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基于新一代神威超算的第一性原理软件VASP优化研究

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基于新一代神威超算的第一性原理软件VASP优化研究

作者：杨超超齐鲁工业大学

学位级别：硕士

随着我国超级计算机事业的发展,超算的计算性能有了巨大的提高。神威系列超算是我国自主研制的异构超级计算机,但因其特殊的架构,一直缺少与之匹配的应用软件,因此难以发挥神威超算的计算性能。在科学软件应用中,数值计算软件占了很大... 详细信息

随着我国超级计算机事业的发展,超算的计算性能有了巨大的提高。神威系列超算是我国自主研制的异构超级计算机,但因其特殊的架构,一直缺少与之匹配的应用软件,因此难以发挥神威超算的计算性能。在科学软件应用中,数值计算软件占了很大部分。在材料科学领域,利用第一性原理软件进行材料计算是研发新材料的关键。通过材料计算可以在筛选材料时快速地掌握材料的特性和行为,缩短材料研发的生命周期,极大地降低材料研发的成本。在进行材料计算时传统方法是密度泛函理论、分子动力学和计算流体力学来计算材料的理化性质。由于人工智能领域的兴起,人们使用机器学习和深度学习模型对材料领域进行了建模分析,为材料领域带来了新的计算方法。因此在新一代神威超算上优化VASP软件不仅可以发挥神威超算的计算能力,提高材料计算的运算效率,还能助力我国超算事业,丰富神威超算的异构应用库,提升我国的超算软实力。另外对VASP软件结合新兴的人工智能进行研究,为后续在神威超算平台上开展材料计算+人工智能研究提供思路。鉴此,本文基于国产神威新一代超算,对第一性原理软件VASP进行了优化,优化内容包括编程优化、机器学习优化。提出了基于多头注意力的晶体神经网络算法模型,并将模型预测性质时间和传统数值计算时间进行了对比。主要工作和创新点如下:(1)基于国产新一代神威超算,对第一性原理软件VASP进行了针对神威异构环境编程方面的移植和优化。首先使用了混合编译、增量编译等移植方法使其能够调用从核处理器,然后通过构建数学模型以量化的方式找到VASP的热点函数、待优化的目标函数,最后根据软件设计了协同计算、双缓冲、LDM二级缓存等优化方法。另外针对优化过程中出现的负优化的问题,提出了一种自适应优化方法,使其能够发挥超算的计算性能。(2)基于贝叶斯推理方法提出了一种适合于VASP的贝叶斯增量学习方法,该方法可以对VASP计算过程进行优化。针对贝叶斯在构建力场时出现力场数据不充分而导致不准的问题,采用了增量学习的方法,通过不断地加入新的数据和少量的模型调整,来更新提高模型的预测能力。同时使模型有了可移植性,可以迁移到因计算数据较少而导致模型不准的环境中。(3)基于晶体图神经网络提出了多头注意力晶体图神经网络(MH-CGCNN)模型,该模型利用多头注意力机制以分子中不同原子之间键角为研究对象,赋予不同键角与实际分子宏观性质相对应的权重值,不同的权重反映该键角对分子性质的影响程度,以此来模拟实际分子中近邻原子之间的相互作用关系。另外将键角这一描述符引入到了模型中,使模型有了更好的物理表达,将模型的平均绝对误差MAE降低了5.3%。

关键词：第一性原理 VASP 软件优化新一代神威超算

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负系统学的创建研究

中国安全科学学报 2023年第3期33卷 1-10页

作者：吴超中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中南大学安全理论创新与促进研究中心湖南长沙410083

为了把各类灾难研究的理论成果统一起来,采用逆向思维范式,基于逻辑学、系统学及科学学科学的研究方法,针对各种灾难都具有负面性与系统性的普遍事实,提出创建负系统学并将其作为统一各类灾难理论的一门综合学科;给出负系统和负系统学... 详细信息

为了把各类灾难研究的理论成果统一起来,采用逆向思维范式,基于逻辑学、系统学及科学学科学的研究方法,针对各种灾难都具有负面性与系统性的普遍事实,提出创建负系统学并将其作为统一各类灾难理论的一门综合学科;给出负系统和负系统学的定义及内涵,建立负系统学的概念模型和概念体系及其定义,阐述负系统学的主要研究内容与研究方法,展望负系统学的分支及其创立的意义。研究结果表明:负系统学可以成为大安全和宏安全的基础学科;负系统学可以增进各类灾难理论取长补短、相互借鉴和共同发展;对于灾难研究,负系统学比系统学更具针对性;在研究实践上,负系统学比安全系统学更加容易结合实际。

关键词：负系统学正系统安全系统学灾难基础理论

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高州市南药生产现状、问题与可持续发展对策

高州市南药生产现状、问题与可持续发展对策

作者：李艺超华南农业大学

学位级别：硕士

中国在中医药种植方面有几千年的历史。发展药物种植是华南地区增加农民经济收入的生产途径之一。本研究通过对高州市南药种植情况进行调查,分析了高州市发展南药种植的优势,介绍了高州深镇石斛、石鼓首乌、曹江山药、古丁藿香、高良姜... 详细信息

中国在中医药种植方面有几千年的历史。发展药物种植是华南地区增加农民经济收入的生产途径之一。本研究通过对高州市南药种植情况进行调查,分析了高州市发展南药种植的优势,介绍了高州深镇石斛、石鼓首乌、曹江山药、古丁藿香、高良姜等5种具有代表性的南药种植现状,提出了系列问题并进行了原因分析。在总结现状的基础上,提出了系列对策,主要包括:(1)制定南药适宜性生产规划推进产业可持续发展;(2)以特色南药资源为基础推进规模化集约化种植;(3)扩大建立南药规范化种养及深加工生产基地;(4)大力创新与推广应用南药综合立体生态健康种植模式;(5)通过科技驱动不断提升南药质量;(6)加强南药的产后储藏与市场监管;(7)加快南药产品的品牌化发展;(8)构建南药产业发展的多元融资体系;(9)加快建立公益性南药生产信息服务平台。

关键词：南药种植发展对策高州市

黄河流域农业碳排放与经济增长时空耦合关系研究

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中国农业资源与区划 2024年

作者：马志超甘肃省经济研究院北方民族大学中华民族共同体学院

[目的]为明晰黄河流域农业碳减排与其经济增长之间的矛盾，实现农业碳排放与其经济增长间脱耦以及稳定的强脱钩状态。[方法]通过构建农业碳排放核算模型和农业碳排放经济效率模型，对1997—2021年黄河流域9省农业碳排放量排放进行测算... 详细信息

[目的]为明晰黄河流域农业碳减排与其经济增长之间的矛盾，实现农业碳排放与其经济增长间脱耦以及稳定的强脱钩状态。[方法]通过构建农业碳排放核算模型和农业碳排放经济效率模型，对1997—2021年黄河流域9省农业碳排放量排放进行测算，并在厘清流域内农业碳排放和农业增加值区域差异及公平性评价的基础上，运用耦合协调模型和Tapio脱钩模型探究农业碳排放系统和经济增长系统之间的“耦合协调”和“脱钩”关系及演化特征。[结果]（1）黄河流域9省农业碳排放总量呈现了“持续上升—平稳达峰—持续下降”的“倒U型”波动变化，且在2015年达到峰值，“减肥减药”行动对于农业生产减碳减排起到正向作用，农业增加值始终处于持续上升的理想态势；（2）黄河流域农业碳排放经济效率指数具有较大区域差异，主要源于各省区经济作物种植结构、畜牧养殖规模和农业物质投入水平等方面；（3）黄河流域农业碳排放与经济增长的耦合协调状态，基本实现了从初级失调向整体协调的转变，且表现为上游地区转变速率最快，中游地区整体速率居中，下游地区转变最具稳定性；（4）黄河流域各省区农业碳排放与经济增长间的脱钩状态，整体以弱脱钩和强脱钩等有利脱钩状态为主，表明在多情景下经济增长速度都要明显快于农业碳排放，且部分年份碳排放增速甚至为负的理想状态，表明各省份农业碳减排工作均取得积极成效。[结论]黄河流域9省农业碳排放总量已过峰值，实现了与其经济增长间脱耦以及有利脱钩状态，呈现流域农业生产结构合理化和高级化的发展趋势。

关键词：黄河流域农业碳排放经济增长时空差异耦合协调

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菲胁迫对泥鳅生殖细胞发育的影响

菲胁迫对泥鳅生殖细胞发育的影响

作者：杨超超延安大学

学位级别：硕士

菲是水中主要的PAHs污染物,具有致癌、致畸、致突变作用,长期污染可能造成鱼类生殖细胞发育相关基因异常表达并导致性腺组织结构异常。因此,研究其对鱼类性腺的影响具有重要意义。本研究以泥鳅为研究对象,分析Phe胁迫下,雄性泥鳅生长性... 详细信息

菲是水中主要的PAHs污染物,具有致癌、致畸、致突变作用,长期污染可能造成鱼类生殖细胞发育相关基因异常表达并导致性腺组织结构异常。因此,研究其对鱼类性腺的影响具有重要意义。本研究以泥鳅为研究对象,分析Phe胁迫下,雄性泥鳅生长性能、精巢转氨酶及其基因、精巢性类固醇激素及其受体、性腺性类固醇激素受体基因、性腺发育相关基因及性腺的变化。以期探明Phe对鱼类性腺发育的影响,为以后该领域的研究打下基础,从而更好的检测与保护水环境、维持生物多样性的稳定。主要结论如下:(1)利用不同浓度(0.15、1.33、1.77、2.36、3.13 mg/L)的Phe并结合不同的处理时间(15、30、45、60、75、90 d),测定生长性能;结果显示:Phe对雄性泥鳅具有毒性效应,与对照组相比,Phe胁迫可导致体重增长率先增高后降低,长期胁迫显著降低增长率;Phe胁迫可使雄性泥鳅肥满度显著升高;Phe对雄性泥鳅体长、体重具有抑制效应,对体长抑制更显著。(2)测定泥鳅精巢指数,采用赖氏比色法测定精巢转氨酶活性;采用qRT-PCR法检测转氨酶基因((aspartate amino transferase,ast)、(alanine aminotransferase,alt))在泥鳅精巢的转录水平。结果显示:短期Phe胁迫诱导泥鳅精巢指数上升,长期Phe胁迫对精巢指数起抑制作用;Phe胁迫对精巢谷草转氨酶(Alanine aminotransferase,ALT)、谷草转氨酶(Aspartate aminotransferase,AST)活性具有显著的先诱导后抑制作用,且AST活性变化趋势更明显;AST、ALT活性变化较ast、alt表达量变化具有明显滞后效应;Phe胁迫下泥鳅精巢AST、ALT活性及ast、alt转录水平变化与精巢指数变化无显著相关。(3)采用酶联免疫吸附法测定精巢E2、T、ER、AR含量,并采用qRT-PCR法检测性类固醇受体基因((estrogen receptor alpha,era)、(estrogen receptor beta1,erβ1)、(androgen receptor,ar))在泥鳅精巢的转录水平。结果显示:Phe胁迫可显著降低泥鳅精巢睾酮(testosterone,T)、雄激素受体(androgen receptor,AR)含量、显著增加雌二醇(Estradiol,E2)、雌激素受体(estrogen receptor,ER)含量;短期Phe胁迫,era、erβ1表达均被诱导,长期Phe胁迫下,era、erβ1表达均出现被抑制的情况,但era对ER合成的贡献更大;Phe对ar表现为先诱导后抑制,这可能与erβ1有关;Phe胁迫下E2与ER的关系被增强,而T与AR的关系被减弱;这提示,Phe可能通过影响类固醇生成途径调节激素合成与转化,从而对雄性泥鳅产生强烈的类雌激素效应。(4)采用qRT-PCR法检测精巢发育相关基因(amh、sox9a、sox9b)在泥鳅精巢的转录水平,采用石蜡组织切片、HE染色、电子显微观察泥鳅精巢组织学结构。结果显示:短期Phe胁迫诱导amh、sox9a、sox9b上升,长期高浓度Phe胁迫抑制amh、sox9a、sox9b表达;长期胁迫下,精小囊结构受损,精子细胞、精子数量明显减少,精原细胞、初级精母细胞、次级精母细胞数量明显增多,精巢内出现少量空腔;3.13 mg/L Phe胁迫90 d,精巢内未观察到精子细胞及精子,观察到少量精母细胞,精原细胞数量众多,同时少部分精原细胞体积明显增大,精巢内观察到少量卵原细胞和卵母细胞。这表明,Phe对泥鳅精巢发育具有迟滞作用,高浓度长期Phe胁迫可导致泥鳅精巢退化或转化为卵巢,amh、sox9a、sox9b转录水平降低可能是精巢组织结构受损所造成的。(5)采用qRT-PCR法检测卵巢性类固醇受体基因(era、erβ1、ar)、卵巢发育相关基因((anti-mullerian hormone,amh)、(sry-box transcription factor 9a,sox9a)、(sry-box transcription factor 9b,sox9b))在泥鳅卵巢的转录水平,采用石蜡组织切片、HE染色、电子显微观察泥鳅卵巢的组织学变化。结果显示:Phe胁迫下,泥鳅卵巢erα,erβ1,ar和sox9b被显著诱导。Phe影响泥鳅卵巢的正常发育,加速卵原细胞向Ⅱ期卵母细胞的发育,破坏卵母细胞的形态结构。综上所述,Phe对雄性泥鳅的生长发育、精巢成熟具有明显毒性效应;AST、ast在精巢中起主要解毒作用,解毒氨基酸对精巢发育无显著影响,精巢发育受损更严重可能与Phe的类雌激素效应有关;Phe的类雌激素效应导致精巢类性类固醇激素及其受体内分泌失衡,雌激素及其受体水平剧烈上升,雄激素及其受体水平剧烈下降;雌激素受体水平上升可能由erα介导,erβ1、

关键词：泥鳅菲性腺基因转录组织结构

急性冠脉综合征患者血清中HIGD-1A和HIGD-1B的水平与临床意义的研究

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急性冠脉综合征患者血清中HIGD-1A和HIGD-1B的水平与临床意义的研...

作者：曾超超蚌埠医学院

学位级别：硕士

目的:通过检测急性冠脉综合征(Acute coronary syndrome,ACS)患者血清HIGD-1A、HIGD-1B蛋白水平,探讨其与急性冠脉综合征诊断及冠脉病变严重程度的关系。方法:1.选择2019年9月至2021年9月就诊于蚌埠医学院第一附属医院心血管内科,结合... 详细信息

目的:通过检测急性冠脉综合征(Acute coronary syndrome,ACS)患者血清HIGD-1A、HIGD-1B蛋白水平,探讨其与急性冠脉综合征诊断及冠脉病变严重程度的关系。方法:1.选择2019年9月至2021年9月就诊于蚌埠医学院第一附属医院心血管内科,结合患者胸闷胸痛症状、心电图动态改变、心肌酶谱和肌钙蛋白Ⅰ等血液学检查,拟诊为冠状动粥样硬化性心脏病,急性冠脉综合征(Acute coronary syndrome,ACS)患者126名作为研究对象,于我院心导管室顺利完成冠状动脉造影检查。根据冠脉造影检查结果,至少有一支冠脉血管管腔狭窄程度大于等于50%的患者确诊为冠心病,并依据患者临床表现、心电图改变、肌钙蛋白Ⅰ结果、腔内超声结果进一步分为急性心肌梗死(Acute Myocardial infraction,AMI)患者50名、不稳定型心绞痛(Unstable Angina Pectoris,UAP)患者56名和稳定型心绞痛(Stable Angina pectoris,SAP)患者20名。另外选取同时期冠脉造影未见异常的患者34名作为正常对照组。2.经患者知情同意后收集所有检查者姓名、性别、年龄、高血压、糖尿病、高血脂、家族遗传性疾病、传染性疾病等病史和治疗情况。采集患者入院时血压、血糖、血常规和生化常规等实验室检查结果。入院第二日清晨采集5 mL肘正中静脉血两份,其中一份用于肝肾功能血脂血糖分析,另一份应用酶联免疫吸附法于同一批次检测所有受试者血清HIGD-1A、HIGD-1B蛋白水平。当检查者顺利完成冠状动脉造影检查时,记录所有检查结果及冠状动脉血管病变情况。3.运用IBM公司数据处理软件SPSS 25.0进行数据处理及分析。对测量数据进行正态性和方差齐性分析,符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示,两组间比较采用t检验,多组比较采用ANOVA单因素方差分析;计数资料以百分比表示,组间比较采用卡方检验;相关性分析采用Pearson相关分析;用受试者工作曲线(Receiver Operating Characteristic curve,ROC)来评估血清HIGD-1A、HIGD-1B蛋白对于ACS的诊断意义,以P0.05)。3.根据Gensini积分,将ACS组患者分为轻度病变组(0-45分)29例,中度病变组(46-90分)40例,重度病变组(>90分)37例。轻度病变组患者血清HIGD-1B蛋白水平为(3.02±1.22ng/mL),中度病变组患者血清HIGD-1B蛋白水平为(3.96±0.91ng/mL),重度病变组患者血清HIGD-1B蛋白水平为(6.12±1.48ng/mL),ACS组不同冠脉病变程度患者HIGD-1B蛋白水平经方差分析,其差异具有统计学意义(P<0.001)。两两比较,重度病变组、中度病变组血清HIGD-1B水平显著高于轻度病变组,且重度病变组血清HIGD1B水平高于中度病变组(P<0.05)。4.经Pearson相关性分析,ACS组患者HIGD-1B蛋白水平与Gensini积分成正相关,差异具有统计学意义(r=0.685,P<0.001);AMI组和UAP组患者HIGD-1B水平均与Gensini积分成正相关,差异均有统计学意义(r=0.797,P<0.001;r=0.546,P<0.05)。5.利用ROC曲线评估血清HIGD-1B蛋白水平对ACS、AMI的诊断意义。血清HIGD-1B蛋白水平诊断ACS的曲线下面积(Are

关键词：急性心肌梗死不稳定型心绞痛 HIGD-1B蛋白 HIGD-1A蛋白

基于高斯过程隐变量模型的三维人脸重建优化算法研究

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基于高斯过程隐变量模型的三维人脸重建优化算法研究

作者：冯超超电子科技大学

学位级别：硕士

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高中生英语写作句法错误现状调查

高中生英语写作句法错误现状调查

作者：刘超超牡丹江师范学院

学位级别：硕士

写作是高中英语学习的重要内容,在一定程度上反映了学习者的语言综合运用能力。但在英语写作过程中,高中生会出现句法错误,这些错误影响学生英语学习水平的稳步提升,不容忽视。因此,调查高中生英语写作中句法错误现状,进而探究原因,将... 详细信息

写作是高中英语学习的重要内容,在一定程度上反映了学习者的语言综合运用能力。但在英语写作过程中,高中生会出现句法错误,这些错误影响学生英语学习水平的稳步提升,不容忽视。因此,调查高中生英语写作中句法错误现状,进而探究原因,将会有助于英语写作教学和句法教学。本文以错误分析理论、语言迁移理论和衔接理论为指导,以M市某中学的高中生为研究对象,先后三次收取340份作文样本、167份调查问卷,分别对5名英语教师和10名高分组学生和10名低分组学生进行访谈。结合作文样本、问卷和访谈,本文分析了高中生英语作文中句法错误的频率、高分组和低分组句法错误的差异,以及造成高中生英语作文句法错误的原因。研究结果表明:(1)总体上,高中生英语作文中的错句出现频率较高,占总句数的将近一半,平均每三句出现一处错句。高中生英语作文的句法错误主要有八个类型,出现的频率由高到低排序分别为:拼写错误、标点错误、中式英语、连接词错误、句子片段和冗余错误、不断句、主谓一致错误、大小写错误。其中,前五种句法错误的数量偏多,错误类型多。(2)高分组和低分组学生在句法错误数量和对待句法错误的态度上有明显差异。高分组学生对标点符号的使用和连接词的把握能力较高,倾向使用较复杂的句子、丰富的词汇和连接词,作文整体质量较高。低分组在中式英语方面的句法出错频率明显高于高分组,表现在词序的错误排列和词性的误用。低分组学生对句法错误的重视程度不如高分组,普遍缺乏纠错的意识,纠错态度不积极。(3)造成高中生英语写作句法错误的原因主要有:学生受到母语负迁移的影响,句法知识匮乏,句法学习和写作中的消极态度和不良习惯以及规则的过度泛化。此外,教师的句法写作教学模式和作文批改方式比较单一,对学生作文中的句法错误反馈也不及时。本文在以上研究结果的基础上,对高中英语写作的句法教学提出了一些建议和措施,希望有助于减少高中生英语写作中的句法错误,提高学生的英语写作能力。

关键词：高中英语写作英语句法句法错误句法教学

空冷型质子交换膜燃料电池堆阴极进气策略研究及热分析

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空冷型质子交换膜燃料电池堆阴极进气策略研究及热分析

作者：郭超超重庆理工大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)被认为是未来最有希望取代化石能源的发电系统之一。相较于水冷型PEMFC,空冷型PEMFC更恶劣的工作条件和更加复杂的水热管理阻碍了其性能和工作稳定性的进一步提升。本文... 详细信息

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)被认为是未来最有希望取代化石能源的发电系统之一。相较于水冷型PEMFC,空冷型PEMFC更恶劣的工作条件和更加复杂的水热管理阻碍了其性能和工作稳定性的进一步提升。本文针对空冷型PEMFC温度分布均匀性差的问题,基于自制的空冷型PEMFC电池堆,通过计算流体力学模拟计算手段,对空冷PEMFC电池堆阴极进气开展以下研究:基于自制的空冷型PEMFC电池堆,建立了轴流风机联合燃料电池电池堆的风机系统仿真模型,并进行对比实验验证了该模型的正确性。研究发现:风机出口气流存在边界层的分离,分离的低速气流在风机轮毂处形成回流,致使风机系统工作在吹气模式下,电池堆阴极空气分布不均匀,并产生中心区域局部高温的现象。为获得空冷型PEMFC内部水热分布特性,基于实验电池堆单电池的实际结构参数,建立了空冷型PEMFC单电池多物理场模型。研究发现:沿着空气流动方向,电池膜内温度及阴极GDL-CL交界面水质量分数逐渐增加,垂直于空气流动方向,则呈现周期性波动。基于空冷型PEMFC单电池多物理场模型,分析了风机系统的阴极进气操作参数对电池水热分布及输出性能的影响。研究发现:当阴阳极进气方向为反向交叉流动时,阴极进气速度在7m/s至10.5m/s范围内时,电池将获得较好的水热分布和输出性能;不均匀的进气将会降低电池内部水热分布均匀性。针对电池堆阴极进气不均匀的问题,基于轴流风机联合燃料电池电池堆的风机系统仿真模型,研究了不同供气模式下电池堆阴极气体及温度分布规律,提出了改善电池堆阴极气体及温度分布的阴极进气策略。研究发现:相对吹气模式,导流模式和吸气模式可以有效提升电池堆阴极进气分布均匀性,减小电池堆内部温度梯度。对于吸气模式,阴极气体及温度分布相对均匀,将更有利于电池长期稳定运行。

关键词：质子交换膜燃料电池风机系统气体分布供气模式水热分布