBM-CNN模型的均方误差(MSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)最小,预测准确度最高,达到90.05%,验证了RBM-CNN模型在滚动轴承剩余使用寿命预测中的优越性。 展开更多
关键词 滚动轴承 使用寿命 寿命预测 玻尔兹曼机 卷积神经网络
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基于Transformer和多关系图卷积网络的行人轨迹预测 被引量:1
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作者 刘桂红 周宗润 孟祥福 《计算机科学与探索》 北大核心 2025年第5期1353-1364,共12页
在自动导航应用领域,行人轨迹相对复杂,有效且合理地预测行人未来轨迹对自动驾驶和出行安全至关重要。行人轨迹随机性和动态性极高且与交通环境有着复杂相互作用,因此需要对行人的时间依赖性和空间相互作用进行合理建模。为了解决该问题... 在自动导航应用领域,行人轨迹相对复杂,有效且合理地预测行人未来轨迹对自动驾驶和出行安全至关重要。行人轨迹随机性和动态性极高且与交通环境有着复杂相互作用,因此需要对行人的时间依赖性和空间相互作用进行合理建模。为了解决该问题,提出了一种基于Transformer和多关系图卷积网络(GCN)的行人轨迹预测模型。该模型由交互捕获模块、锚点控制模块和轨迹修正补全模块构成。交互捕获模块由T-Transformer和多关系图卷积网络组成,分别提取每个行人在时间序列和空间序列上的运动特征,并结合锚点控制模块推断行人的中间目的地以减少递归累计误差,由修正补全模块进行最终轨迹细化。在提取特征时添加逆关系可得到更为优化的结果,使用高斯剪枝减少虚假路径的生成也可提高模型效率。在ETH与UCY数据集上的实验结果表明,在平均位移误差(ADE)和最终位移误差(FDE)方面,该模型具有比现有大部分主流模型更好的性能。由于该模型在行人轨迹预测上的出色性能,可避免不必要的轨迹变更和碰撞风险,为行人轨迹预测应用提供了更为可能的解决方案。 展开更多
关键词 T-Transformer 图卷积网络(GCN) 锚点控制 行人轨迹预测
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基于Bert+GCN多模态数据融合的药物分子属性预测 被引量:1
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作者 闫效莺 靳艳春 +1 位作者 冯月华 张绍武 《生物化学与生物物理进展》 北大核心 2025年第3期783-794,共12页
目的药物研发成本高、周期长且成功率低。准确预测分子属性对有效筛选药物候选物、优化分子结构具有重要意义。基于特征工程的传统分子属性预测方法需研究人员具备深厚的学科背景和广泛的专业知识。随着人工智能技术的不断成熟,涌现出... 目的药物研发成本高、周期长且成功率低。准确预测分子属性对有效筛选药物候选物、优化分子结构具有重要意义。基于特征工程的传统分子属性预测方法需研究人员具备深厚的学科背景和广泛的专业知识。随着人工智能技术的不断成熟,涌现出大量优于传统特征工程方法的分子属性预测算法。然而这些算法模型仍然存在标记数据稀缺、泛化性能差等问题。鉴于此,本文提出一种基于Bert+GCN的多模态数据融合的分子属性预测算法(命名为BGMF),旨在整合药物分子的多模态数据,并充分利用大量无标记药物分子训练模型学习药物分子的有用信息。方法本文提出了BGMF算法,该算法根据药物SMILES表达式分别提取了原子序列、分子指纹序列和分子图数据,采用预训练模型Bert和图卷积神经网络GCN结合的方式进行特征学习,在挖掘药物分子中“单词”全局特征的同时,融合了分子图的局部拓扑特征,从而更充分利用分子全局-局部上下文语义关系,之后,通过对原子序列和分子指纹序列的双解码器设计加强分子特征表达。结果5个数据集共43个分子属性预测任务上,BGMF方法的AUC值均优于现有其他方法。此外,本文还构建独立测试数据集验证了模型具有良好的泛化性能。对生成的分子指纹表征(molecular fingerprint representation)进行t-SNE可视化分析,证明了BGMF模型可成功捕获不同分子指纹的内在结构与特征。结论通过图卷积神经网络与Bert模型相结合,BGMF将分子图数据整合到分子指纹恢复和掩蔽原子恢复的任务中,可以有效地捕捉分子指纹的内在结构和特征,进而高效预测药物分子属性。 展开更多
关键词 Bert预训练 注意力机制 分子指纹 分子属性预测 图卷积神经网络
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基于Bi-LSTM和改进残差学习的风电功率超短期预测方法 被引量:2
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作者 王进峰 吴盛威 +1 位作者 花广如 吴自高 《华北电力大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期56-65,共10页
现有的方法在以风电功率时间序列拟合功率曲线时,难以表达风电功率数据所包含的趋势性和周期性等时间信息而出现性能退化问题,从而导致预测精度下降。为了解决性能退化问题从而提高风电功率时间序列预测的精度,提出了基于双向长短时记忆... 现有的方法在以风电功率时间序列拟合功率曲线时,难以表达风电功率数据所包含的趋势性和周期性等时间信息而出现性能退化问题,从而导致预测精度下降。为了解决性能退化问题从而提高风电功率时间序列预测的精度,提出了基于双向长短时记忆(Bi-LSTM)和改进残差学习的风电功率预测方法。方法由两个部分组成,第一部分是以Bi-LSTM为主的多残差块上,结合稠密残差块网络(DenseNet)与多级残差网络(MRN)的残差连接方式,并且在残差连接上使用一维卷积神经网络(1D CNN)来提取风电功率值中时序的非线性特征部分。第二部分是Bi-LSTM与全连接层(Dense)组成的解码器,将多残差块提取到的功率值时序非线性特征映射为预测结果。方法在实际运行的风电功率数据上进行实验,并与常见的残差网络方法和时间序列预测方法进行对比。方法相比于其他模型方法有着更高的预测精度以及更好的泛化能力。 展开更多
关键词 深度学习 残差网络 风电功率预测 双向长短时记忆 一维卷积神经网络
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基于数据驱动和机理模型的机械钻速预测 被引量:1
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作者 郑双进 江厚顺 +4 位作者 熊梦园 孟胡 詹炜 程荣升 王立辉 《钻采工艺》 北大核心 2025年第1期78-87,共10页
为准确预测复杂工况下的机械钻速,提出了一种基于数据驱动和机理模型的机械钻速预测方法。首先对收集的8000余条钻井数据进行斯皮尔曼和曼特尔特性分析,筛选出有效施工参数,采用变分模态分解算法(VMD)进行数据降噪,然后构建时序卷积网... 为准确预测复杂工况下的机械钻速,提出了一种基于数据驱动和机理模型的机械钻速预测方法。首先对收集的8000余条钻井数据进行斯皮尔曼和曼特尔特性分析,筛选出有效施工参数,采用变分模态分解算法(VMD)进行数据降噪,然后构建时序卷积网络结合长短期记忆网络(TCN-LSTM)作为数据驱动模型,并融合多元钻速预测机理模型,通过物理约束增强数据驱动模型的准确性与可解释性,实验表明融合模型比单一数据驱动模型或机理模型预测精度更高。随后,为进一步提升模型性能,采用了改进的蜣螂优化算法(IDBO)对TCN-LSTM模型进行优化,通过改进种群初始化和更新策略,实现了参数的高效搜索。消融实验及现场应用结果表明,对比BP、RF、LSTM、TCN模型,TCN-LSTM-IDBO模型可以实现机械钻速的精确预测,并且具有较好的泛化能力,可为钻井施工人员提供有力参考。 展开更多
关键词 机械钻速预测 时序卷积网络 长短期记忆网络 变分模态分解 蜣螂优化算法 数据分析
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基于多空间维度联合方法改进的BiLSTM出水氨氮预测方法 被引量:2
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作者 王雷 张煜 +3 位作者 赵艺琨 刘明勇 刘子航 李杰 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第2期17-24,共8页
出水氨氮作为衡量污水处理厂水质处理工艺的重要指标之一,准确预测污水处理厂出水水质中的氨氮含量对于及时调整处理工艺,保障水环境安全有着重要的作用。提出了一种基于联合多空间维度(Multi-spatial Dimensional Cooperative Attenti... 出水氨氮作为衡量污水处理厂水质处理工艺的重要指标之一,准确预测污水处理厂出水水质中的氨氮含量对于及时调整处理工艺,保障水环境安全有着重要的作用。提出了一种基于联合多空间维度(Multi-spatial Dimensional Cooperative Attention)改进的双向长短期记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiLSTM)的水质预测模型,首先通过皮尔逊(Pearson)系数法筛选出与出水氨氮相关性较强的总氮、污泥沉降比和温度3个指标作为模型输入,联合3个维度的强相关信息对未来6 h的出水氨氮进行预测。结果表明,MDCA-BiLSTM模型在融合残差序列后对出水氨氮的预测准确率R2为0.979,并在太平污水处理厂和文昌污水处理厂两个站点收集到的数据集上总氮、总磷和溶解氧的均方根误差分别为0.002、0.003、0.001和0.004、0.003、0.002;预测精度分别为0.959、0.947、0.971和0.962、0.951、0.983;与BiLSTM相比,均方根误差分别降低了0.007、0.007、0.007和0.017、0.006、0.005;预测精度分别提高了0.176、0.183、0.258和0.098、0.109、0.11。同时,该模型在面对未来6、12和24 h的预测步长时,仍能够达到0.956、0.933和0.917的预测精度,说明改进后的模型在预测准确性和鲁棒性方面表现出显著优势。该方法能够有效提高污水处理厂出水氨氮的及其他指标的预测准确性,可作为水资源循环和管理决策的一种有效参考手段,具有较强的实际应用价值。 展开更多
关键词 水质参数 时序预测 时序卷积网络 双向长短期记忆循环神经网络 注意力机制
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基于通道注意力机制增强DGNN的外骨骼机器人步态相位预测 被引量:1
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作者 颜建军 许赢家 +2 位作者 林越 金理 江金林 《华东理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期110-118,共9页
利用一种基于通道注意力机制增强的有向图神经网络(Channel Attention Enhanced Directed Graph Neural Network,CA-DGNN)的外骨骼机器人步态相位预测方法,提高了步态相位预测的准确性和可靠性。首先,研制了人体下肢姿态信息采集装置,... 利用一种基于通道注意力机制增强的有向图神经网络(Channel Attention Enhanced Directed Graph Neural Network,CA-DGNN)的外骨骼机器人步态相位预测方法,提高了步态相位预测的准确性和可靠性。首先,研制了人体下肢姿态信息采集装置,采集人体下肢的行走步态数据并构建人体下肢的骨架模型;之后,建立了基于CA-DGNN步态相位的预测模型,提取人体步态相位的运动特征,并基于当前时刻数据预测未来时刻的步态相位;最后,探讨了滑动窗口大小对算法性能的影响。本文提高了外骨骼机器人步态相位预测的准确性和鲁棒性,为此方向研究提供了一种新的思路和方法。 展开更多
关键词 步态相位预测 惯性传感器 骨架 时空图卷积网络 通道注意力机制
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基于ASFF-AAKR和CNN-BILSTM滚动轴承寿命预测 被引量:1
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作者 张永超 刘嵩寿 +2 位作者 陈昱锡 杨海昆 陈庆光 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第2期567-573,共7页
针对滚动轴承寿命预测精度低,构建健康指标困难的问题。提出了一种基于自适应特征融合(adaptively spatial feature fusion,ASFF)和自联想核回归模型(auto associative kernel regression,AAKR)与卷积神经网络(convolutional neural net... 针对滚动轴承寿命预测精度低,构建健康指标困难的问题。提出了一种基于自适应特征融合(adaptively spatial feature fusion,ASFF)和自联想核回归模型(auto associative kernel regression,AAKR)与卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和双向长短期记忆网络(bi-directional long-short term memory,BILSTM)的轴承剩余寿命预测模型。首先,在时域、频域和时频域提取多维特征,利用单调性和趋势性筛选敏感特征;其次利用ASFF-AAKR对敏感特征进行特征融合构建健康指标;最后,将健康指标输入到CNN和BILSTM中,实现对滚动轴承的寿命预测。结果表明:所构建的寿命预测模型优于其他模型,该方法具有更低的误差、寿命预测精度更高。 展开更多
关键词 滚动轴承 自适应特征融合 自联想核回归 卷积神经网络 双向长短期记忆网络 剩余寿命预测
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一种结合时序分解与相似分量重组的深度学习滑坡位移组合预测模型 被引量:1
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作者 瞿伟 李达 +1 位作者 李久元 边子策 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第3期221-230,共10页
在对滑坡监测数据粗差进行有效处理及充分顾及滑坡监测数据自身特性的基础上,提出一种结合时序分解与相似分量重组的深度学习滑坡位移组合预测模型。首先,利用孤立森林法对滑坡时序监测数据的显著粗差进行处理,再对其平稳性、自相关性... 在对滑坡监测数据粗差进行有效处理及充分顾及滑坡监测数据自身特性的基础上,提出一种结合时序分解与相似分量重组的深度学习滑坡位移组合预测模型。首先,利用孤立森林法对滑坡时序监测数据的显著粗差进行处理,再对其平稳性、自相关性、正态性进行综合分析,确定模型预测中输入特征序列的最佳长度;其次,利用集合经验模态分解(EEMD)方法,将非稳态滑坡监测数据分解为多个平稳时间序列,再结合样本熵与K-means算法将其划分为高频、中频、低频3类时间分量;最后,通过对比不同神经网络模型的预测精度,分别构建适合于3类时间分量的预测模型,再将预测结果相叠加,实现对滑坡位移的高精度预测。实验区典型滑坡体北斗/GNSS监测数据测试表明,本文组合预测模型对含有显著粗差的滑坡监测数据具有较好的适用性,相较于单一及现有组合模型可显著提高滑坡位移预测精度。 展开更多
关键词 滑坡位移预测 集合经验模态分解 样本熵 深度神经网络 时间卷积网络
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基于ECA-TCN的数据中心磁盘故障预测 被引量:1
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作者 张铭泉 王宝兴 《智能系统学报》 北大核心 2025年第2期389-399,共11页
随着数据中心规模的不断扩大,磁盘故障对数据中心的运行稳定性产生越来越大的影响。当前预测方法在面对大规模、高维度和长序列的磁盘运行数据时仍存在不足。本文提出了一种高效通道注意力时间卷积网络(efficient channel attention-tem... 随着数据中心规模的不断扩大,磁盘故障对数据中心的运行稳定性产生越来越大的影响。当前预测方法在面对大规模、高维度和长序列的磁盘运行数据时仍存在不足。本文提出了一种高效通道注意力时间卷积网络(efficient channel attention-temporal convolutional network,ECA-TCN)模型,通过结合传统卷积神经网络一维卷积的优势,融入扩张卷积和残差结构,并引入注意力机制,该模型能够提高磁盘故障预测的准确性和稳定性。在实验中,将ECA-TCN模型与其他经典深度学习方法进行了比较,实验结果表明,ECA-TCN模型在磁盘故障预测任务上具有较高的准确性和稳定性。 展开更多
关键词 磁盘故障预测 长短时记忆网络 循环神经网络 扩张卷积 高效通道注意力机制 神经网络模型 时间序列预测 深度学习优化
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基于Vague软集的海上风电功率区间预测 被引量:1
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作者 田书欣 朱峰 +2 位作者 杨喜军 符杨 苏向敬 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第4期1465-1476,I0019,共13页
海上风电输出功率的精准预测是保障海上风电并网系统调度运行的基础。针对海上风电海洋环境高度复杂、随机时空强烈耦合的特征,提出一种基于Vague软集的海上风电输出功率的新型区间预测方法。首先,引入Vague软集概念,提出融合Vague集真... 海上风电输出功率的精准预测是保障海上风电并网系统调度运行的基础。针对海上风电海洋环境高度复杂、随机时空强烈耦合的特征,提出一种基于Vague软集的海上风电输出功率的新型区间预测方法。首先,引入Vague软集概念,提出融合Vague集真隶属度和伪隶属度函数的交错式海上风电功率区间划分方法,实现风电功率数据Vague软区间化。其次,建立基于Vague-卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)-长短期记忆神经网络(long short-term memory neural network,LSTM)的海上风电功率组合预测模型。通过类Vague软区间转换方法将双隶属度区间概率向量转化为海上风电功率复杂不确定信息下的区间预测结果。然后,从预测准确性、清晰性和兼顾性角度建立预测区间覆盖精度、预测区间宽度和预测综合水平等Vague软区间预测评估指标。最后,以我国东部某海上风电机组实际数据为算例进行验证。结果表明,所提预测模型预测结果可以兼顾预测区间的覆盖精度和清晰度,能够为海上风电不同工况下运行需求提供支撑。 展开更多
关键词 海上风电 Vague-卷积神经网络(CNN)-长短期记忆神经网络(LSTM)模型 Vague软集 软区间转换 区间预测
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聚合全局交互与局部交互的知识图谱补全
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作者 冯勇 栾超杰 +2 位作者 王嵘冰 徐红艳 张永刚 《计算机科学与探索》 北大核心 2025年第7期1909-1917,共9页
知识图谱的不完整性严重影响了下游任务的应用与发展,因此,有必要对其进行改进以补充缺失值,即知识图谱补全。现有的知识图谱补全模型大多重组实体关系嵌入表示以捕获局部交互。但这种方法破坏了三元组的原有结构,只能利用单一的局部交... 知识图谱的不完整性严重影响了下游任务的应用与发展,因此,有必要对其进行改进以补充缺失值,即知识图谱补全。现有的知识图谱补全模型大多重组实体关系嵌入表示以捕获局部交互。但这种方法破坏了三元组的原有结构,只能利用单一的局部交互而忽略了实体关系间全局交互的影响。为此,提出一种聚合全局交互与局部交互的知识图谱补全方法AGILI。该方法首先引入自注意力机制获取头实体和关系间的信息关联程度,生成融入全局交互信息的嵌入表示,再采用卷积神经网络从新嵌入表示中提取局部交互信息,设计基于关系权重的可学习交互聚合器,在将全局交互与局部交互进行特征融合时,可以根据关系类别自适应地调整两种交互的重要程度,提高方法在多关系知识图谱上的表达能力。在公开数据集FB15k-237、WN18RR和Kinship上通过链接预测任务进行实验验证,实验结果表明,与最新的基于卷积神经网络的模型ConvD相比,所提出的方法在FB15k-237数据集上Hits@1、Hits@3指标分别提高了6.9%、5.3%,证明了所提出方法的优越性。 展开更多
关键词 知识图谱 知识图谱补全 链接预测 自注意力机制 卷积神经网络
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降水空间信息的处理策略对径流预测的影响
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作者 高玉芳 何川 +1 位作者 彭涛 高勇 《水科学进展》 北大核心 2025年第1期143-154,共12页
降水空间信息的精确提取对径流预测的精度至关重要。本文以赣江流域为研究对象,基于长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,设计原始图像、小波分解、统计特征、面平均值、区域划分5种降水空间信息提取方案,研究降水空间信... 降水空间信息的精确提取对径流预测的精度至关重要。本文以赣江流域为研究对象,基于长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,设计原始图像、小波分解、统计特征、面平均值、区域划分5种降水空间信息提取方案,研究降水空间信息不同处理策略对基于LSTM模型的径流预测性能的影响。结果表明:相较于直接使用原始图像的方案,综合运用小波分解和统计特征提取的处理方法测试期纳什效率系数分别提升了11.5%和17.9%,同时也增强了模型的稳定性和解释性;不同的区域划分方法能结合土地利用、土壤类型等下垫面因素,反映降水响应的空间差异性,展现了对各流量等级的适应能力,相较于以流域平均值作为输入的方式,能明显提高捕捉高流量和低流量特征的能力。研究表明在基于LSTM模型的降雨—径流预测模型中引入降水空间信息,可以有效改善预测效果。 展开更多
关键词 径流预测 长短期记忆网络 卷积神经网络 小波变换
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融合二次分解的深度学习模型在PM_(2.5)浓度预测中的应用 被引量:1
16
作者 江雨燕 黄体臣 +1 位作者 甘如美江 王付宇 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第1期296-309,共14页
针对PM_(2.5)质量浓度时间序列呈非线性难以预测的特征,为了进一步提高PM_(2.5)质量浓度预测精确度,研究通过“分而治之”先分解再预测的思想,提出一种融合二次分解的PM_(2.5)质量浓度混合预测模型(Complete Ensemble Empirical Mode De... 针对PM_(2.5)质量浓度时间序列呈非线性难以预测的特征,为了进一步提高PM_(2.5)质量浓度预测精确度,研究通过“分而治之”先分解再预测的思想,提出一种融合二次分解的PM_(2.5)质量浓度混合预测模型(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise-Variational Mode Decomposition-Temporal Convolutional Network-Bi-directional Long Short-Term Memory,CEEMDAN-VMD-TCN-BiLSTM)。该模型先由递归特征消除(Recursive Feature Elimination,RFE)进行特征筛选,随后使用自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)将2013—2016年北京市PM_(2.5)质量浓度序列分解为一系列高低频模态分量并计算各分量样本熵,将样本熵由K-means聚类整合为新的分量,再由变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)方法进行二次分解。最后,将所有分量先经时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)进行特征提取,并通过双向长短期记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiLSTM)预测,叠加各分量预测值即为最终预测结果。消融试验结果显示,该模型相比于单次CEEMDAN分解模型均方根误差E_(MAPE)降低19.312%,绝对误差E_(MAE)降低34.423%,百分比误差E_(MAPE)与希尔不等系数E_(TIC)分别减少40.465百分点和59.794%。由此可见,研究在引入VMD构成二次分解模型相比于单次分解模型的预测误差更小,精度更高,可为决策者在PM_(2.5)质量浓度预测与治理等工作提供一定参考。 展开更多
关键词 环境工程学 PM_(2.5)质量浓度预测 自适应噪声的完备经验模态分解 变分模态分解 时间卷积网络 双向长短期记忆网络
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考虑非邻近节点空间相关性的交通流预测模型
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作者 闫光辉 李鸿涛 +1 位作者 张斌 常文文 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第3期825-833,共9页
针对现有的交通流预测模型存在难以对非邻近节点之间的时空相关性显式建模的问题,提出一种新的利用超图表征空间相关性的超图卷积神经网络模型(double attention hypergraph convolution neural network,A2HGCN)。首先,通过寻找节点之... 针对现有的交通流预测模型存在难以对非邻近节点之间的时空相关性显式建模的问题,提出一种新的利用超图表征空间相关性的超图卷积神经网络模型(double attention hypergraph convolution neural network,A2HGCN)。首先,通过寻找节点之间的相似关系构造超边,利用节点之间的连接关系构造超图;然后提出一个超图卷积模型,其中利用超图卷积和将超图线扩展为图后利用线图卷积来捕获潜在的空间相关性;再利用融合双层注意力机制的卷积长短时记忆网络捕获时间相关性,最后得出预测结果。在数据集PEMS-BAY中,A2HGCN方法的评价指标MAE、MAPE和RMSE在预测步长为15 min时为1.223、2.617%、2.547,30 min时为1.554、3.541%、3.420,60 min时为1.867、4.578%、4.224。在数据集PEMSM中,该方法的评价指标MAE、MAPE和RMSE在预测步长为15 min时为1.858、4.385%、3.339,30 min时为2.374、5.775%、4.362,60 min时为3.046、7.713%、5.479。结果表明,该方法在不同预测步长下均优于基线模型,验证了考虑非邻近节点之间的时空相关性对于提高交通预测准确性的有效性。由此可得,超图卷积神经网络在捕获时空相关性方面具有优势。 展开更多
关键词 交通流预测 超图理论 图卷积网络
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基于时空相关性的WSN数据收集算法研究
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作者 李翠然 王艳 +1 位作者 谢健骊 吕安琪 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1291-1297,共7页
针对无线传感器网络中数据收集存在的时空冗余问题,设计了一种联合粒子群算法优化的凸组合LMS自适应双重预测算法与卷积自编码器的数据收集方案。首先,基于粒子群算法改进凸组合LMS自适应双重预测算法缩减感知节点与簇头节点之间的数据... 针对无线传感器网络中数据收集存在的时空冗余问题,设计了一种联合粒子群算法优化的凸组合LMS自适应双重预测算法与卷积自编码器的数据收集方案。首先,基于粒子群算法改进凸组合LMS自适应双重预测算法缩减感知节点与簇头节点之间的数据传输量,以减少时间冗余;而后构建一维时间观测数据的二维图像矩阵重置模式,再通过卷积自编码器压缩簇头节点收集的数据,减少空间冗余,并将压缩后的数据发送到Sink节点,利用卷积解码器得到重构数据,实现空间维度的压缩与重构。基于真实数据集的仿真实验表明,所提算法在保证预测精度和压缩率的前提下,时间维度数据传输量更少,空间维度重构误差更低。 展开更多
关键词 无线传感器网络 时空相关性 自适应预测 卷积自编码器
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动静图融合和时序流注意力网络用于交通流预测
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作者 闫敬 王祥 郑铮 《兵工自动化》 北大核心 2025年第5期66-70,共5页
为准确预测交通流量有利于优化交通管理、提高交通效率的问题,提出一种新的动静态图融合和时序流注意力网络。通过图卷积网络捕捉动态和静态的空间相关性,引入流注意力机制,有效缓解二次复杂度问题;设计时间相关性建模(temporal correla... 为准确预测交通流量有利于优化交通管理、提高交通效率的问题,提出一种新的动静态图融合和时序流注意力网络。通过图卷积网络捕捉动态和静态的空间相关性,引入流注意力机制,有效缓解二次复杂度问题;设计时间相关性建模(temporal correlation modeling,TCM)模块替换流注意力机制的线性变换方法,以增强模型的时序建模能力。在4个真实世界的交通数据集上进行了大量实验。实验结果表明:所提出的模型具有优越的性能,并且明显优于基线。 展开更多
关键词 交通流预测 时空相关性 流注意力机制 图卷积网络 特征融合
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基于HDNNF-CAF的短时交通流预测研究
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作者 王庆荣 慕壮壮 +1 位作者 朱昌锋 何润田 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第15期318-328,共11页
短时交通流预测在智能交通系统中扮演重要的角色。针对交通流复杂多变的时空特征、非平稳性及外部因素引发的数据异常,提出考虑异常因素的混合深度神经网络预测模型(hybrid deep neural network forecasting model considering anomalou... 短时交通流预测在智能交通系统中扮演重要的角色。针对交通流复杂多变的时空特征、非平稳性及外部因素引发的数据异常,提出考虑异常因素的混合深度神经网络预测模型(hybrid deep neural network forecasting model considering anomalous factors,HDNNF-CAF)。该模型将邻接矩阵、交通流量矩阵及交通流其他参数矩阵结合异常数据处理理论,进行数据预处理和异常数据识别。建立异常数据时空特征提取理论,捕获异常数据时空信息;利用变分模态分解(VMD)降低交通流数据非平稳性,并提出图卷积网络(GCN)优化Informer理论分别对各个子序列进行特征提取,以组合生成交通流时空信息。最终结合异常数据与交通流数据的时空信息生成预测结果。在真实数据集PeMS04上进行验证,实验结果表明,HDNNF-CAF能够有效识别交通流异常数据,提高预测精度,优于一些现有方法。 展开更多
关键词 短时交通流 预测 深度学习 图卷积网络 时空信息
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