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基于元学习的多可信度深度神经网络代理模型

机械工程学报 2022年第1期58卷 190-200页

作者：张立陈江涛熊芬芬任成坤李超北京理工大学宇航学院北京100081 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

为了降低计算量,多可信度代理模型技术通过融合不同精度和计算量的分析模型构建高精度分析模型的代理模型,在基于仿真的工程优化中得到广泛应用。现有的多可信度建模方法在面对高维问题时往往仍需要大量高精度样本点,计算量很大,且大都... 详细信息

为了降低计算量,多可信度代理模型技术通过融合不同精度和计算量的分析模型构建高精度分析模型的代理模型,在基于仿真的工程优化中得到广泛应用。现有的多可信度建模方法在面对高维问题时往往仍需要大量高精度样本点,计算量很大,且大都基于高斯随机过程理论,超参数估计时长随着问题维数和非线性程度的增加明显增长且不够稳健。为此,充分利用深度神经网络在高维信息提取和近似方面的巨大潜能,以及元学习理论在小样本学习领域的优势,提出一种基于元学习的多可信度深度神经网络(Meta-learning based multi-fidelity deep neural networks, MLMF-DNN)代理模型方法。通过若干数学算例和NACA0012翼型稳健优化问题的应用,表明提出的MLMF-DNN方法相比于经典的Co-Kriging方法,在预测精度和训练时长上均有明显改善,对于高维问题优势更明显。

关键词：深度神经网络元学习多可信度代理模型稳健优化

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考虑不确定性的数值模拟模型确认方法

西北工业大学学报 2023年第5期41卷 987-995页

作者：任成坤熊芬芬王元豪李娜姜波郭志平西南技术工程研究所重庆400039 北京理工大学宇航学院北京100081

飞行器在其研发、生产和使用的整个寿命周期中都存在大量不确定性,这会导致数值模拟输出也具有不可忽视的不确定性,因此开展基于数值模拟技术的飞行器设计前必须进行模型确认。目前围绕数值模拟已开展了大量不确定性量化(uncertainty qu... 详细信息

飞行器在其研发、生产和使用的整个寿命周期中都存在大量不确定性,这会导致数值模拟输出也具有不可忽视的不确定性,因此开展基于数值模拟技术的飞行器设计前必须进行模型确认。目前围绕数值模拟已开展了大量不确定性量化(uncertainty quantification,UQ)的研究工作,但是如何基于UQ的结果科学地进行模型参数修正,形成系统的数值模拟模型确认的闭环流程,构建高可信的数值模拟预测模型,还较少有研究报道。为此,提出一种考虑不确定性的数值模拟模型确认方法,发展一种基于优质小样本的模型参数修正策略,建立一套融合不确定性量化、全局灵敏度分析、参数修正的模型确认闭环流程,为构建高保真的数值模拟提供科学系统的思路,并通过翼型的仿真算例验证了该方法的有效性。

关键词：模型确认不确定性量化混沌多项式深度学习

基于3个误差函数的复数ZNN模型求解复数满秩矩阵的Moore-Penrose逆

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浙江大学学报（理学版） 2014年第6期41卷 658-663,714页

作者：廖柏林任成坤张雨浓叶成绪李奋中山大学信息科学与技术学院广东广州510006 吉首大学信息科学与工程学院湖南吉首416000 青海师范大学计算机学院青海西宁810008

针对复数满秩矩阵的Moore-Penrose逆问题,采用一种新型的递归神经网络(ZNN)进行求解.构造3个不同的复数矩阵误差函数,利用ZNN设计公式推导得到对应的不同复数ZNN模型.为了便于计算机仿真,采用向量化技术将所得到的ZNN模型由矩阵形式转... 详细信息

针对复数满秩矩阵的Moore-Penrose逆问题,采用一种新型的递归神经网络(ZNN)进行求解.构造3个不同的复数矩阵误差函数,利用ZNN设计公式推导得到对应的不同复数ZNN模型.为了便于计算机仿真,采用向量化技术将所得到的ZNN模型由矩阵形式转换为矩阵向量形式.计算机仿真结果表明了所得到的3个复数ZNN模型在求解复数满秩矩阵Moore-Penrose逆时的可行性与有效性.

关键词：误差函数复数ZNN模型 Moore-Penrose逆向量化

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我国高等职业教育法律缺失分析

哈尔滨职业技术学院学报 2008年第6期 1-2页

作者：彭彤胡斌任成坤哈尔滨职业技术学院黑龙江哈尔滨150081

近几年来,我国十分重视高等职业教育,加大了高等职业教育的投入,使得高等职业教育成为我国高等教育不可缺少的组成部分。但针对在高等职业教育发展和实践中存在的部分问题到目前为止还没有统一的法律法规进行规范,主要是通过我国现有的... 详细信息

近几年来,我国十分重视高等职业教育,加大了高等职业教育的投入,使得高等职业教育成为我国高等教育不可缺少的组成部分。但针对在高等职业教育发展和实践中存在的部分问题到目前为止还没有统一的法律法规进行规范,主要是通过我国现有的《教育法》《高等教育法》以及《职业教育法》来调整。所以作者在工作实践中积累了一些资料,提出对高等职业进行立法的建议,使得我国的高等职业教育有法可依,能够得到健康、有序、快速发展。

关键词：高等职业教育法律缺失立法

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不确定性传播的混沌多项式方法研究进展

中国舰船研究 2021年第4期16卷 19-36页

作者：熊芬芬陈江涛任成坤张立李泽贤北京理工大学宇航学院北京100081 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

不确定性在工程设计中广泛存在,作为工程设计中的核心内容之一,不确定性传播和量化一直都是工程设计领域重要的理论课题之一。混沌多项式作为一种高效的不确定性传播方法近年来得到了广泛研究和应用,具有较大的工程应用潜力。为此,对混... 详细信息

不确定性在工程设计中广泛存在,作为工程设计中的核心内容之一,不确定性传播和量化一直都是工程设计领域重要的理论课题之一。混沌多项式作为一种高效的不确定性传播方法近年来得到了广泛研究和应用,具有较大的工程应用潜力。为此,对混沌多项式方法的研究进展进行综述。首先,介绍该方法的应用场景和基本原理;其次,针对混沌多项式应用中面临的“维数灾难”、计算量大等难题,介绍基截断、稀疏重构、稀疏网格、多可信度建模等诸多解决策略;然后,对基于混沌多项式的全局和局部灵敏度分析方法进行介绍;最后,对混沌多项式的研究进行展望。

关键词：不确定性传播混沌多项式维数灾难多可信度建模灵敏度分析

涡轴-涡扇变循环发动机方案及性能匹配设计研究

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推进技术 2024年第5期45卷 26-35页

作者：任成贾琳渊卜贤坤陈玉春杨洁西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 北京动力机械研究所北京100074 石家庄市军队离休退休干部第四休养所河北石家庄050085

针对旋转机翼式垂直起降高速巡航飞行器,提出了一种新概念结构形式的涡轴-涡扇变循环(TSFVCE)发动机,能够分别在涡轴和涡扇两种模态工作。首先对涡轴-涡扇变循环发动机的结构及工作模式进行了介绍,并建立基于变比热的部件级性能仿真模型... 详细信息

针对旋转机翼式垂直起降高速巡航飞行器,提出了一种新概念结构形式的涡轴-涡扇变循环(TSFVCE)发动机,能够分别在涡轴和涡扇两种模态工作。首先对涡轴-涡扇变循环发动机的结构及工作模式进行了介绍,并建立基于变比热的部件级性能仿真模型;然后通过循环分析,确定发动机第二涵道比为3,Flade外涵风扇压比为1.98,第一涵道比为0.11,完成发动机设计点性能方案设计;最后分析了核心机驱动风扇(CDFS)可调机构对发动机性能影响机理,得出CDFS放气阀对发动机涡扇模态下的推力与涡轴模态下的功率影响较大,对涡扇模态的推力影响最大为61.5%,对涡轴模态的功率影响最大为33.3%,可利用此特性实现发动机在涡扇和涡轴模态下推力和功率输出的匹配。

关键词：垂直起降飞行器旋转机翼变循环发动机总体方案循环分析核心机驱动风扇

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基于高斯随机过程的多可信度混沌多项式

基于高斯随机过程的多可信度混沌多项式

2018年全国固体力学学术会议

作者：王丰刚任成坤熊芬芬北京理工大学宇航学院

不确定性分析是结构不确定性优化中的重要内容。混沌多项式方法(polynomial chaos,PC)由于具有严格的数学基础和较高的计算效率,在不确定性分析中得到广泛研究。但工程设计中往往涉及复杂费时的仿真分析模型,直接基于高精度分析模型进... 详细信息

不确定性分析是结构不确定性优化中的重要内容。混沌多项式方法(polynomial chaos,PC)由于具有严格的数学基础和较高的计算效率,在不确定性分析中得到广泛研究。但工程设计中往往涉及复杂费时的仿真分析模型,直接基于高精度分析模型进行PC不确定性分析,计算量依然很大。为此,近些年在确定性建模领域广泛研究的多可信度建模思想被逐步引入到不确定性分析,通过充分融合低精度而计算量小的分析模型数据,产生了多可信度PC方法。现有方法将高精度模型表示为低精度PC模型与高低精度样本差值的PC模型之和,这种简单的差值模型在应对非线性程度较高的不确定性传播问题时,精度受限,而且当高低精度样本非嵌套时,误差可能较大。考虑到高斯随机过程(Gaussian process,GP)理论在近似非线性函数时具有较高精度,在确定性多可信度建模中得到广泛应用,本文将GP与PC方法结合,扩展确定性领域经典的KOH多可信度建模框架,提出基于GP理论的多可信度PC方法。该方法首先在PC模型上附加一零均值GP项(PC-GP模型),在提高PC局部近似预测能力的同时,为后续多模型融合奠定基础;然后,基于KOH框架将高精度模型表示为比例缩放的低精度PC-GP模型与高低精度样本差值的PC-GP模型之和,并采用极大似然估计对比例缩放系数等超参数进行估计。通过几个数学算例和某二维翼型的稳健优化设计对所提出的多可信度PC方法进行测试,证明其有效性。图1展示了某个算例的所得的前四阶统计矩的结果,显然提出的方法(MF-PCK)的精度明显优于现有方法(MF-PC)。

关键词：不确定性分析多可信度建模混沌多项式高斯随机过程极大似然估计

来源： cnki会议评论

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小样本下数据驱动混沌多项式的稳健性分析

小样本下数据驱动混沌多项式的稳健性分析

未知目标函数数值积分公式MATLAB完备给出与实践

2018年全国固体力学学术会议

作者：任成坤王丰刚熊芬芬北京理工大学宇航学院

作为一种较新的混沌多项式方法,数据驱动混沌多项式(Data-Driven Polynomial Chaos,DDPC)由于无需随机输入变量的分布信息,当分布信息不完整甚或为一组数据时,也能有效进行不确定性分析,被认为具有更广的适用范围,近几年在结构不确定性... 详细信息

作为一种较新的混沌多项式方法,数据驱动混沌多项式(Data-Driven Polynomial Chaos,DDPC)由于无需随机输入变量的分布信息,当分布信息不完整甚或为一组数据时,也能有效进行不确定性分析,被认为具有更广的适用范围,近几年在结构不确定性分析和优化中得到越来越多的应用。DD-PC方法通过匹配一定阶次的输入随机变量的统计矩,构建最优正交多项式,但当输入样本数目过少,统计矩计算存在误差,必然影响最优正交多项式的精度,最终影响不确定性分析的精度和置信度。为此,本文针对DD-PC输入样本不足的情况,在传统Bootstrapping方法的基础上联合Bayesian理论对不确定性分析结果进行稳健性分析。假设不确定性分析结果(输出响应的均值和方差)的均值和方差服从正态分布,提出分别基于部分和全部输入样本利用Bootstrapping方法重复抽样,计算不确定性分析结果的均值及方差,根据贝叶斯理论,将前者作为先验信息,加入后者的统计信息,计算不确定性分析结果的均值与方差的后验分布,进而计算其均值及方差的置信区间。通过仿真测试比较提出Bootstrapping-Bayesian方法与基于全部样本的Bootstrapping方法,结果表明提出的方法所得置信区间更接近蒙特卡洛仿真(MCS)的结果,且估计出的置信区间比直接Bootstrapping方法更窄。表1展示了某算例100个输入样本下,两种方法所得的输出响应的均值和方差的置信区间。

关键词：不确定性传播混沌多项式数据驱动 Bayesian Bootstrapping

来源： cnki会议评论

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甘肃科学学报 2013年第2期25卷 3-7页

作者：张雨浓任成坤金龙刘锦荣殷勇华中山大学信息科学与技术学院广东广州510006

对于未知的目标函数,在离散采样点上获取其对应的函数值后,由多项式插值理论,即可构造出用于逼近该目标函数的拉格朗日插值多项式,进而对该拉格朗日插值多项式求积分,就可得到该目标函数的多点数值积分近似公式.基于上述方法,通过MATLA... 详细信息

对于未知的目标函数,在离散采样点上获取其对应的函数值后,由多项式插值理论,即可构造出用于逼近该目标函数的拉格朗日插值多项式,进而对该拉格朗日插值多项式求积分,就可得到该目标函数的多点数值积分近似公式.基于上述方法,通过MATLAB快速求出数值积分公式后,完备地给出了一组等间距条件下的2～16个数据点的数值积分公式.计算机数值实验结果表明,对于未知目标函数,该多点数值积分公式可取得较高的计算精度(如10-16).

关键词：未知目标函数插值多项式数值积分数值实验计算精度

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