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基于GRU神经网络的认知诊断模型研究

基于GRU神经网络的认知诊断模型研究

作者：孙小晴哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

在人工智能与大数据兴起的年代,随着它们的不断进步和发展,人们越来越期望这些新兴的技术能够对教育领域产生一定的推动作用。教学评价在整个学习过程中具有举足轻重的地位,其能够反映每位学习者的学习效果。然而仅依靠传统的教育者进... 详细信息

在人工智能与大数据兴起的年代,随着它们的不断进步和发展,人们越来越期望这些新兴的技术能够对教育领域产生一定的推动作用。教学评价在整个学习过程中具有举足轻重的地位,其能够反映每位学习者的学习效果。然而仅依靠传统的教育者进行人工评价,具有一定的片面性和主观性,无法满足针对学习者个性差异的准确评价。因此,人们寄希望于应用人工智能和大数据手段,期望能够在了解学习者传统评价的基础上,更加清晰的呈现学习者的知识结构,从而更好地辅助家长、教育者以及教育专家对学习者的诊断。认知诊断是“AI+教育”的基本问题之一,它作为一个与教育相关的技术手段,其目的是发现学习者对特定知识概念的熟练程度。现有认知诊断方法通常通过人工设计的函数（如逻辑函数）挖掘学生练习过程的线性交互,这不足以捕捉学生和练习之间的复杂关系。在本文中,为了更加全面的模拟学习者学习过程,在知识点难度和区分度的基础上增加知识点重要性与做题速度两个参数,进一步完善影响学习效果的其他因素;为了避免传统神经网络的缺陷,本文使用GRU神经网络模型,提出了基于GRU网络的认知诊断模型,它结合GRU神经网络来学习复杂的运动相互作用,以获得准确和可解释的诊断结果。具体来说,将学生和练习投射到因子向量上,并利用GRU神经网络来模拟它们的相互作用,从而诊断学习者对知识点的掌握程度。基于GRU-ISCDM模型,本研究对三个数据集的数据进行了训练和分析,得到了学习者对于不同练习得分的预测准确度,从而判定学习者对知识点的掌握程度以及知识水平,生成符合学习者特征的可解释的认知诊断报告。在教学层面帮助教育者更好的了解学习者知识掌握程度,制定具有个性化的教学计划,从而提升教学效果。在知识接受层面,使学生进一步准确快速的认识自己已有的知识结构,加强薄弱知识点。在三个数据集上的大量实验结果表明了基于GRU神经网络的认知诊断模型在准确性方面具有更好精度。

关键词：认知诊断 GRU神经网络知识点学生评价

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普适计算时代的遗忘美德

普适计算时代的遗忘美德

作者：孙小晴湖南师范大学

学位级别：硕士

普适计算是一种计算与环境融合的模式,这种无时无处不在的无形计算模式使世界进入一个遗忘可能消失的记忆模式。普适记忆将个人数据普遍备份和储存,对个人的信息安全造成潜在的威胁,在当下无关紧要的数据可能在未来对数据主体造成不可... 详细信息

普适计算是一种计算与环境融合的模式,这种无时无处不在的无形计算模式使世界进入一个遗忘可能消失的记忆模式。普适记忆将个人数据普遍备份和储存,对个人的信息安全造成潜在的威胁,在当下无关紧要的数据可能在未来对数据主体造成不可逆转的影响。因此,在普适计算和普适记忆的背景下,如何对待个人数据就成为一个极其重要的问题。本论文以普适计算时代为背景,界定了普适计算的概念,阐述了普适计算的普遍性、透明性和自适应性等特征,探讨了普适记忆与人类遗忘天性之间的对立问题,分析普适记忆产生的个人隐私、信息生态环境和网络自主空间等三个方面的伦理问题,包括区分个人数据与隐私的概念,分析互联网的隐私政策以及个人隐私的侵权方式;讨论数据的冗余、滥用问题和对失效数据的处理;数字化全景敞视监狱的形成、网络监视与个人自由的问题。揭示了普适记忆对人类生活的挑战,阐述被遗忘权的重要性,认为每个数据主体应该享有被遗忘权,提出普适计算时代需要遗忘美德,特别是政府、企业和商家等相关主体应当具备遗忘美德。本文提出了包括适度的数据共享原则、合理的删除原则和知情同意原则在内的数据伦理准则。

关键词：普适计算普适记忆被遗忘权数据伦理准则

Pt纳米晶的生物分子调控制备及加氢性能研究

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Pt纳米晶的生物分子调控制备及加氢性能研究

作者：孙小晴天津大学

学位级别：硕士

催化加氢技术具有绿色、高效、经济的特点,被广泛应用于石油化工和精细化工领域。纳米尺度的贵金属由于具有较高的比表面积,较强的H吸附解离性能,成为加氢催化剂最常用的活性组分之一。本研究围绕纳米贵金属加氢催化剂的生物分子调控合... 详细信息

催化加氢技术具有绿色、高效、经济的特点,被广泛应用于石油化工和精细化工领域。纳米尺度的贵金属由于具有较高的比表面积,较强的H吸附解离性能,成为加氢催化剂最常用的活性组分之一。本研究围绕纳米贵金属加氢催化剂的生物分子调控合成展开研究,考察了温和条件下利用生物分子调控制备的贵金属纳米晶催化性能。首先使用生物小分子(腺嘌呤及对应的核苷、核苷酸等)为调控剂,室温水相下制备了一系列Pt纳米晶。实验系统研究了前驱体种类、还原剂种类、调控剂种类及用量等因素对Pt纳米晶催化剂加氢性能的影响,获得了高效加氢催化剂的制备条件:KPtCl为前驱体,NaBH为还原剂,脱氧腺苷为调控剂且最终浓度为0.15 mg/m L。调控剂分子中存在-OH时,Pt纳米晶的加氢活性一般较高;调控剂分子中含有-HPO时,Pt纳米晶的活性一般较差。进而选择葡聚糖、木质素等含-OH较多的生物大分子进行调控,同样制备出具有高活性的Pt纳米晶,但其稳定性较差,放置22 h之后,催化性能就大幅度降低。为解决纳米晶易团聚、稳定性较差等问题,对葡聚糖、木质素调控制备的Pt纳米晶进行负载处理,选择碳材料(碳粉、还原氧化石墨烯、碳纳米管)为载体。研究发现,当葡聚糖调控的Pt纳米晶原位负载到还原氧化石墨烯上时,催化剂在放置17天后,其催化性能依然保持90%以上。随后,为提高Pt在碳材料上的分散程度,对碳载体进行了掺氮改性,发现碳纳米管在进行掺氮改性以后,加氢性能有了很大的提升。当氮掺杂碳纳米管作为载体原位负载葡聚糖调控的Pt纳米晶时,相比未掺氮的碳纳米管作为载体得到的催化剂,Pt纳米晶的分散程度及加氢活性大大增加。最后对负载型催化剂金属-载体界面调控机制和不同金属的活性共性规律进行了深入地探究。研究表明使用PDA进行金属-载体界面调控后,所有贵金属催化剂活性均有一定的提升,如Pt/DA-SBA-15催化对硝基苯酚的NaBH还原反应的速率常数是Pt/SBA-15作为催化剂时速率常数的19.6倍。通过将反应动力学实验数据和反应物吸附能密度泛函理论(DFT)计算结果相关联,发现PDA的调控机制是通过优化负载型催化剂的吸附能从而提高催化活性。随后,结合大量文献数据,揭示了催化剂吸附能和反应速率常数之间的“火山形”依赖关系且不同金属的催化行为均符合Br?nsted-Evans-Polanyi规律。催化剂对反应物分子的最优结合能大约为0.78 eV。PDA的界面调控机制具有普适性,适用于不同的金属和载体类型,为高效负载型加氢催化剂的制备提供了理论基础与实验指导。

关键词：生物分子贵金属纳米晶碳材料氮掺杂催化加氢

初中级阶段越南留学生汉语声调偏误实验分析与教学策略研究

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初中级阶段越南留学生汉语声调偏误实验分析与教学策略研究

作者：孙小晴渤海大学

学位级别：硕士

本文针对在华学习的初中两个阶段的越南籍留学生的单字调习得情况,运用偏误分析理论、中介语理论对辽宁工程技术大学汉语初中级水平的越南留学生单字调的发音进行声学分析,通过分析相关数据找到其声调方面的偏误,提出相关教学对策。论... 详细信息

本文针对在华学习的初中两个阶段的越南籍留学生的单字调习得情况,运用偏误分析理论、中介语理论对辽宁工程技术大学汉语初中级水平的越南留学生单字调的发音进行声学分析,通过分析相关数据找到其声调方面的偏误,提出相关教学对策。论文分为6个部分。第一部分为引言,主要介绍了选题的缘起及意义,并对近年来各国留学生声调偏误实验研究进行概述。第二部分为语音实验设计。首先对语音实验进行准确详细的介绍,包括实验的发音人,实验所需材料,字表制定依据等。然后进行录音并将样本导入南开大学桌上语音工作室(Mini Speech Lab)软件,提取相关数据。第三部分为越南留学生单字调声学统计分析,首先进行调型、调值的分析,然后与北京话进行对比分析,归纳总结出越南留学生汉语单字调习得的偏误情况。第四部分为越南留学生习得汉语声调偏误分析。包括母语的负迁移、学习期的缓冲与固化现象、教师及教材因素、阜新方言的影响。第五部分主要针对偏误原因,提出重视声调教学,强调学生声调意识、明确学生错误类型,进行有针对性的训练、丰富教学手段以及弱化方言环境的教学策略。第六部分为结语,主要对文章进行详细全面的总结,以期本论文能给对外汉语的声调教学研究带来一定的参考价值。

关键词：越南留学生汉语声调偏误语音实验分析教学策略

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基于非线性降维的自然计算方法

电子与信息学报 2020年第8期42卷 1982-1989页

作者：季伟东孙小晴林平罗强徐浩天哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院哈尔滨150025 哈尔滨医科大学哈尔滨150086

随着人工智能的发展,许多优化问题发展为高维的大规模优化问题。在自然计算方法中,针对高维问题虽然能避免算法陷入局部最优,但是在收敛速度和时间可行性上却不占优势。该文在传统自然计算方法的基础上,提出了非线性降维的自然计算方法(... 详细信息

随着人工智能的发展,许多优化问题发展为高维的大规模优化问题。在自然计算方法中,针对高维问题虽然能避免算法陷入局部最优,但是在收敛速度和时间可行性上却不占优势。该文在传统自然计算方法的基础上,提出了非线性降维的自然计算方法(NDR),该策略不依赖具体的算法,具有普适性。该方法将初始化的N个个体看做一个N行D列的矩阵,然后对矩阵的列向量求最大线性无关组,从而减少矩阵的冗余度,达到降低维度的目的。在此过程中,由于剩余的任意列向量组均可由最大线性无关组表示,所以通过对最大线性无关组施加一个随机系数来维持种群的多样性和完整性。将该文所提策略分别应用到标准遗传算法(GA)和粒子群优化算法(PSO)中,并与标准粒子群算法、遗传算法以及目前主流的对维数进行优化的4个算法对比,实验证明,改进的算法对大部分标准测试函数都具有很强的全局收敛能力,其寻优能力超过了上述6个算法,同时改进后的算法在运行时间上远优于对比算法。

关键词：自然计算方法优化降维非线性

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碱基调控Pt纳米晶构型及其催化加氢性能

化工进展 2017年第4期36卷 1351-1357页

作者：孙小晴李国柱李晓的王莅张香文天津大学化工学院绿色合成与转化教育部重点实验室天津300072

贵金属纳米晶对加氢反应具有良好的催化性能,特别是Pt纳米晶,其催化活性和选择性与纳米晶的纳米结构(形貌和尺寸)密切相关。由Gibbs-Wulff晶体生长定律可知,通过加入特定结构的封端剂可以有效控制纳米晶的形貌和尺寸。本文采用Na BH4在... 详细信息

贵金属纳米晶对加氢反应具有良好的催化性能,特别是Pt纳米晶,其催化活性和选择性与纳米晶的纳米结构(形貌和尺寸)密切相关。由Gibbs-Wulff晶体生长定律可知,通过加入特定结构的封端剂可以有效控制纳米晶的形貌和尺寸。本文采用Na BH4在水溶液中还原Pt的前体H2Pt Cl6制备Pt纳米晶,并将其用于催化对硝基苯酚(p-NIP)的加氢反应。实验系统研究了碱基分子(如腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C)及对应的核苷分子对Pt纳米晶构型和催化加氢活性的调控规律。研究发现,碱基分子和核苷分子对于Pt纳米晶的形貌以及尺寸具有明显的调控作用,通过不同结构生物分子的精密调控,实验制备得到了形貌和尺寸各异的Pt纳米晶。同时,所得Pt纳米晶在p-NIP的加氢反应中表现出了精密可调的催化性能。鸟嘌呤核苷、腺嘌呤核苷、β-胸腺嘧啶核苷调控制备的Pt纳米催化剂的TOFave均可达到无调控剂制备得到的催化剂的两倍以上,其中腺嘌呤核苷调控制备得到的Pt催化剂性能最好。

关键词： Pt纳米晶催化加氢封端剂纳米结构

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基于正态分布衰减惯性权重的粒子群优化算法

深圳大学学报（理工版） 2020年第2期37卷 208-213页

作者：徐浩天季伟东孙小晴罗强哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院

针对粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法无法在提高收敛速度的同时避免早熟的缺陷,提出基于正态分布衰减惯性权重粒子群优化(normal distribution decay inertial weight particle swarm optimization,NDPSO)算法.以正态分布曲线作为惯性权重的衰减策略曲线,通过引入控制因子对粒子的位置进行改善,使得NDPSO算法能很好的在优化过程中平衡全局搜索和局部搜索能力.使用8个标准函数测试分别对粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)、线性权重衰减粒子群优化(linear decay inertial weight particle swarm optimization,LDWPSO)、指数权重衰减粒子群优化(exponential decay weight particle swarm optimization,EXPPSO)、收缩因子粒子群优化(constriction factor particle swarm optimization,CFPSO)、高斯分布衰减惯性权重粒子群优化(Gaussian decay inertial weight particle swarm optimization,GDIWPSO)、基于动态加速度系数的粒子群优化(particle swarm optimization based on dynamic acceleration coefficients,PSO-DAC)、性权重自适应粒子群优化(inertia weight adaptive particle swarm optimization,简称PSO-LH)算法以及NDPSO算法进行仿真,分析他们的收敛速度和收敛精度.结果表明,NDPSO算法不管在单峰函数问题还是多峰函数问题上,总体性能都优于其他算法.

关键词：人工智能群体智能算法粒子群算法惯性权重正态分布衰减策略

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自适应动态控制种群分组的自然计算方法

系统仿真学报 2020年第10期32卷 1884-1894页

作者：倪婉璐季伟东孙小晴哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院黑龙江哈尔滨150025

多种群优化方法可以解决数据量增大导致的优化难度增加的问题,现有的种群分组都采用随机分组或人为设定的方法,没有充分考虑粒子运动轨迹。针对此问题,提出一种种群分组自适应动态控制策略,使用高斯拟合函数作为种群分组的参考曲线,根... 详细信息

多种群优化方法可以解决数据量增大导致的优化难度增加的问题,现有的种群分组都采用随机分组或人为设定的方法,没有充分考虑粒子运动轨迹。针对此问题,提出一种种群分组自适应动态控制策略,使用高斯拟合函数作为种群分组的参考曲线,根据函数单调区间划分子种群;对于有越过子种群上界趋势的粒子采用逆向策略,保持种群多样性同时提高收敛速度。该策略不依赖于算法的具体进化过程,适用于所有基于种群优化的自然计算方法。验证实验结果表明了所提新算法的有效性和普适性。

关键词：种群分组动态控制高斯拟合逆向策略自然计算

天然气管道CO_(2)腐蚀机理及预测模型研究进展

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天然气工业 2021年第10期41卷 109-118页

作者：谢飞李佳航王新强马成苏禹铭孙小晴辽宁石油化工大学石油与天然气工程学院辽宁省油气储运技术重点实验室国家石油天然气管网集团有限公司东部原油储运有限公司海洋石油工程有限公司

天然气管道的CO_(2)腐蚀是一个普遍现象,但对于其腐蚀机理目前仍然缺乏深入的理解和认识,因而难以解释CO_(2)的腐蚀行为并建立有效的腐蚀速率预测模型。为此,从均相化学反应、电化学反应和传质过程3个方面,讨论了CO_(2)腐蚀机理,分析了... 详细信息

天然气管道的CO_(2)腐蚀是一个普遍现象,但对于其腐蚀机理目前仍然缺乏深入的理解和认识,因而难以解释CO_(2)的腐蚀行为并建立有效的腐蚀速率预测模型。为此,从均相化学反应、电化学反应和传质过程3个方面,讨论了CO_(2)腐蚀机理,分析了影响CO_(2)腐蚀的关键因素,总结了相应的CO_(2)腐蚀速率预测模型的最新研究进展情况;在对CO_(2)腐蚀机理最新理解的基础上,比较了各种模型的机理性和拓展性,总结了现行研究的缺陷和不足,并基于现存的问题对今后的研究方向进行了展望。研究结果表明:(1)目前对于CO_(2)腐蚀机理的研究主要以理想溶液环境体系为主,未来需要对非理想溶液体系的CO_(2)腐蚀机理进行研究;(2)关于CO_(2)腐蚀反应机理的认识还不清楚,对于CO_(2)能否直接参与阳极反应以及H2CO3能否直接被还原还存在着争议,需要进一步研究;(3)目前的腐蚀速率预测模型都只考虑了电化学腐蚀因素,而没有考虑管道内复杂流动的影响,应建立更符合管道实际工况的预测模型。结论认为,该研究成果有助于建立准确的CO_(2)腐蚀速率预测模型。

关键词：天然气管道 CO_(2)腐蚀腐蚀产物膜腐蚀机理腐蚀速率预测经验模型半经验模型机理模型