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深度卷积网络约束优化压缩方法研究

深度卷积网络约束优化压缩方法研究

作者：刘沛栋兰州理工大学

学位级别：硕士

随着大数据和高性能计算机的飞速发展,深度卷积网络已在智能交通、智能医疗等重要领域取得突破性进展。但为了提升网络的性能,深度卷积网络的结构复杂度和模型尺寸不断上升,这严重阻碍了深度网络在嵌入式等边缘设备的部署。因此,关于深... 详细信息

随着大数据和高性能计算机的飞速发展,深度卷积网络已在智能交通、智能医疗等重要领域取得突破性进展。但为了提升网络的性能,深度卷积网络的结构复杂度和模型尺寸不断上升,这严重阻碍了深度网络在嵌入式等边缘设备的部署。因此,关于深度卷积网络模型压缩方法的研究得到广泛关注,并成为深度学习领域的重点研究内容。根据是否需要构建预训练模型,现有深度卷积网络模型压缩框架可划分为有预训练模型与无预训练模型的压缩框架。其中,张量分解等低秩近似方法可应用于两种框架以去除网络冗余或不重要参数,且已成为深度卷积网络压缩的主流方法之一。本文主要针对有预训练模型压缩中的约束型压缩方法和间接压缩方法存在的不足展开研究,同时,针对现有网络模型压缩方法应用领域较为单一的问题,开展拓宽其应用领域的研究。主要工作与贡献概括如下:1.总结现有深度卷积网络压缩框架与方法,详细介绍深度卷积网络压缩和张量分解的基础理论。经过对不同深度卷积网络压缩框架的深入分析,在基于预训练模型的压缩框架中,指出基于矩阵分解的约束型压缩存在参数结构信息丢失、压缩步骤复杂繁琐的问题;同时在无预训练和基于预训练模型的压缩框架中指出,直接学习和基于张量分解的间接压缩中存在未压缩模型信息未获得充分利用,且未压缩模型缺乏低秩特性的问题。上述综合分析为本论文后续研究提供了明确方向。2.针对基于矩阵分解和预训练的约束型压缩存在权重参数结构信息的丢失与压缩过程复杂的问题,提出基于张量分解的直接LC网络模型压缩方法(Tensor Decomposition-based LC algorithm,TDLC)。该方法首先去除学习-压缩(learningcompression,LC)框架中的预训练过程,随机初始化网络模型。其次,将LC算法和张量分解方法结合,保证权重参数结构性。同时,解决学习步骤和压缩步骤中的学习率配置和最优秩选择问题,提升网络压缩效率,最终实现最优压缩。实验部分包括图像分类任务与图像超分辨率任务,实验结果表明,与9种最先进的压缩方法相比,所提出的方法可以有效地减少网络压缩时间,并且在模型性能和压缩率之间有一个很好的平衡。例如,与基于预训练的TDLC相比,所提方法在Resnet32中实现了22%的训练时间缩短和22%的参数减少,同时提高了0.02%的分类精度。3.针对基于张量分解的间接压缩缺乏低秩特性的问题,提出基于ADMM框架的最优网络模型压缩方法(ADMM-based optimal network model compression method,ADMM-OC)。该方法首先最小化具有低秩张量约束的未压缩模型的损失函数。其次,通过交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)与Cosine学习率,使得未压缩的CNN模型具备低秩特性,最后,在经过ADMM训练阶段后,通过基于SGD的微调高效恢复压缩网络的性能。关于图像分类任务的实验结果表明,与11种最先进的压缩方法相比,所提方法能够在网络性能不受损失的情况下,更大程度地降低网络的存储量与计算复杂度。值得注意的是,所提方法将Resnet56压缩到28%而无精度损失,且压缩模型的分类精度比LC方法高1.14%。

关键词：深度卷积网络压缩无预训练模型张量分解 ADMM 图像超分辨率

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液压蓄能式风力机组并网转速解耦优化控制

湖南大学学报（自然科学版） 2023年第4期50卷 155-164页

作者：刘婕刘沛栋刘睿张彦刘微容兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050

针对在风速、同步发电机负载变化情况下,液压蓄能式风力机组并网转速控制问题,提出一种新型并网转速控制方法——解耦广义预测优化控制方法(Decoupled Generalized Predictive Optimization Control, DGPOC).首先,DGPOC利用基于广义预... 详细信息

针对在风速、同步发电机负载变化情况下,液压蓄能式风力机组并网转速控制问题,提出一种新型并网转速控制方法——解耦广义预测优化控制方法(Decoupled Generalized Predictive Optimization Control, DGPOC).首先,DGPOC利用基于广义预测的前馈解耦方法解除变量马达摆角和蓄能器比例阀开度之间的耦合关系,进而调节蓄能器比例阀,依靠蓄能器吸收波动流量,同步调节变量马达摆角实现恒转速控制,解决因风速、同步发电机负载变化引起的变量马达转速波动问题;其次,将蓄能器比例阀的能量损耗作为性能约束项,加入到优化目标函数中,求取最优控制量,从而提高液压蓄能式风力机组风能利用率;最后,利用建立的MATLAB-AMESim联合仿真实验平台验证DGPOC方法的有效性.实验结果表明:DGPOC方法不仅可以实现变量马达摆角和蓄能器比例阀开度两个变量的解耦,提升变量马达转速控制的快速性及鲁棒性,而且能够降低系统的能量损耗.

关键词：自动控制技术并网转速控制解耦预测控制液压蓄能式风力发电机组能量优化

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农村创新创业的政策环境、项目及模式

中国农业资源与区划 2024年第2期45卷 9-9,48页

作者：刘沛山东商业职业技术学院

创新创业是乡村产业振兴的重要动能。近年来,各地政府通过推出返乡创业扶持政策、开展乡土情怀宣传、建设产业园区等方式,吸引了大量拥有先进技术、先进理论,且资金充足、经营能力强的人才返乡创业,成功改善了农村的创新创业环境,优化... 详细信息

创新创业是乡村产业振兴的重要动能。近年来,各地政府通过推出返乡创业扶持政策、开展乡土情怀宣传、建设产业园区等方式,吸引了大量拥有先进技术、先进理论,且资金充足、经营能力强的人才返乡创业,成功改善了农村的创新创业环境,优化了农村产业结构,为农村经济的可持续发展奠定了坚实基础。在此背景下,中国农业科学技术出版社于2023年8月出版了《农村创新创业》一书。该书结合新时代乡村发展特点,遵循农民群体的实际需求,本着提高广大农民创新意识和创业能力的目标,系统介绍了农村创新创业所需的基础性、实用性和关键性知识,深入分析了农村创新创业的政策环境、项目及模式,对各类人才到农村施展才华具有重要的指导意义。

关键词：资金充足科学技术出版社返乡创业创新创业产业振兴农村产业结构农民群体乡土情怀

徒手与导航定位辅助重建儿童和青少年前十字韧带断裂的早期疗效比较

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中华骨科杂志 2024年第7期44卷 485-491页

作者：梁求真郑江赵赞栋康鑫刘沛东张咪廖超凡王月张亮西安交通大学附属红会医院运动医学中心西安710054

目的比较徒手与导航定位辅助重建儿童和青少年前十字韧带(anterior cruciateligament,ACL)断裂的早期疗效。方法回顾性分析2019年1月至2022年10月西安交通大学附属红会医院运动医学诊疗中心采用初次ACL全骨内重建治疗ACL断裂的患者28例... 详细信息

目的比较徒手与导航定位辅助重建儿童和青少年前十字韧带(anterior cruciateligament,ACL)断裂的早期疗效。方法回顾性分析2019年1月至2022年10月西安交通大学附属红会医院运动医学诊疗中心采用初次ACL全骨内重建治疗ACL断裂的患者28例,根据置入导针方式分为徒手组(依靠手术者的经验徒手置人导针)和导航辅助组(采用机器人导航定位系统辅助置人导针)。徒手组14例,男9例、女5例,年龄(13.59±1.59)岁;导航辅助组14例,男10例、女4例,年龄(13.27±1.66)岁。比较两组的手术时间、术中透视次数、导针置人次数、腔骨及股骨骨隧道关节内口中心点位与理想点位的距离、骨积惹率、国际膝关节文献委员会(International Knee Documentation Committee,IKDC)主观评分、Lysholm评分、KT-2000韧带松弛度、下肢力线情况。结果徒手组术后随访时间为(19.9±6.3)个月,导航辅助组为(18.8±4.9)个月(t=0.546,P=0.589)。徒手组手术时间为(123.0±12.6)min,较导航辅助组的(96.4±12.9)min延长(t=5.502,P0.05);两组均未见生长发育异常,下肢力线正常。结论机器人导航定位系统辅助重建儿童和青少年ACL断裂较徒手操作法制备的骨隧道点位更精确、手术时间更短、术中透视次数更少、术后康复更快,且对骨的保护更好。

关键词：儿童青少年前交叉韧带损伤前交叉韧带重建手术导航系统

基于观测器的人在环多机械臂系统预设性能二分一致性

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自动化学报 2024年

作者：刘沛明郭祥贵北京科技大学自动化学院北京市工业波谱成像工程技术研究中心

研究通讯拓扑为符号有向图的人在环多机械臂系统的预设性能二分一致性跟踪控制问题.为在预设时间内收敛到预设精度,提出一种基于观测器的预设性能控制策略.首先,设计预设时间和精度的观测器以估计领导者的输出信息,通过合作/竞争信息交... 详细信息

研究通讯拓扑为符号有向图的人在环多机械臂系统的预设性能二分一致性跟踪控制问题.为在预设时间内收敛到预设精度,提出一种基于观测器的预设性能控制策略.首先,设计预设时间和精度的观测器以估计领导者的输出信息,通过合作/竞争信息交互实现观测器输出的二分一致性.该观测器不需要领导机械臂的输入信息及输出信息的各阶导数,并通过无芝诺行为的事件触发机制降低不同机械臂间的通讯负担.其次,通过反步法及误差转化方法将有约束的机械臂输出跟踪问题转化为无约束的误差系统稳定性问题,进而基于观测器输出设计机械臂的输出调节控制器.值得一提的是,设计的控制策略不需要系统初始状态的先验知识且避免了预设时刻控制增益无穷大的现象,增强了系统的可靠性.最后,仿真结果表明所提控制策略的可行性及优越性.

关键词：多机械臂系统二分一致性预设时间和精度人在环控制

乡村环境治理中党建嵌入与“治联体”自治的双向耦合

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江苏社会科学 2024年第1期 108-117页

作者：余敏江刘沛汉同济大学政治与国际关系学院

乡村环境具有天然的隐蔽性、分散性、流动性、复合性等特征,“治联体”自治是乡村生态振兴背景下基层党建嵌入乡村以整体性推进环境善治的新型治理结构。基于“价值—结构—制度”的三维分析框架,结合T村环境治理实践,揭示党建嵌入与“... 详细信息

乡村环境具有天然的隐蔽性、分散性、流动性、复合性等特征,“治联体”自治是乡村生态振兴背景下基层党建嵌入乡村以整体性推进环境善治的新型治理结构。基于“价值—结构—制度”的三维分析框架,结合T村环境治理实践,揭示党建嵌入与“治联体”自治双向耦合的机理。结果表明,党建嵌入与“治联体”自治的双向耦合是一个价值互认、结构互嵌和制度互融的过程。一方面,基层党建以理念嵌入、身份嵌入、制度嵌入等方式嵌入“治联体”,在“价值认同—结构优化—制度整合”的层层递进链条下激发村民进行环境治理的行动自觉;另一方面,“治联体”的嵌入性自主,不仅使“治联体”自治以新的简约形态复归落位,也为基层党建创新提供了中间渠道和行动空间。双向耦合下的乡村环境治理,实现了局部有效和整体有效的双重提升、政治定力和社会活力的协同进阶、政治国家与乡村社会的良性互动。

关键词：乡村环境治理党建嵌入 “治联体”自治双向耦合

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熔融法制备聚酰胺中空纤维膜的渗透汽化研究

化工新型材料 2024年第3期52卷 93-97页

作者：刘沛何春菊东华大学材料科学与工程学院上海201620 纤维材料改性国家重点实验室上海201620

为改善聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜的力学性能,选用聚酰胺6(PA6)为基膜材料,乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)为致孔剂,通过熔融纺丝法制备PA6/EVOH中空纤维,并萃取除去EVOH得到PA6中空纤维膜。研究了EVOH含量对膜性能的影响,并在膜表面接... 详细信息

为改善聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜的力学性能,选用聚酰胺6(PA6)为基膜材料,乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)为致孔剂,通过熔融纺丝法制备PA6/EVOH中空纤维,并萃取除去EVOH得到PA6中空纤维膜。研究了EVOH含量对膜性能的影响,并在膜表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)测试PDMS接枝膜的渗透汽化性能。结果表明,PA6中空纤维膜的水通量随着EVOH含量的增加而增加,在0.05MPa压力下,水通量最大能可达到966.8L/(m^(2)·h),对碳素墨水(300nm)的截留率最大可达到80.2%,拉伸强度最大能达到12.4MPa。接枝PDMS的PA6中空纤维膜对乙醇溶液渗透通量为789.4g/(m^(2)·h),分离因子为8.15,为后续膜表面改性提供了思路。

关键词：聚酰胺6 熔融纺丝中空纤维膜聚二甲基硅氧烷渗透汽化

基于聚类和深度学习的车联网轨迹隐私保护机制

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浙江大学学报（工学版） 2024年第1期58卷 20-28页

作者：申自浩唐雨雨王辉刘沛骞刘琨河南理工大学计算机科学与技术学院河南焦作454000 河南理工大学软件学院河南焦作454000

针对车联网轨迹发布中用户面临的隐私泄露问题,提出基于聚类和深度学习的轨迹隐私保护机制(PPCDL).考虑轨迹中的时间因素,通过时间戳将轨迹空间划分为多个区域,获取区域中的轨迹分布点.对每个区域进行改进稳定隶属度多峰值聚类,根据区... 详细信息

针对车联网轨迹发布中用户面临的隐私泄露问题,提出基于聚类和深度学习的轨迹隐私保护机制(PPCDL).考虑轨迹中的时间因素,通过时间戳将轨迹空间划分为多个区域,获取区域中的轨迹分布点.对每个区域进行改进稳定隶属度多峰值聚类,根据区域轨迹密度进行隐私预算矩阵的预分配.利用时间图卷积网络模型提取轨迹数据的时空特征,对隐私预算预分配矩阵进行训练和预测.根据预测结果添加相应的拉普拉斯噪声,在轨迹数据发布前进行扰动.理论分析和实验结果表明,PPCDL相较于对比机制,时间开销更少,能够更精确地预测隐私预算.利用PPCDL可以合理地在轨迹数据中添加拉普拉斯噪声,有效地提高了轨迹数据的可用性.

关键词：隐私保护密度峰值聚类轨迹隐私时间图卷积网络隐私预算

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基于区块链的用户自定义位置共享方案

浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 655-663页

作者：申自浩刘梦珂王辉刘沛骞刘琨河南理工大学计算机科学与技术学院河南焦作454000 河南理工大学软件学院河南焦作454000

针对移动社交网络位置共享服务存在的隐私泄漏问题,提出基于区块链的用户自定义位置共享(BUDLS)方案.基于区块链实现位置信息分布式管理,防止中央服务器收集大量用户隐私,增强用户位置信息的可控性.设计基于公钥数字签名和同态加密相结... 详细信息

针对移动社交网络位置共享服务存在的隐私泄漏问题,提出基于区块链的用户自定义位置共享(BUDLS)方案.基于区块链实现位置信息分布式管理,防止中央服务器收集大量用户隐私,增强用户位置信息的可控性.设计基于公钥数字签名和同态加密相结合的加密机制,防止位置信息被攻击者非法获取.定义灵活的访问控制策略,根据用户需要提供可靠的服务.安全分析验证结果显示,BUDLS方案满足隐私安全目标.仿真实验结果表明,相比传统方案,BUDLS方案降低了时间成本,提高了位置查询的准确性,有效保护了移动社交网络平台用户的位置隐私.

关键词：移动社交网络区块链位置共享位置隐私同态加密