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支持向量机及其在MIMO-CDMA多用户检测中的应用研究

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支持向量机及其在MIMO-CDMA多用户检测中的应用研究

作者：高鹏飞河北工业大学

学位级别：硕士

支持向量机是一种建立在统计理论基础上的学习方法,它比一般学习机具有更好的非线性处理能力和泛化能力,并且具有更好的全局收敛性。支持向量机可以很好的解决MIMO-CDMA系统多用户检测问题。本论文首先解决支持向量机原理性推导过程中... 详细信息

支持向量机是一种建立在统计理论基础上的学习方法,它比一般学习机具有更好的非线性处理能力和泛化能力,并且具有更好的全局收敛性。支持向量机可以很好的解决MIMO-CDMA系统多用户检测问题。本论文首先解决支持向量机原理性推导过程中的关键问题,如对偶理论、凸规划以及核函数的使用等,然后重点研究支持向量机的改进算法,尤其是支持向量机的最新分支—相关向量机,最后研究支持向量机在MIMO-CDMA系统多用户检测中的应用。本论文所作的主要工作如下:(1)支持向量机及其改进算法的研究。由于支持向量机的改进算法众多,各有优缺点,本文在前人研究基础之上在支持向量机中引入量子粒子群算法来解决二次规划问题。另外,支持向量回归机的原理性推导不是很统一,本论文提出自己的新观点,合理的给出简洁易懂的推导过程。(2)相关向量机的研究。由于相关向量机的提出时间短,很多方面有待进一步的改进,尤其是算法中涉及到的矩阵求逆以及超参数的迭代算法,这大大的限制了相关向量机的应用范围。本文在深入研究广义相关向量机后,在上述两方面做工作。(3)MIMO-CDMA多用户检测研究。在经典的多用户检测方法框架模型基础之上,将相关向量机引入到接收信号检测中,构建基于相关向量机的多用户检测系统。通过仿真对比表明此系统在抗多址干扰方面具有很好的特性,可以达到预期的检测效果。

关键词：支持向量机(SVM) 核函数相关向量机(RVM) 量子粒子群算法(QPSO) 超参数 MIMO-CDMA多用户检测

基于二阶锥规划的非盲自适应波束形成技术研究

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基于二阶锥规划的非盲自适应波束形成技术研究

作者：张艳君河北工业大学

学位级别：硕士

自适应波束形成技术是智能天线关键技术之一，非盲自适应波束形成技术因其在理论上具有十分优良的性能得到广泛的应用。但是由于实际阵列天线的非理想化，用较少的运算和简洁的结构来实现波束形成是目前智能天线研究的主要工作之一，因... 详细信息

自适应波束形成技术是智能天线关键技术之一，非盲自适应波束形成技术因其在理论上具有十分优良的性能得到广泛的应用。但是由于实际阵列天线的非理想化，用较少的运算和简洁的结构来实现波束形成是目前智能天线研究的主要工作之一，因此，必须寻求良好的自适应波束形成算法去解决运算量大以及结构复杂等问题，为此，本论文采用二阶锥规划方法来研究非盲自适应波束形成技术，以期达到波束形成性能优良，且收敛速度快、运算开销小之目的。首先，针对常用非盲自适应波束形成技术的最小均方（LMS）算法、递归最小二乘（RLS）算法和采样矩阵求逆（SMI）算法进行分析，通过仿真对比表明：LMS结构简单，但收敛速度受到很多限制;RLS具有较好的收敛效果但其运算量庞大;SMI处理速度快，但是存在繁琐的矩阵求逆过程，内存开销较大。然后，对凸优化问题的算法模型和二阶锥规划（SOCP）的标准形式进行了分析，发现最小二乘规划问题是一类特殊的凸优化问题，能够转化为二阶锥规划问题来求解。因而可以采用SOCP算法求解，且其算法简单可靠。最后，提出基于二阶锥规划的采样矩阵求逆算法（SOCP-SMI），即：将SMI的求解模型转化二阶锥规划问题来求解，这样能有效地避免SMI中的矩阵求逆过程，大大减小了算法的复杂度。通过仿真实验，从旁瓣抑制、权向量迭代、计算复杂度方面进行了对比分析，表明SOCP-SMI算法能有效抑制旁瓣，改善自适应波束形成的性能;而且收敛速度快、计算复杂度较低，比经典的SMI算法更有效。

关键词：智能天线自适应波束形成二阶锥规划采样矩阵求逆

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花朵授粉算法及其在断路器优化设计中的应用

花朵授粉算法及其在断路器优化设计中的应用

作者：解敏河北工业大学

学位级别：硕士

花朵授粉算法是一种模拟自然界中花朵授粉行为的新型元启发式算法,其结构简单、参数少且稳定性高,已开始应用于工程优化等诸多领域。但基本花朵授粉算法容易陷入局部最优且后期收敛速度缓慢,影响其算法应用效果,因此还需进一步研究。断... 详细信息

花朵授粉算法是一种模拟自然界中花朵授粉行为的新型元启发式算法,其结构简单、参数少且稳定性高,已开始应用于工程优化等诸多领域。但基本花朵授粉算法容易陷入局部最优且后期收敛速度缓慢,影响其算法应用效果,因此还需进一步研究。断路器是一种常见的开关器件,用于接通、承载和分断电流。目前经常采用经验试算和数值模拟等方法设计断路器,存在设计周期长、分断能力差、能耗高、体积大等问题,因此设计高分断、低能耗和小型化的断路器至关重要。为此,本文主要研究花朵授粉算法的改进,并应用于断路器的高分断以及综合优化中,提高花朵授粉算法的性能和断路器的设计效果,主要工作与创新如下:(1)花朵授粉算法的改进。提出两种改进算法:“鲶鱼效应-均匀变异算子”花朵授粉算法(CEH-FPA)和“自适应-变异鲶鱼”花朵授粉算法(AMC-FPA)。CEH-FPA算法主要在局部授粉过程引入鲶鱼效应以避免算法陷入局部最优,在全局授粉过程引入均匀变异算子以加快算法后期的收敛速度。而AMC-FPA算法主要在全局授粉过程引入自适应步长以加快算法收敛速度,在局部授粉过程引入变异策略和鲶鱼效应以避免算法陷入局部最优,解决后期收敛速度慢的问题。采用经典测试函数将两种改进的花朵授粉算法与其它多种算法进行仿真实验与对比分析,结果表明,本文提出的两种改进算法性能优越,特别是AMC-FPA算法性能更优。(2)断路器高分断优化设计。首先,分析影响断路器分断能力的各种因素,包括电流、触头半径、触头压力、导体长度、导体之间距离、触头表面接触系数和电流元半径等;然后,从电动斥力和电弧运动速度角度,构造出断路器高分断数学模型;最后,给出基于花朵授粉算法的断路器高分断优化设计方法。通过实验验证,结果表明,基于花朵授粉算法的断路器高分断优化设计方法是切实可行的,其中CEH-FPA算法和AMC-FPA算法在高分断断路器优化中效果显著,而AMC-FPA算法效果最佳。(3)断路器综合优化设计。在综合优化设计中,不仅考虑断路器的高分断,而且要考虑断路器的低能耗和小型化,为此,将所建立的断路器高分断模型与低能耗模型和小型化模型相结合,构造出断路器综合优化模型,并给出基于花朵授粉算法的断路器综合优化设计方法,可以优化求解出断路器的综合设计参数。实验结果表明,采用CEH-FPA算法和AMC-FPA算法在断路器综合优化设计中效果显著,其中AMC-FPA算法的优化效果最佳。该综合设计方法为断路器研发提供了理论依据。

关键词：花朵授粉算法鲶鱼效应自适应步长变异算子断路器优化

低秩近似支持向量机在肺部CT图像识别中的应用

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低秩近似支持向量机在肺部CT图像识别中的应用

作者：周巧河北工业大学

学位级别：硕士

肺癌是目前对人类危害最大的恶性肿瘤之一,其早期的表征形式是肺结节。因此肺结节的识别对于尽早发现诊断肺癌,提高患者的存活率非常关键。由于计算机辅助检测(Computer-Aided Detection,CAD)系统对肺结节的检测正确率与肺部CT图像的特... 详细信息

肺癌是目前对人类危害最大的恶性肿瘤之一,其早期的表征形式是肺结节。因此肺结节的识别对于尽早发现诊断肺癌,提高患者的存活率非常关键。由于计算机辅助检测(Computer-Aided Detection,CAD)系统对肺结节的检测正确率与肺部CT图像的特征向量提取、数据降维和分类等模块的性能密切相关。为此,本文主要针对肺结节的异质性和复杂性等特点,依据肺部CT图像,寻找新的特征提取方法和分类器优化算法,进而提高系统对肺结节的分类准确率。本文的主要研究内容与创新如下:(1)支持向量机模型优化算法的改进。在阐述支持向量机的原理基础上,针对支持向量机模型引入蝙蝠算法(BAT)进行参数寻优。其中针对蝙蝠算法易陷入局部最优的特点利用云模型进行改进,使其全局搜索和局部搜索能力更优,在此基础上得到基于云蝙蝠算法的支持向量机(CBAT-SVM)算法。由经典测试函数实验可得,CBAT算法在精度上优于BAT算法。经UCI数据集测试表明,CBAT-SVM算法的分类性能良好。(2)肺结节特征提取方法的改进。由于肺结节的特殊性,选取的特征向量会直接影响分类器的分类结果。又因为肺结节具有明显的异质性、纹理性和复杂性,为提高肺结节形态特征和纹理特征的表达性能,本文提出在常规特征提取方法的基础上引入Curvelet变换系数作为特征向量。经肺部组织切片图片实验结果表明,Curvelet变换在图片的形态和纹理特征表达上性能更优。(3)肺结节特征向量的低秩近似降维方法研究。为了减少肺结节特征向量维数过多给支持向量机学习过程造成的压力,本文详细研究主成分分析(PCA)、线性鉴别分析(LDA)和邻域保持嵌入(NPE)等三种低秩近似降维方法在肺结节特征向量上的降维效果。经实验和对比分析,结果表明PCA和LDA相结合的方法更适合引入Curvelet变换系数的肺结节特征向量的降维。(4)CT图像肺结节的分类识别应用。通过研究肺部CT图像的特征向量提取、数据降维和分类等方法和算法,设计出一个适用于肺部CT图像的肺结节辅助检测系统,其包括了改进的肺结节特征提取模块、合适的低秩近似降维模块和基于CBAT算法的支持向量机模块。通过LIDC/IDRI数据库的肺结节检测实验,结果表明所设计的检测系统其识别精度令人满意,远优于常用识别方法,为肺结节精确检测提供科学依据。

关键词：肺结节分类识别支持向量机低秩近似云蝙蝠算法 Curvelet变换

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相关向量机及其在数据挖掘中的应用研究

相关向量机及其在数据挖掘中的应用研究

作者：朱长坚河北工业大学

学位级别：硕士

在人工智能和数据挖掘领域研究中,机器学习方法具有十分重要的研究意义,其中相关向量机(RVM)是一种新型的分类预测机器学习方法,该方法具有稀疏性高,分类预测准确度高,泛化能力强,以及其核函数不需要满足Mercer条件等优点。但是在现有... 详细信息

在人工智能和数据挖掘领域研究中,机器学习方法具有十分重要的研究意义,其中相关向量机(RVM)是一种新型的分类预测机器学习方法,该方法具有稀疏性高,分类预测准确度高,泛化能力强,以及其核函数不需要满足Mercer条件等优点。但是在现有相关向量机方法模型研究中,一直存在核函数无法科学、合理地选择问题,从而导致相关向量机的分类预测精度和效率降低。为此,本文主要基于多核核函数思想,研究多核相关向量机,并应用于石油测井数据挖掘之中,主要工作或创新如下:(1)基于进化计算的多核RVM方法分析及其仿真。在分析经典RVM基本原理基础上,构建基于多核思想的多核RVM模型,并研究了基于粒子群(PSO)的多核RVM方法(PSO-MKRVM),即采用PSO算法优化多核RVM模型的参数。典型仿真实验结果表明,基于PSO的多核RVM的分类精度要高于经典RVM方法和基于PSO的单核RVM方法,能够找到最优的核参数及核函数组合系数,但也存在训练时间长、稳定性等缺点,有待改进。(2)基于二阶锥规划(SOCP)的多核RVM方法研究。为克服单核RVM方法分类精度低和PSO-MKRVM方法运算时间长,稳定性差的缺点,提出一种基于SOCP的多核RVM新方法(SOCP-MKRVM),即构建出基于SOCP方法的多核校正原理的RVM模型,从理论上推导出多核RVM模型可转化为一个凸优化问题,并可采用SOCP快速求解。典例仿真表明此新方法不仅分类精度得到提高,而且训练时间大大缩短。(3)石油测井数据挖掘应用研究。为了提高石油测井数据挖掘效果,建立基于SOCP-MKRVM的油层识别模型,对新疆某油田实际测井数据进行油层识别,结果表明SOCP-MKRVM方法的识别效果和运算效率远优于经典RVM及其改进方法,在油层识别中的数据挖掘效果显著。

关键词：相关向量机(RVM) 数据挖掘进化计算二阶锥规划(SOCP) 油层识别

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摄像机与二维激光测距仪标定技术研究

摄像机与二维激光测距仪标定技术研究

作者：赵斌河北工业大学

学位级别：硕士

摄像机与二维激光测距仪被广泛应用于机器人、移动道路测量车、无人驾驶等领域。激光测距仪能获取目标的深度及三维信息,其作业距离较远且精度高,但其获取的激光数据分辨率通常较低。而摄像机获取的图像数据则具有分辨率高、信息量大等... 详细信息

摄像机与二维激光测距仪被广泛应用于机器人、移动道路测量车、无人驾驶等领域。激光测距仪能获取目标的深度及三维信息,其作业距离较远且精度高,但其获取的激光数据分辨率通常较低。而摄像机获取的图像数据则具有分辨率高、信息量大等优点,但是无法准确感知远距离目标深度与三维信息。如果能将两种类型的传感器结合在一起,充分利用其优点,则可以很大程度上提高传统算法的准确性与稳定性。其中,外参数标定是实现图像与激光数据融合的第一步,也是至关重要的一步。本文主要研究摄像机与二维激光测距仪的标定技术,在两传感器的标定过程中,摄像机的标定也十分重要。本文的主要工作和相关研究以下几个方面:(1)提出了两种基于主动视觉的摄像机自标定方法。这两种算法分别利用参考摄像机和单摄像机完成自标定。利用平移运动约束条件,通过场景深度信息计算无穷远单应性矩阵,通过分解无穷远单应性矩阵完成标定。实验结果表明,两种算法既实用又精确。两种算法有很大潜力解决在线的摄像机标定问题,例如应用在多摄像机和变焦摄像机系统中。(2)提出了两种基于棋盘格标定物的摄像机与二维激光测距仪外参数标定算法:首先提出了一种新的基于最小解(Minimal Solution)的外参数标定算法,即摄像机与激光仅需对标定棋盘格采集三次数据。首次提出虚拟三面体概念,利用其构造一个透视三点问题(Perspective-Three-Point:P3P)用以计算外参数。另外还首次提出一种平面物成像区域约束方法从P3P多解中获取真解,使得该算法具有更大的实用性与灵活性。实验结果表明,在同等输入的条件下,该算法性能超过文献中的算法。该算法有效的简化了标定过程,在减少了棋盘格输入次数的同时可以较准确获得真解。其次,提出了基于粒子群优化算法的标定算法,针对文献算法在最小5幅输入时,线性初值较差使得传统的优化结果不理想的情况,利用粒子群优化算法的优点实现标定算法。实验结果表明,有效的解决了在最小5幅平面输入时文献算法结果差的问题。(3)设计了折叠式标定板,提出了基于折叠式标定板的摄像机与二维激光测距仪外参数标定算法。利用折叠标定板的点线约束条件实现外参数标定。实验结果表明,该算法实用、精确,鲁棒性高。有效的解决了现有标定方法中过程繁琐、标定板规格较大不易于携带和标定过程中估计的初值对最后标定结果影响较大等问题。

关键词：摄像机二维激光测距仪外参数标定主动视觉

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深度极限学习机及其应用研究

深度极限学习机及其应用研究

作者：牛春彦河北工业大学

学位级别：硕士

极限学习机（ELM）作为一种简单易行且有效的单隐层前馈神经网络,只需设置网络的隐含层节点个数,随机选取输入参数,就可以产生唯一的最优解,具有学习速度快且泛化性能好的优点,并备受关注。然而当数据维度高且混入大量的噪声变量时,ELM... 详细信息

极限学习机（ELM）作为一种简单易行且有效的单隐层前馈神经网络,只需设置网络的隐含层节点个数,随机选取输入参数,就可以产生唯一的最优解,具有学习速度快且泛化性能好的优点,并备受关注。然而当数据维度高且混入大量的噪声变量时,ELM不能达到理想的效果。因此,深度极限学习机（D-ELM）结合深度学习优点对隐含层进行扩充以弥补其不足。为进一步提高深度极限学习机的性能,本文融合多核学习和进化计算方法,提出一类深度多核极限学习机模型,即构造多核函数学习机,再采用进化计算进行模型参数优化,并将该模型应用于测井气层识别中。本论文的主要研究工作及创新如下:（1）深度多核极限学习机研究。将多核学习方法和深度极限学习机相结合,提出一种深度多核极限学习机（D-MKELM）,即利用极限学习机自编码器对输入数据进行逐层的特征提取,然后把最后一层得到的特征数据通过多核函数来实现高维空间的映射分类,这样不仅提高了分类精度和泛化性能,还能解决高维数据的问题。另外,利用多尺度核函数灵活性好且具有完备的尺度选择的优势,将其作为深度多核极限学习机的多核函数。经UCI数据库中七种数据集实验验证,结果表明所提出的深度多核极限学习机具有很高的分类精度。（2）花朵授粉算法改进。花朵授粉算法（FPA）是一种性能较好的进化计算方法,但是存在易陷入局部最优且收敛速度较慢的缺点。为此,在FPA基础上引入量子系统和云模型,得出一种云量子花朵授粉算法（CQFPA）,使得花朵个体的全局搜索能力得到提高,加快种群收敛到最优位置。经过经典测试函数实验验证,结果表明CQFPA优化效果显著,优于常用进化计算方法。（3）基于花朵授粉算法的深度多核极限学习机参数优化研究。在深度多核极限学习机中,正则化因子、核参数以及神经元个数等参数都影响其分类精度以及泛化性能,为此采用CQFPA对深度多核极限学习机所有参数进行优化选取,即先构造适应度函数,然后采用CQFPA进行优化求解。经过UCI数据测试,结果表明基于CQFPA的深度多核极限学习机在处理多分类以及复杂的大数据上均优于常用分类算法。（4）测井气层识别应用研究。为解决石油测井气层识别精度低的问题,设计了一个基于深度多核极限学习机的气层识别系统,包括测井数据预处理、识别模型建立和气层识别等过程。通过某油田的实际测井数据测试,结果表明所设计的深度多核极限学习机识别系统的识别准确率高达97.03%,相比于其它算法,其识别准确率得到明显提升。此外,CQFPA-D-MKELM随着测试次数的增加,其测试准确率的波动幅度最小,系统稳定性最高,而且其综合评价诊断实验价值的ROC曲线下面积（AUC）达到0.9071,在气层识别中效果显著,这为气层识别提供了一种有效途径。

关键词：极限学习机深度学习多核学习多尺度核函数花朵授粉算法

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数字电视机顶盒PVR功能的研究与实现

数字电视机顶盒PVR功能的研究与实现

作者：戴静河北工业大学

学位级别：硕士

数字电视机顶盒（STB, Set-top Box）是用户使用模拟电视机收看数字电视节目的必要终端设备，它的使用改变了电视节目的接收方式，但是并没有改变用户观看电视节目的方式。为了增加用户收看电视节目的主动性和选择性，根据Android系统... 详细信息

数字电视机顶盒（STB, Set-top Box）是用户使用模拟电视机收看数字电视节目的必要终端设备，它的使用改变了电视节目的接收方式，但是并没有改变用户观看电视节目的方式。为了增加用户收看电视节目的主动性和选择性，根据Android系统具有开源性、跨平台、便于开发等优点，提出在Android操作平台上对数字电视机顶盒的个人视频录制（PVR，Personal Video Recorder）功能进行开发的方案。主要研究工作或创新点如下：（1）基于Android系统的数字电视机顶盒PVR功能方案的提出。在分析Android系统的特点及其在数字电视机顶盒上应用的可行性基础上，提出一种在Android平台上实现数字电视机顶盒PVR功能的方案，主要包括软硬件系统的整体结构设计、PVR录制功能的设计和PVR回放功能的设计等。（2）PVR录制功能的设计与实现。首先对录制流程进行设计，并详细阐述具体的步骤。接下来说明实现录制功能所需的主要函数，并对重要的结构体函数进行设计。最后针对用户的不同需要，设计四种录制方式：持续录制、定时录制、时移录制、预约录制，并用C语言在底层对录制功能进行实现。（3）PVR回放功能的设计与实现。首先对播放流程进行设计，并详细阐述具体的步骤。其次说明实现回放功能所需的主要函数。再次针对节目回放过程中存在的音视频不同步问题提出解决方案，最后对两种特殊的播放方式特技播放与时移播放进行设计与实现。（4）PVR系统测试。测试结果表明所提出的Android机顶盒录制电视节目的设计方案，可以实现对于正在播放节目的三种可供选择的录制方式，对于未来播放的节目可以根据EPG信息进行录制。在节目回放过程中，音视频同步良好，能够实现节目的快进、快退、暂停等特技播放效果。

关键词：个人视频录制机顶盒 Android系统录制回放