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基于层重组扩展卡尔曼滤波的神经网络力场训练

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软件学报 2025年

作者：胡思宇周远昌赵曈汪林望贾伟乐谭光明处理器全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 中国科学院大学中国科学院半导体研究所

分子动力学模拟在材料模拟、生物制药等领域发挥着重要作用.近年来,科学智能(AI-for-Science)发展,尤其是神经网络力场在预测能量、力等性质的问题上,相比于传统势函数方法在准确性上有大幅提升.针对当前的神经网络力场模型在使用一阶... 详细信息

分子动力学模拟在材料模拟、生物制药等领域发挥着重要作用.近年来,科学智能(AI-for-Science)发展,尤其是神经网络力场在预测能量、力等性质的问题上,相比于传统势函数方法在准确性上有大幅提升.针对当前的神经网络力场模型在使用一阶训练方法时出现的超参设置敏感和梯度爆炸问题,给出层重组卡尔曼滤波优化器在避免超参数设置问题上的若干策略和防止梯度爆炸的理论证明.基于层重组卡尔曼滤波优化器,制定交替训练方法并分析该方法的精度收益和时间成本、提出分块阈值的性能模型并论述该模型的有效性、证明防止梯度爆炸的性质并验证该优化器关于激活函数和权重初始化的鲁棒性.对4种典型的神经网络力场模型在11个有代表性的数据集进行测试,实验表明,当层重组卡尔曼滤波优化器和一阶优化器达到相当的预测精度时,层重组卡尔曼滤波优化器相比于一阶方法快8–10倍.可以相信,所提出的层重组卡尔曼滤波训练方法能给其他的科学智能(AIfor-Science)应用带来启发.

关键词：科学智能神经网络力场训练层重组扩展卡尔曼滤波优化器分子动力学模拟

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投影向量在空间距离问题中的应用

数理天地（高中版） 2025年第1期 10-11页

作者：叶其军广东省佛山市顺德区容山中学 528300

“转化与化归思想”是解决立体几何问题的重要思想.空间距离问题是培养学生直观想象、逻辑推理和数学运算等核心素养的良好载体.

关键词：投影向量转化与化归高中数学

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稳定型氧化锌压敏电阻高温直流老化的转变特性

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电工技术学报 2025年

作者：程卓林武康宁王佳乐高傲唐壮李建英电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 国网湖南省电力公司防灾减灾中心电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室

金属氧化物避雷器是电力系统过电压保护的核心装置，决定了电力设备的绝缘水平，其核心为氧化锌压敏电阻。现代稳定型氧化锌压敏电阻的直流老化功耗反常下降，难以对其进行有效的状态评估和寿命预测，其老化机制的研究已成为未来发展的... 详细信息

金属氧化物避雷器是电力系统过电压保护的核心装置，决定了电力设备的绝缘水平，其核心为氧化锌压敏电阻。现代稳定型氧化锌压敏电阻的直流老化功耗反常下降，难以对其进行有效的状态评估和寿命预测，其老化机制的研究已成为未来发展的巨大挑战。该文对稳定型氧化锌压敏电阻在不同温度下进行加速直流老化，研究高温下其直流老化特性的转变。结果表明，随着老化温度升高，稳定型氧化锌压敏电阻的功耗由120℃下的持续下降转变为150℃下先降后升，而后在180℃下持续上升。150℃下转变为介稳型后，老化不再可逆，原位高温介电测试表明，晶界界面空间电荷极化松弛过程向高频移动、松弛时间缩短，活化能减小；低温介电测试中本征点缺陷锌填隙在老化后出现不可逆消耗。180℃下转变为不稳定型后，正向伏安特性的“交叉”现象消失，电气性能显著劣化，离线理化结构测试发现，氧化锌晶面衍射角减小、峰强下降，晶格之间的间距增加，Zn2p轨道峰结合能明显下降，锌填隙被还原，证实了晶界界面态在高温下难以维持稳定，将与锌填隙中和并被消耗。以上研究结果可为研究稳定型氧化锌压敏电阻反常老化的微观机制及其稳定性调控提供支撑。

关键词：氧化锌压敏电阻直流老化避雷器长期稳定性

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6种观赏海棠光合特性及固碳释氧差异分析

中南林业科技大学学报 2025年

作者：李长爱王慧刘玲李亚亮仝倩倩张传乐刘政政汪锦张婷淮南师范学院生物工程学院

【目的】研究6种观赏海棠的光合特性及固碳释氧能力的差异性，为合理筛选观赏海棠树种，增加城市绿地生态碳汇功能提供理论参考。【方法】以垂丝海棠、西府海棠、湖北海棠、贴梗海棠、木瓜海棠、梨花海棠为材料，采用便携式光合测定系... 详细信息

【目的】研究6种观赏海棠的光合特性及固碳释氧能力的差异性，为合理筛选观赏海棠树种，增加城市绿地生态碳汇功能提供理论参考。【方法】以垂丝海棠、西府海棠、湖北海棠、贴梗海棠、木瓜海棠、梨花海棠为材料，采用便携式光合测定系统测定净光合速率（P_n）、气孔导度（Gs）及蒸腾速率（Tr），计算日净同化总量（P）、单株叶面积指数(LAI)、日固碳量及释氧量，并测定其叶绿素（Chl）含量。使用扫描电子显微镜观察叶片表皮气孔微形态，运用Pearson法分析6种观赏海棠日固碳量与LAI、叶面积（LA）、叶片表皮微形态特征及光合指标的相关性。【结果】1)6种观赏海棠光合速率日变化曲线呈单峰型的是木瓜海棠和湖北海棠，呈双峰型的是西府海棠、贴梗海棠、梨花海棠和垂丝海棠；2)单位叶面积日固碳释氧量排序为贴梗海棠>西府海棠>木瓜海棠>梨花海棠>湖北海棠>垂丝海棠，P越高，单位叶面积固碳量、释氧量也会越高。单株单位土地面积上的日固碳释氧量排序为木瓜海棠>西府海棠>贴梗海棠>梨花海棠>垂丝海棠>湖北海棠；3)单位叶面积日固碳量(WCO2)与Gs呈极显著正相关，与Tr和Chl含量呈显著正相关。单株单位土地面积上的日固碳释氧量(QCO2)与LAI、LA与Chl含量呈极显著正相关，与WCO2呈显著正相关，但与气孔密度（SD）和气孔宽度（SW）呈显著负相关。【结论】6种观赏海棠P_n、Gs、Tr、Chl含量、叶片表皮气孔微形态、LA、LAI和日固碳释氧量均存在差异。Gs、Tr、Chl含量和LA综合数值较高的贴梗海棠和西府海棠，以及LAI和LA最高的木瓜海棠光合固碳释氧能力较高，可为后期城市园林绿化优良树种的选择、植物生态效益评价与生态政策制定提供数据支持。

关键词：观赏海棠光合特性固碳释氧叶片形态特征

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深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 18-28页

作者：陈立伟王东杰边乐河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心河南焦作454000

目的为了研究深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律,方法以余吾煤矿的3号煤层S5207回风巷为工程背景,首先建立水力压裂力学模型,分析最大周向拉应变准则和裂纹扩展准则,其次通过三维数值模拟,分析水力压裂裂纹扩展影响因子D和地应力对... 详细信息

目的为了研究深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律,方法以余吾煤矿的3号煤层S5207回风巷为工程背景,首先建立水力压裂力学模型,分析最大周向拉应变准则和裂纹扩展准则,其次通过三维数值模拟,分析水力压裂裂纹扩展影响因子D和地应力对水力压裂裂纹扩展规律的影响,并根据现场情况设计水力压裂试验方案,实施水力压裂增透技术,分析现场施工效果。结果结果表明:预制裂纹沿着与原裂纹呈一定角度开裂并向外延伸,其扩展方向最终与最小主应力方向垂直;随着D增大,裂纹与原裂纹的夹角越来越小,当D较大时,裂纹呈现自相似的扩展状态;不同应力场下,裂纹扩展轨迹主要取决于主应力方向,最终与最小主应力方向垂直,水力裂缝为垂直缝,且在裂纹尖端有应力集中现象;现场监测发现,裂纹扩展符合最大周向拉应变准则,裂纹尖端沿着环向拉应变最大的地方扩展,环向拉应变达到最大时裂纹开始扩展,压裂过程中出现了较大环向裂隙,裂纹沿垂直于最小主应力方向延伸,与S5207回风巷的最大水平主应力方向大致相同,与数值模拟结果接近。结论研究结果可为深部强矿压工作面水力压裂提供参考和依据。

关键词：水力压裂裂纹扩展强矿压深部岩体数值模拟回风巷

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氮磷限制条件下球形棕囊藻生理生化响应及转录组学研究

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广西科学 2025年

作者：邢政王佳乐赖俊翔王英辉李杰广西大学海洋学院广西科学院广西海洋科学院广西近海海洋环境科学重点实验室北部湾海洋产业研究院广西产研院绿色低碳技术研究所

氮磷营养限制对球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）生长能够产生显著的抑制作用，但其内在作用机理仍不清晰。为从细胞生理生化及转录组层面全面解析球形棕囊藻在氮磷限制下的响应机制，本研究分别设置氮限制组（N:P=4:1）、磷限制组（N... 详细信息

氮磷营养限制对球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）生长能够产生显著的抑制作用，但其内在作用机理仍不清晰。为从细胞生理生化及转录组层面全面解析球形棕囊藻在氮磷限制下的响应机制，本研究分别设置氮限制组（N:P=4:1）、磷限制组（N:P=64:1）与对照组（N:P=16:1），测定其生理生化指标并结合转录组学分析，通过比对得到差异表达unigene 14 272个，其中氮限制组上调基因4 397个，下调基因3 679个；磷限制组上调基因4 963个，下调基因5 079个。研究表明氮限制对球形棕囊藻光合作用抑制效果最显著，细胞由结构型多糖合成向储能代谢型糖类物质合成转变；磷限制条件下，部分光反应蛋白合成基因上调，细胞增殖被显著抑制，囊体更薄，细胞内糖胺聚糖及脂肪酸合成相关基因均上调表达。此外，氮磷限制均会提高细胞转运蛋白的表达，抑制蛋白酶体合成。结果认为球形棕囊藻代谢活动受氮限制影响较大，生长增殖及囊体强度受磷限制影响更大。本研究从表观及分子层面初步阐释了球形棕囊藻在氮磷限制下的响应机制，为进一步揭示其生理代谢及成囊过程的内在机理提供参考，同时为相关部门制定有害藻华防治策略提供依据。

关键词：球形棕囊藻氮磷限制生理生化转录组

灵活编组条件下城市轨道交通列车时刻表与车底运用综合优化

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铁道科学与工程学报 2025年

作者：宋展鹏田小鹏牛惠民王舒乐曹海鹏兰州交通大学交通运输学院兰州市轨道交通有限公司

在城市轨道交通系统中，灵活编组技术能够动态调整列车编组长度，有效应对客流不均衡分布以及降低企业运营成本。针对一条含有多个车场的双向城市轨道交通线路，通过考虑灵活编组条件和时变客流需求分布，允许列车在折返站进行重联和解... 详细信息

在城市轨道交通系统中，灵活编组技术能够动态调整列车编组长度，有效应对客流不均衡分布以及降低企业运营成本。针对一条含有多个车场的双向城市轨道交通线路，通过考虑灵活编组条件和时变客流需求分布，允许列车在折返站进行重联和解编作业，分析含重联和解编作业的车底运行过程，剖析列车与客流之间的非线性耦合关系，构建了以列车运行安全、车底接续、编组要求、车场能力和客流加载要求为约束条件，以最小化企业运营成本和乘客等待成本为优化目标的非线性整数规划模型。通过引入中间辅助变量，将模型等价转化为混合整数线性规划模型，并利用求解器Gurobi进行求解。以北京地铁八通线为例，将所提出方法与固定编组模式、大小编组模式和首末站编组模式进行比较分析。结果表明：相较于固定编组和大小编组模式，所提出方法使用车底数减少了33.11%和28.33%，企业运营成本降低了30.42%和26.48%，乘客等待成本均降低了78.90%；相比于首末站编组模式，使用车底数减少了23.60%，企业运营成本降低了21.15%，乘客等待成本降低了78.93%。主要原因是灵活编组模式通过动态调整列车编组数，加快了车底周转效率，提升了客流需求与列车供给的匹配度，而固定编组模式则缺乏动态调整列车供给的能力，首末站编组模式缺乏在中间车站改变列车供给的能力。研究结果为进一步优化城市轨道交通运营组织方案和提高乘客服务水平提供参考。

关键词：城市轨道交通灵活编组列车时刻表车底运用综合优化

前期东北大西洋-地中海西部海温异常影响河南省干热风的可能途径

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高原气象 2025年第1期44卷 150-162页

作者：竹磊磊苏晓乐潘攀吴璐杨婷中国气象局•河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室河南郑州450003 河南省气候中心河南郑州450003

河南省是中国冬小麦的主产区,也是较易受干热风影响的地区。目前对干热风的研究和预报多在天气尺度,从气候的角度研究干热风是否具有可预报性,具有非常重要的意义。本文基于河南省干热风资料、NCEP/NCAR再分析资料和哈得莱环流中心海温... 详细信息

河南省是中国冬小麦的主产区,也是较易受干热风影响的地区。目前对干热风的研究和预报多在天气尺度,从气候的角度研究干热风是否具有可预报性,具有非常重要的意义。本文基于河南省干热风资料、NCEP/NCAR再分析资料和哈得莱环流中心海温资料,分析了1980-2022年前期海温异常与河南省干热风日数的关系,及其可能影响途径。结果表明:(1)豫北、豫西北和豫中多年平均干热风日数较多,其他地区则相对较少。日干热风出现的概率由南向北、由5月下旬至6月上旬逐渐增加。全省平均干热风日数有显著增加趋势。(2)河南省干热风日数与当年3-4月东北大西洋-地中海西部(关键区)海温在年代际和年际尺度上均存在着密切相关,两者与干热风发生时段500 hPa高度场在去趋势前和去趋势后的显著正相关区在东亚中纬度地区位于新疆北部至贝加尔湖尔湖北部,显著负相关区位于我国东北至日本群岛附近,与850 hPa风场在去趋势前和去趋势后的相关在上述正、负显著相关区分别呈反气旋和气旋分布,气旋后部呈偏北风的显著相关,即3-4月关键区高海温年,出现的蒙古高压脊和东亚大槽造成了河南省的干热风天气。海温与环流场的相关在去趋势前和去趋势后在中纬度地区呈现出一个更明显的由东北大西洋经欧亚大陆至东北亚的纬向遥相关波列。(3)西太平洋副热带高压(以下简称副高)偏南(北)时,干热风日数易偏多(少),而3-4月关键区高(低)海温则可以导致副高偏南(北)。(4)干热风偏多年和偏少年、3-4月关键区高海温年和低海温的干热风发生时段30°N-55°N经向平均的涡度差值,及高、低海温年的干热风发生时段500 hPa准地转流函数距平和波作用通量均显示在中纬度地区存在自东北大西洋至东北亚的纬向波列。也即表明,3-4月关键区海温可以激发出一个后期干热风发生时段的类似波列,经欧亚大陆传至东北亚,而高海温年在东亚中纬度地区的环流分布造成了河南省的干热风天气。

关键词：干热风东北大西洋地中海西部海温遥相关波列

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黄芪三七合剂抑制lncRNA Gm51500/Adam12轴改善CKD肾脏纤维化

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中国临床药理学与治疗学 2025年

作者：林婧怡韩壤乐徐玲慧谭睿陟粟宏伟王丽西南医科大学附属中医医院中西医结合研究中心西南医科大学附属中医医院泌尿外科

目的：通过对单侧输尿管结扎小鼠组及黄芪三七合剂干预组的肾脏进行转录组测序，利用生物信息学验证差异显著的lncRNA，探究黄芪三七合剂（AP）对改善肾脏纤维化的潜在机制。方法：将24只C57小鼠分为假手术组、肾脏纤维化组、黄芪三七... 详细信息

目的：通过对单侧输尿管结扎小鼠组及黄芪三七合剂干预组的肾脏进行转录组测序，利用生物信息学验证差异显著的lncRNA，探究黄芪三七合剂（AP）对改善肾脏纤维化的潜在机制。方法：将24只C57小鼠分为假手术组、肾脏纤维化组、黄芪三七合剂干预组（3.944 g/kg）及厄贝沙坦阳性对照干预组，每组6只小鼠。采用单侧输尿管结扎（UUO）建立肾纤维化小鼠模型。术后予以灌胃给药，连续给药7 d后处死动物并采集标本。通过HE、Masson染色分析黄芪三七合剂对肾纤维化病理损伤的改变，同时通过Western blot、免疫组化检测各组肾脏组织Fn、α-SMA的蛋白水平，评估黄芪三七合剂对肾纤维化的缓解作用。随后通过转录组测序，获取了lncRNA的表达信息，在分析数据质量、GO富集和差异lncRNA后进行Quantitative Real-time PCR（qPCR）验证，根据测序所获得的差异lncRNA及靶点分析结果，在体外过表达lncRNA Gm51500/Adam12，用免疫组化及免疫荧光染色和qPCR验证的方式，研究其在黄芪三七合剂保护肾脏纤维化中的作用机制。结果：与模型组比较，黄芪三七合剂干预组小鼠的肾脏纤维化明显减轻，其肾脏组织中α-SMA、Fn的蛋白水平及lncRNA的表达量均显著下调（P<0.0001）。筛选并验证3个lncRNA在模型组增加且AP干预后显著降低，分别为lncRNA Gm29994、Gm51500及Gm35391。靶点分析显示lncRNA Gm51500与Adam12的关系最显著。动物实验结果表明，Adam12在UUO小鼠肾脏中高表达，AP干预后被显著抑制。随后的细胞实验证实，过表达lncRNA Gm51500可上调TGF-β诱导的肾小管细胞纤维化以及Adam12的表达。细胞回复实验明确了过表达Adam12逆转了AP对肾小管细胞损伤和纤维化的抑制作用。结论：黄芪三七合剂可以改善肾脏纤维化，基于转录组测序发现lncRNA Gm51500/Adam12轴可能是黄芪三七合剂改善肾脏纤维化的潜在靶点。

关键词：黄芪三七合剂肾脏纤维化 lncRNA 高通量测序