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基于改进自编码器和深度支持向量数据描述的异常检测方法

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基于改进自编码器和深度支持向量数据描述的异常检测方法

作者：周佳航河北大学

学位级别：硕士

异常检测(Novelty Detection)被视为单类分类任务,其目标是检测出数据集中的异常数据。随着数据规模和维度的不断增加,传统的异常检测方法面临计算可扩展性差和“维度灾难”问题。为了解决该问题,传统异常检测方法通常需要大量的特征工... 详细信息

异常检测(Novelty Detection)被视为单类分类任务,其目标是检测出数据集中的异常数据。随着数据规模和维度的不断增加,传统的异常检测方法面临计算可扩展性差和“维度灾难”问题。为了解决该问题,传统异常检测方法通常需要大量的特征工程,相比之下,基于深度学习的方法能够自动学习数据中的潜在特征,从而有效解决计算可扩展性差和“维度灾难”问题,有效提高检测性能。因此,基于深度学习的方法在异常检测领域取得了成功,其中基于自编码器(Autoencoder,AE)的异常检测方法和深度支持向量数据描述(Deep Support Vector Data Description,Deep SVDD)方法被广泛用于异常检测任务。然而,基于AE的异常检测方法和Deep SVDD存在以下不足:一、在上述两种方法的训练过程中,训练集仅由正常数据构成,缺少异常数据的相关信息,导致模型检测异常数据的效果往往不够理想;二、基于AE的异常检测方法在部分异常数据与正常数据上产生的重构误差非常接近,导致这些异常数据容易被错分为正常数据;三、Deep SVDD旨在最小化超球体积,并没有考虑如何通过深度神经网络获得更具代表性的样本潜在特征,导致模型检测性能不够稳定。本文对基于AE的异常检测方法和Deep SVDD进行了改进,主要工作包含以下两个方面:1.提出了基于双自编码器和变换网络的异常检测方法,所提模型由两个并行的AE和一个变换网络组成。首先,所提变换网络通过输入样本编码后的隐层特征表示(称为潜在特征)生成带有异常数据信息的潜在特征,称为伪异常潜在特征,从而在训练集中增加异常数据的相关信息;其次,双自编码器将伪异常数据的潜在特征尽可能重构为正常数据而非重构其本身,进而使测试阶段异常数据取得与正常数据差别较大的重构误差,提高模型的检测性能;最后,与相关方法相比,所提方法在MNIST、Fashion-MNIST、CIFAR-10和KDD-CUP99数据集上均取得了更优的检测性能。2.提出了基于伪异常生成网络的Deep SVDD。首先,通过最大化正常数据和它们的重构样本之间的重构误差,利用伪异常生成网络生成伪异常数据;然后,将AE中的编码器用作Deep SVDD中的映射网络,并利用正常数据和伪异常数据经过编码器后所得的潜在特征联合确定超球中心;最后,同时对正常数据经AE所得的重构误差以及超球半径进行最小化,求取映射网络的网络连接权重,并确保正常数据的潜在特征落在超球内部,而伪异常数据的潜在特征落在超球外部。在测试阶段,计算待测样本经编码器所得的潜在特征与超球中心之间的距离,以确定其为正常数据或异常数据。与相关方法相比,所提方法在MNIST、CIFAR-10和MVTec AD三个数据集上均取得了更优的检测性能。

关键词：深度学习支持向量数据描述自编码器神经网络异常检测

基于双自编码器和Transformer网络的异常检测方法

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计算机应用 2023年第1期43卷 22-29页

作者：周佳航邢红杰河北大学数学与信息科学学院河北保定071002 河北省机器学习与计算智能重点实验室(河北大学) 河北保定071002

基于自编码器(AE)的异常检测方法利用重构误差判断待测样本是正常数据还是异常数据。然而,上述方法在正常数据与异常数据上产生的重构误差非常接近,导致部分异常数据很容易被错分为正常数据。为解决上述问题,提出一种由两个并行的AE和一... 详细信息

基于自编码器(AE)的异常检测方法利用重构误差判断待测样本是正常数据还是异常数据。然而,上述方法在正常数据与异常数据上产生的重构误差非常接近,导致部分异常数据很容易被错分为正常数据。为解决上述问题,提出一种由两个并行的AE和一个Transformer网络组成的异常检测方法——DATN-ND。首先,Transformer网络利用输入样本的瓶颈特征生成伪异常数据的瓶颈特征,从而在训练集中增加异常数据信息;其次,双AE将带有异常数据信息的瓶颈特征尽可能地重构为正常数据,增加异常数据与正常数据的重构误差差别。与记忆增强自编码器(MemAE)相比,DATN-ND在MNIST、Fashion-MNIST、CIFAR-10数据集上ROC曲线下面积(AUC)分别提升6.8、12.0和2.5个百分点。实验结果表明,DATN-ND能够有效扩大正常数据和异常数据在重构误差上的差别。

关键词：异常检测自编码器重构误差单类分类 Transformer网络

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实施“生活数学”教育,培养自主创新能力

学周刊 2018年第19期19卷 105-106页

作者：周佳航浙江省杭州市余杭区仓前中心小学浙江杭州311100

生活化教学近期得到大量关注,这种教学就是要将教学内容融入到生活中,给了小学数学教学很大的启发。小学生正处在思维发展的重要阶段,数学的教育尤为重要,将数学融入到生活中去,将抽象的知识具体化,能使学生更有效地获得知识,提高创新... 详细信息

生活化教学近期得到大量关注,这种教学就是要将教学内容融入到生活中,给了小学数学教学很大的启发。小学生正处在思维发展的重要阶段,数学的教育尤为重要,将数学融入到生活中去,将抽象的知识具体化,能使学生更有效地获得知识,提高创新能力。教师要灵活运用生活化教学,巧妙地将教学内容和生活联系起来,组织学生去课外实践,提高学生的创新能力。

关键词：小学数学生活数学自主创新能力教育

一株产电细菌Corynebacterium vitarumen HAUT-1的分离鉴定及其在微生物燃料电池中的应用

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应用化工 2024年第8期53卷 1997-2002页

作者：李含嫣许梦秋周佳屈建航赵帅河南工业大学生物工程学院河南郑州450001

利用纯培养技术从活性污泥中分离筛选出具有高效产电功能的细菌HAUT-1,利用16S rRNA基因序列比对分析对其加以鉴定并应用于MFCs中进行产电能力测试及单因素条件优化。结果表明,菌株HAUT-1的16S rRNA序列与Corynebacterium vitarumen(X84... 详细信息

利用纯培养技术从活性污泥中分离筛选出具有高效产电功能的细菌HAUT-1,利用16S rRNA基因序列比对分析对其加以鉴定并应用于MFCs中进行产电能力测试及单因素条件优化。结果表明,菌株HAUT-1的16S rRNA序列与Corynebacterium vitarumen(X84680)的同源性最高为98%,因此将该菌株命名为Corynebacterium vitarumen HAUT-1。单因素实验分析结果表明,该菌株在MFCs中的最佳产电条件是以乙酸钠作为碳源,甘氨酸作为氮源,培养pH为7,培养温度为25℃,在该条件下,菌株HAUT-1在MFCs中的最大输出电压可以达到635 mV;进一步的极化和功率密度曲线分析结果表明,MFCs系统的开路电压为608 mV,当电流密度为24 mA/cm^(2)时,输出功率密度达到最大,为53.88 mW/cm^(2)。结果表明,筛选出的菌株HAUT-1具有稳定且高效的产电能力,对产电微生物菌种资源开发,进一步提升MFCs效率,同步实现环境修复和产能输出具有重要意义。

关键词：微生物燃料电池产电微生物 Corynebacterium vitarumen HAUT-1 活性污泥分离鉴定

复苏促进因子Rpf增效处理磺胺二甲嘧啶废水的研究

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中国生物工程杂志 2024年第7期44卷 29-39页

作者：王壮崔静王子通郑蕾芦梦瑶周佳屈建航黄峰河南工业大学生物工程学院郑州450001

目的:微生物是降解磺胺类抗生素(sulfonamides,SAs)的主要驱动者,但在抗生素胁迫下易处于活的非可培养状态(viable but non-culturable,VBNC)而无法筛选得到;利用藤黄微球菌产生的复苏促进因子(resuscitation-promoting factor,Rpf)改善VBNC降解菌群的生长繁殖特性,提高废水的抗生素去除效果。方法:以磺胺二甲嘧啶(sulfamethazine,SMZ)废水为处理对象,利用Rpf蛋白的复苏作用驯化SMZ废水处理系统内活性污泥中潜在的功能降解菌群。结果:当SMZ质量浓度为0.5 mg/L时,投加Rpf蛋白后,SMZ的去除率提高了9.38%;当SMZ质量浓度增加到20 mg/L时,SMZ的去除率提高了17.10%;高通量测序结果表明,Rpf蛋白的投加主要促进了与SMZ降解相关的归属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota)的unclassified_f_Comamonadaceae、OLB8、Shinella和Rhodococcus等在系统内的富集,进而提高了SMZ去除效果。结论:首次利用Rpf强化微生物降解SMZ废水,为Rpf应用于其他磺胺类抗生素的去除提供了理论基础。

关键词：复苏促进因子磺胺二甲嘧啶生物降解微生物群落抗生素废水

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宋代官衔带“新授”现象研究

史学月刊 2024年第2期 37-47页

作者：周佳浙江大学历史学院浙江杭州310000

宋代官员凡新授职务,最早收到省札后就可称“新授某官”,这很普遍。其意义一则突显中央权威;二则官员提前注授职务并允许入衔,有利于稳定日益膨胀的官僚队伍。按道理新官上任后应去掉“新授”字样,直接称“某官”,但地方官往往上任半年... 详细信息

宋代官员凡新授职务,最早收到省札后就可称“新授某官”,这很普遍。其意义一则突显中央权威;二则官员提前注授职务并允许入衔,有利于稳定日益膨胀的官僚队伍。按道理新官上任后应去掉“新授”字样,直接称“某官”,但地方官往往上任半年内,在与中央的往来文书中,仍称“新授某官”。这一时段类似“试用观察期”,一方面新官用来适应新岗位,亦享有“免责”的优待;另一方面所在机构、监司、台谏会监督新官的表现,及时淘汰问题官员,作为对以文书、资历为主要依据的选任制度的修正。

关键词：宋代官衔新授徐谓礼文书省札告身

2000-2020年长江中下游地区耕地生产力对气候变化的动态响应

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应用与环境生物学报 2024年第2期30卷 238-246页

作者：周佳茜蒋艳萍乡市气象局萍乡337000 中南林业科技大学生命科学与技术学院长沙410004 中南林业科技大学南方林业生态应用技术国家工程实验室长沙410004

长江中下游地区是我国重要的粮食产区,探究其耕地生产力对气候变化的动态响应,对于应对日益增长的人类需求和不断加剧的气候变化、保障粮食安全具有重要意义.以植被净初级生产力(NPP)作为耕地生产力的评价指标,从区域尺度和格网尺度上,... 详细信息

长江中下游地区是我国重要的粮食产区,探究其耕地生产力对气候变化的动态响应,对于应对日益增长的人类需求和不断加剧的气候变化、保障粮食安全具有重要意义.以植被净初级生产力(NPP)作为耕地生产力的评价指标,从区域尺度和格网尺度上,分析2000-2020年长江中下游地区耕地NPP的时空变化特征,并量化NPP与气候因子(气温和降水)的相关性.结果显示:(1)从区域尺度上看,研究期间耕地NPP以3.42 g m^(-2)a^(-1)的速率呈波动上升趋势,并且在2013年出现了突变点.长江以南地区的耕地NPP要高于长江以北地区,离长江越远的耕地NPP越高;从格网尺度上看,研究期间大部分耕地的NPP呈上升趋势,但是未来可能呈增长放缓或退化趋势;(2)研究区耕地NPP与年降水量、年均气温呈正相关关系,降水的影响要强于温度;降水量对耕地NPP的影响具有显著的南北差异,降水与NPP呈正相关的耕地大部分位于长江以北地区,呈负相关的耕地大部分位于长江以南地区.气温与耕地NPP的相关关系在沿长江的梯度带上具有显著的空间差异,离长江越近,NPP与气温呈负相关的耕地越多.本研究表明气候变化的湿暖化促进了耕地植被的生长,耕地NPP对气候变化的响应具有显著的空间异质性.(图7表1参45)

关键词：耕地生产力气候变化植被净初级生产力空间异质性长江中下游地区

磺胺二甲嘧啶废水处理系统中Exiguobacterium sp.H-1的分离及其环境适应特性

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环境工程技术学报 2024年第1期14卷 258-267页

作者：陈田王壮芦梦瑶陈研周佳屈建航潘婧诗罗宇河南工业大学生物工程学院河南工业大学国际教育学院

磺胺二甲嘧啶(SMZ)是一种难降解的广谱抗生素,其广泛存在已对水环境构成严重的威胁。微生物是环境中抗生素降解转化的主要驱动者,但高效降解SMZ的微生物资源匮乏。以SMZ废水处理系统的活性污泥为原料,采用纯培养技术从中分离筛选出一株... 详细信息

磺胺二甲嘧啶(SMZ)是一种难降解的广谱抗生素,其广泛存在已对水环境构成严重的威胁。微生物是环境中抗生素降解转化的主要驱动者,但高效降解SMZ的微生物资源匮乏。以SMZ废水处理系统的活性污泥为原料,采用纯培养技术从中分离筛选出一株SMZ降解菌H-1。经形态学观察、生理生化特征、16S rRNA基因序列分析,H-1归属于微小杆菌属(Exiguobacterium sp.)。通过单因素试验研究初始SMZ浓度、接种量、pH和温度对菌株H-1降解SMZ效果的影响。结果表明,接种量、pH和温度对该菌株降解SMZ的影响较大。进一步采用响应面法优化菌株Exiguobacterium sp.H-1降解SMZ的最佳条件,得出pH为7.21,温度为28.86℃,接种量为4.40%时,其对5 mg/L SMZ降解率为10.54%。本研究发现微小杆菌Exiguobacterium sp.H-1具有降解SMZ的能力,其降解SMZ的独特之处是能够将SMZ脱去SO_(2),生成嘧啶环和苯胺环,经过耦合生成N-(4,6-二甲基嘧啶-2基)-1,4-二苯胺,然后进行脱氨反应,生成2-苯-4,6-二甲基嘧啶,随后去甲基化生成产物6(2-苯基-1,2-二氢嘧啶,m/z为159.97)。此外,菌株H-1在0~10%NaCl的广泛范围内也表现出很强的耐盐性,能够为SMZ污染水体的生物修复提供耐盐能力强的微生物菌株资源。

关键词：磺胺二甲嘧啶 Exiguobacterium 生物降解环境适应性生物修复

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宋代的試銜、假官與未出官人三階

中华文史论丛 2024年第2期 307-330,417,418页

作者：周佳浙江大學歷史學院

試銜産生於唐代,北宋逐漸弱化其功能,元豐改制正式將其廢除。但試銜的部分重要功能(授予白身人作爲出身)並未消失,轉由假官承擔。徽宗政和六年(1116)廢除假官名稱,此功能又轉由未出官人三階承擔。“試銜-假官-未出官人三階”的變化過程... 详细信息

試銜産生於唐代,北宋逐漸弱化其功能,元豐改制正式將其廢除。但試銜的部分重要功能(授予白身人作爲出身)並未消失,轉由假官承擔。徽宗政和六年(1116)廢除假官名稱,此功能又轉由未出官人三階承擔。“試銜-假官-未出官人三階”的變化過程,是將該出身羣體逐漸編入國家統一標準的文官等級序列的過程。試銜、假官不符合北宋中後期着力營造的王朝形象,且太過低微,故未在制度層面予以正名。單憑官方典章制度敍述,很難認識到這些低微官銜生命力的强盛、漫長。

关键词：宋代試銜假官未出官人三階