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基于GNN的异配图网络嵌入方法研究

基于GNN的异配图网络嵌入方法研究

作者：王辰昊黑龙江大学

学位级别：硕士

近年来,网络嵌入(Network Embedding,NE)的研究旨在寻求有效的网络数据表示方法以便为后续的网络分析和应用提供有力支持。在这些方法之中,图神经网络(Graph Neural Network,GNN)以其强大的图结构处理能力和表示学习能力逐渐成为主流并... 详细信息

近年来,网络嵌入(Network Embedding,NE)的研究旨在寻求有效的网络数据表示方法以便为后续的网络分析和应用提供有力支持。在这些方法之中,图神经网络(Graph Neural Network,GNN)以其强大的图结构处理能力和表示学习能力逐渐成为主流并在各种任务中展现出巨大潜力,如推荐系统和社交网络等。然而,目前大多数图神经网络主要工作在同配图上,往往忽视了节点之间可能存在的异配性关系。具体来说,GNN依赖同配性假设,即节点与其近邻之间的强相关性,在节点的近邻之中获取上下文信息。事实上,这一“同性相吸”的假设在现实世界图中并不总是成立。现实世界中存在大量的异配图,彼此帮助的节点往往可能间隔很远。因此,异配图的存在对传统GNN网络嵌入方法提出了相当大的挑战。本研究旨在将基于GNN的网络嵌入方法推广到节点之间具有复杂连接关系的异配图上。为了解决这一问题,本文提出三种基于GNN的异配图网络嵌入方法,贡献如下:(1)基于多跳随机传播的解耦图神经网络模型(A Decoupled Graph Neural Network Based on Multi-Hop Random Propagation,MRPGNN)。本方法利用节点之间的多跳邻居来捕获异配图上相距更远的同配节点信息。事实上,由于允许节点具有更大的感受野,过平滑带来风险是一个关键问题。因此,MRPGNN设计将GNN分解为特征变换和邻域聚合两阶段,在避免过平滑的同时有效地聚合多跳邻域特征。变换阶段将输入特征调整到高维空间,增强表示学习。接着聚合阶段提出了多跳随机传播来聚合节点特征,同时每轮传播中加入特征扰动降低数据敏感性并进一步减轻过平滑,从而增强模型的泛化能力。最后,模型以自适应的方式集成来自不同范围感受野的特征得到最终的节点表示,从而适应不同程度的异配图。多个真实世界的同配和异配数据集上的实验结果表明,MRPGNN在节点分类任务中不仅保持了同配图上的高精度,同时能够有效的泛化到异配图。(2)基于自适应多层对比的网络嵌入框架(Network Embedding with Adaptive Multi-layer Contrast,NEAMC)。在研究中,提出了一种名为NEAMC的网络嵌入框架旨在解决传统模型在处理异配图时的局限性。相较于传统模型,NEAMC摒弃了GNN隐含的同配假设,将节点原始特征作为输入,仅仅依靠简单的自编码器进行节点分类。为了弥补拓扑信息的缺失,NEAMC提出了自适应多层对比损失(Adaptive Multi-Layer Contrast Loss,AMCLoss),通过对齐不同层邻居节点的信息来指导自编码器自适应的学习图结构。NEAMC框架摆脱了依赖同配性假设下消息传递机制的限制,同时所提出的AMCLoss有助于自编码器学习来自不同范围邻居节点的信息,进而更好地揭示图的结构。实验证明,NEAMC在处理同配图和异配图时表现出色,具有良好的效果和鲁棒性,为进一步研究异配网络嵌入方法提供了有益的参考和启示。(3)基于结构和特征增强的异配对比学习框架(A Contrastive Learning Framework for Heterophilic Networks Based on Structure and Feature Preservation,He GCL)。目前图对比学习方法通常采用GNN作为基础编码器,其同样依赖于同配假且忽略属性空间中节点的相似性。本研究通过实证探索了现有对比方法无法适应异配网络的原因并针对当前同配图和异配图上的差异提出了一种基于结构、特征和语义信息共同学习的三视图对比学习框架,旨在发挥异配图上对比学习的真正潜力。与传统的同配图对比学习方法不同,He GCL放弃了传统的随机增强方案,提出多尺度邻域聚合策略(Multi-scale Neighbor Aggregation,MNA),维持原始图结构的完整性的同时避免特征混合问题。接着采用多跳对比损失(Multi-hop Contrast Loss,MCLoss)以及广义Page Rank权重因子,来适应异配网络中不同尺度信息,从而有效地保持异配图上高频信息。在特征信息处理上,He GCL不仅考虑了异配图中原始特征的重要性,还通过考虑在潜在特征空间中节点的相似性来识别节点之间的隐藏关联。最终,He GCL采用联合学习方法对比三个视图,从而挖掘综合的图信息。实验结果表明,He GCL在各种现实世界数据集上表现优异,能够泛化到不同下游任务中,相较于代表性基线方法有着更好的性能表现。

关键词：图神经网络异配网络网络嵌入过平滑图对比学习

基于水文水动力耦合模型的淤地坝选址多目标优化研究

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基于水文水动力耦合模型的淤地坝选址多目标优化研究

作者：邓明昊西安理工大学

学位级别：硕士

淤地坝建设是一种行之有效的水土保持工程措施,对充分利用水土资源,减少水土流失具有重要意义。《中华人民共和国黄河保护法》规定“黄河流域县级以上地方人民政府应当因地制宜组织开展淤地坝建设,将淤地坝工程防汛纳入地方防汛责任体系... 详细信息

淤地坝建设是一种行之有效的水土保持工程措施,对充分利用水土资源,减少水土流失具有重要意义。《中华人民共和国黄河保护法》规定“黄河流域县级以上地方人民政府应当因地制宜组织开展淤地坝建设,将淤地坝工程防汛纳入地方防汛责任体系,减少下游河道淤积”,标志着黄土高原地区淤地坝建设的新发展阶段。淤地坝的位置选址和规模设计要因地制宜,综合考虑经济、技术、生态环境、社会、管理等方面的影响。本文针对这一需求,以杨家沟小流域为例,对流域主沟道上单个淤地坝的布设位置和规模进行多目标优化研究,主要研究内容及结论如下:(1)基于无人机航测数据获取的数字高程模型(DEM),分析了流域的地形特征。采用响应面法多项式拟合的方法能够构建出淤地坝坝顶长度、库容、淤地面积与淤地坝布设位置S和坝体高度H的数学模型,且拟合结果良好,R2分别为0.73、0.94、0.96,可为淤地坝选址多目标优化提供数据基础。此外,本研究在提取流域水系时,确定集水区的面积阈值为0.2km2。据此,河网总长度为27.13km,共识别出49个河源和子流域。(2)采用水文水动力耦合模型计算杨家沟小流域的防洪能力现状。采用半分布式水文模型计算杨家沟小流域100年、50年、30年、20年一遇设计洪水,结果分别为126.75m3/s、105.53m3/s、92.99m3/s、77.64m3/s,略低于推理公式法计算结果,两者最大相对误差为7.99%,确定了水文模型在本流域的适用性。本研究将水文模型的输出作为边界条件,建立二维水动力模型。通过进行网格无关性分析和水量平衡测试,验证了水动力模型的可靠性与适用性。经计算,杨家沟小流域在100年、50年、30年、20年一遇的设计洪水条件下,最大淹没面积分别为65.05万m2、61.29万m2、59.43万m2、57.13万m2,平均淹没水深分别为 1.24m、1.17m、1.12m、1.04m,平均淹没流速分别为1.00m/s、0.94m/s、0.90m/s、0.85m/s。此外,研究发现流域中的局部坑洼和小型淤地坝有助于削减洪峰,导致水动力模型预测的流域出口处洪峰流量低于水文模型的计算值。(3)采用修改地形的方法概化任意规模的淤地坝在流域任意位置的布设情况,使用全面试验设计的方法设计共48组淤地坝的布设工况。再采用水文水动力耦合模型计算研究淤地坝布设位置和布设规模对流域出口流量过程的影响,发现随着淤地坝布设位置和设计高度的不同,对上游来水的拦蓄阶段不同,使得产生的滞洪效果也有差异。当淤地坝布设位置固定时,如当淤地坝布设位置在距离流域出口 0.8～3.2km时,随着淤地坝坝体高度的增加(坝高范围10～30m),流域出口位置的洪峰流量逐渐减小,当坝高超过一定程度后,洪峰保持不变;而当淤地坝布设位置在距离流域出口 4.0～6.4km时,随着淤地坝坝体高度的增加,洪峰流量不发生变化。(4)开发了一个多目标优化模型,该模型以淤地坝的布设位置和坝体高度为决策变量,以投资成本、防洪效益和泥沙拦截效益为优化目标。再采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法进行计算,得到了适用于杨家沟小流域的主沟道淤地坝选址多目标优化解。研究表明,在杨家沟小流域主沟道建设淤地坝,在初期投资增加约50万元的情况下,不但可提升10%的削峰滞洪效益,而且可额外增加约70万元的拦泥淤地效益。另外,淤地坝设计高度与三个优化目标呈正相关,淤地坝布设位置与三个优化目标呈负相关。且淤地坝设计高度与投资建设成本和拦泥淤地效益的相关性高于淤地坝布设位置,而淤地坝布设位置与削峰滞洪效益的相关性高于淤地坝设计高度。

关键词：淤地坝水文水动力模拟多目标优化算法

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运输机场U型区机坪优化设计研究

运输机场U型区机坪优化设计研究

作者：姚霖昊中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着我国民航的快速发展,大型运输机场的航空器起降数量日益增长,机位资源日益成为制约大型运输机场发展的一项重要因素。对于大型运输机场,为了提高近机位占比以减少机坪上移动保障设备的数量,降低机坪运行风险,采用指廊型航站楼构型... 详细信息

随着我国民航的快速发展,大型运输机场的航空器起降数量日益增长,机位资源日益成为制约大型运输机场发展的一项重要因素。对于大型运输机场,为了提高近机位占比以减少机坪上移动保障设备的数量,降低机坪运行风险,采用指廊型航站楼构型逐渐成为一种趋势,而指廊型航站楼的构型又会形成U型区机坪。U型区机坪的设置方式会对近机位数量、航空器运行方式等产生较大的影响。因此在该背景下,科学合理地对U型区机坪进行优化设计,对提高大型运输机场的运行效率具有理论意义和使用价值。本文对U型区机坪优化设计的主要研究如下:首先,从机坪设计维度和机坪运行维度建立U型区机坪空间效率评估影响因素体系。基于此提出了基于范数灰关联法和DEMATEL法的U型区机坪空间效率影响因素组合权重计算方法。并以10个国内大型运输机场航站楼对应的U型区机坪数据和5个专家访谈得到的数据为例进行计算,得到了影响U型区机坪空间效率各影响因素的综合权重。基于此,提出在U型区设计时,除了考虑机坪设计维度下的相关指标,同时将机坪运行维度下的机坪滑行方式因素纳入考虑,为后续的U型区机坪优化设计模型构建提供权重支撑。然后,以U型区机坪纵深、底边宽度、指廊边和底边机位数量四项指标综合最优为目标函数,将范数灰关联法和DEMATEL法得出的各项影响因素综合权重作为目标函数的权重值,并以U型区机坪构型的两指廊间间距、指廊长度、机坪近机位数量以及机坪滑行道滑行方式为约束条件,分别建立运输机场单通道、双通道和三通道U型区机坪优化设计多目标线性规划模型。以C类航空器为例,对提出的运输机场U型区机坪优化设计模型进行求解,得出单通道、双通道和三通道U型区机坪的优化设计方案。最后,分析了机坪静态容量评估存在的不足,根据运输航空器在U型区机坪运行中的运行规则,考虑运输航空器在U型机坪区域不同部分运行的速度差异,量化了航空器到达U型区机坪不同机位的时间,引入航空器在U型区机坪滑入和推出的限制条件,建立了U型区机坪动态容量评估模型。结合实例计算对模型进行计算求解,得出部分现有及优化后的单通道、双通道和三通道U型区机坪容量并运用SIMMOD仿真软件对U型区容量进行仿真计算,验证了容量评估模型的有效性。通过对比现有及优化设计的U型区机坪容量,表明论文所提出的U型区机坪优化设计模型有效,能为大型运输机场U型区机坪设计提供参考。

关键词：运输机场 U型区机坪范数灰关联-DEMATEL 线性规划优化设计 SIMMOD仿真

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射频宽带自适应抗干扰电路设计实现

射频宽带自适应抗干扰电路设计实现

作者：郭宇昊电子科技大学

学位级别：硕士

基于无线信道的物理层智能密钥分发与信息加解密传输的研究

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基于无线信道的物理层智能密钥分发与信息加解密传输的研究

作者：石煜昊电子科技大学

学位级别：硕士

基于协同治理理论的城中村治理研究 ——以郑州市为例

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基于协同治理理论的城中村治理研究 ——以郑州市为例

作者：李敏昊河南农业大学

学位级别：硕士

城中村改造治理研究是推进城市现代化进程中亟待破解的重大课题。本文立足协同治理理论视角,以郑州市城中村改造治理研究为研究样本,深入剖析了城中村改造过程中政府、村集体、村民、社会组织等利益相关者的博弈困境,探索了多元主体协... 详细信息

城中村改造治理研究是推进城市现代化进程中亟待破解的重大课题。本文立足协同治理理论视角,以郑州市城中村改造治理研究为研究样本,深入剖析了城中村改造过程中政府、村集体、村民、社会组织等利益相关者的博弈困境,探索了多元主体协同参与、共建共治的路径和机制。研究首先梳理了城中村改造和协同治理领域的研究现状,界定了核心概念内涵,构建了“利益相关者—协同治理”的理论分析框架。其次,通过文献资料分析、实地调研、深度访谈等方法,系统考察了郑州市城中村改造的发展脉络、阶段特征和治理绩效,发现政府主导能力不足、多元主体权责边界模糊、利益诉求难以协调、公共服务供给不到位等深层次矛盾和问题。再次,遵循协同治理的理念逻辑,从角色定位、制度供给、平台建设、沟通协商、利益协调、风险防控等维度入手,构建了政府主导、市场主体与社会力量协同参与的多元共治格局。最后,针对性地提出了优化顶层设计与制度安排、创新投融资机制、搭建多方参与平台、完善利益表达与协商机制、加强风险防范与化解、提升公共服务和人文关怀水平等一系列政策建议。本文的创新之处在于将“协同治理”理念引入城中村改造的复杂语境,基于利益相关者分析框架厘清了多元行动者的关系网络,为破解城中村改造困局提供了系统化的理论分析路径;实证研究依托郑州案例,采用多种质性研究方法,对城中村改造中的利益博弈、矛盾冲突与化解机制等进行了深入剖析,具有针对性和实践指导意义。研究结论可为加快推进城镇化进程、统筹解决“城中村”难题、实现城乡一体化发展提供有益启示。

关键词：城中村治理协同治理利益相关者郑州市

微生物絮凝剂絮凝去除水中微塑料及反应器的设计优化研究

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微生物絮凝剂絮凝去除水中微塑料及反应器的设计优化研究

作者：李铭昊东北电力大学

学位级别：硕士

微塑料是指粒径小于5 mm的塑料颗粒,它能够引起食品安全、人体健康等系列问题。由于微塑料在地表水和海洋中广泛存在,因此如何高效去除水体中微塑料已经成为一个亟待解决的问题。目前水体中微塑料的处理方法主要包括气浮法、膜过滤法等... 详细信息

微塑料是指粒径小于5 mm的塑料颗粒,它能够引起食品安全、人体健康等系列问题。由于微塑料在地表水和海洋中广泛存在,因此如何高效去除水体中微塑料已经成为一个亟待解决的问题。目前水体中微塑料的处理方法主要包括气浮法、膜过滤法等,其中絮凝沉淀法由于操作简单、经济有效而被应用于水处理中。M2-1微生物絮凝剂是一种绿色、高效的絮凝剂,其对水体中小颗粒杂质具有高效的絮凝去除效果,且易被生物降解,不产生二次污染,因此本研究利用M2-1去除饮用水原水和海水中的微塑料,并利用CFD手段设计优化搅拌型絮凝反应器,以提高水中微塑料的絮凝去除率。研究结论如下:（1）M2-1在去离子水中对PE、PS、PET、PVC和PA等微塑料的絮凝去除率分别达58.4%、85.6%、90.4%、91.2%和86.1%,同时对密度较小、粒径为1-74μm的PE的去除率均能够达到50%以上;（2）在pH 9、絮凝剂投加量15%、Ca Cl2投加量0.15g/L、沉淀时间30 min的最优絮凝条件下,M2-1对模拟原水中PE絮凝去除率达到了74.6%;对饮用水原水中微塑料的絮凝去除率达78.9%,效果高于PAC对微塑料的絮凝去除效果;M2-1受低温和低浊的水质影响较小,在低温低浊条件下,其对水中微塑料的去除率仍能够达到68.2%;（3）M2-1在絮凝去除海水中的微塑料时,既不需要投加阳离子助凝剂,也不需要调节p H,在絮凝剂投加量为10%、沉淀时间20 min条件下,其对海水和低温海水中微塑料的絮凝去除率分别达到了87.6%和77.5%。这是由于海水中存在大量的Ca2+和Mg2+等阳离子起到助凝作用,使得在海水中M2-1对微塑料的絮凝率更高。（4）通过对红外光谱分析判断,M2-1的生物絮凝剂属于多糖型生物絮凝剂,絮凝前后,絮凝体系发生了官能团的变化,絮凝产物535 cm-1处的C-Cl键伸缩振动、618 cm-1处的多糖分子中单糖间的β-糖苷键和878 cm-1处的吡喃糖β-型C-H变角振动的特征峰消失,这是由于两者的官能团发生了综合键合作用,初步说明M2-1对PE的絮凝属于化学絮凝;Zeta电位分析得知M2-1絮凝剂和PE均带负电,且M2-1对PE的絮凝需要一定浓度的Ca2+参加,因此M2-1对PE的絮凝机理应为二价阳离子架桥理论;扫描电镜分析可以看出M2-1对PE的絮凝机理,不仅包括架桥作用,还包括网捕和卷扫作用。（5）将不同条件下数值模拟得到的搅拌型絮凝反应器的流场参数与M2-1絮凝微塑料实验结果对比分析,可以得到M2-1絮凝微塑料的最佳的水力学参数范围为:0.00172 m2/s22/s2,0.0125m2/s3<0.0236 m2/s3,τ<0.32Pa;以数值模拟得到的最优条件,搅拌桨转速120 rpm、4叶搅拌桨、搅拌桨叶展大小为50 mm（占水流截面的18.59%）、2块挡板、挡板角度8°搭建反应器,此时搅拌桨上方区域有明显微涡旋,有利于M2-1絮凝密度较小的微塑料,饮用水原水中和海水中微塑料的絮凝去除率分别达到87.8%和94.3%,平均增加了近10%。在具有2块角度为8°挡板的搅拌型絮凝反应器中,利用M2-1分别絮凝去除饮用水原水和海水的微塑料,微塑料的絮凝去除率高,且处理过程绿色、经济。

关键词：微塑料 PE M2-1絮凝剂絮凝机理搅拌絮凝装置设计数值模拟

SRPK2在胃癌增殖、侵袭转移中的机制研究

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SRPK2在胃癌增殖、侵袭转移中的机制研究

作者：王忠昊南昌大学

学位级别：硕士

邻苯二甲酸二丁酯对黑土微生物群落及大豆生长发育的影响

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邻苯二甲酸二丁酯对黑土微生物群落及大豆生长发育的影响

作者：孙正昊中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)

学位级别：硕士