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粒子群优化算法的理论分析及改进研究

粒子群优化算法的理论分析及改进研究

作者：张鲁平牡丹江师范学院

学位级别：硕士

智能优化算法近些年来已引起越来越多研究者的关注,其应用几乎涉及优化计算和控制等各种领域.粒子群优化算法(PSO)是一种通过模拟鸟群觅食行为而发展起来的智能优化算法.该算法因原理简单、易实现、无需梯度信息、参数少等特点,在连续... 详细信息

智能优化算法近些年来已引起越来越多研究者的关注,其应用几乎涉及优化计算和控制等各种领域.粒子群优化算法(PSO)是一种通过模拟鸟群觅食行为而发展起来的智能优化算法.该算法因原理简单、易实现、无需梯度信息、参数少等特点,在连续非线性优化问题、动态优化问题等都表现出良好的效果.随着人类生存空间的扩大、科技的进步,优化问题复杂度变高,当求解的问题为复杂的高维问题时,人们对算法的要求也随之变高.目前,粒子群优化算法在算法收敛性和稳定性方面的理论研究还有欠缺,算法性能还有进一步提升的空间.本文通过马尔可夫链理论和鞅理论以及随机搜索算法的收敛性定理对算法的收敛性进行研究和证明,利用李雅普诺夫稳定性理论对算法的系统稳定性进行研究.相关理论应用到改进的粒子群优化算法中,用以证明改进算法的收敛性.研究主要工作如下:(1)基于李雅普诺夫稳定性理论和马尔可夫链理论,证明了算法存在平衡状态,符合李雅普诺夫意义下的稳定性,研究并计算了粒子和粒子群的状态转移概率,并证明了粒子群优化算法在马尔可夫理论下的收敛性,最后证明了粒子群优化算法在一定条件下的全局收敛性.(2)采取混沌映射的方法初始化粒子群,使粒子分布均匀,可以对全局最优值进行更精细的搜索,结合黄金正弦算法改进粒子的位置更新公式,进一步提升了算法的寻优性能.利用马尔可夫链理论和鞅理论,从不同的角度对改进后算法的全局收敛性进行分析.(3)选择混沌映射的方法进行种群初始化,提升算法的寻优性能,提出一种新的自适应的惯性权重更新公式,平衡了算法前期与算法后期受上一次迭代速度的影响,加入鲸鱼优化算法,采取依概率选择粒子位置更新公式的方法,加强了粒子跳出局部最优的能力,提升了种群多样性.利用马尔可夫链中的全局收敛性定理和随机搜索算法的收敛性定理,证明了改进后算法的全局收敛性.

关键词：粒子群优化算法马尔可夫链收敛性黄金正弦算法鲸鱼算法

超高酸原油中石油酸分子组成表征与腐蚀性预测

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石油学报（石油加工） 2024年第3期40卷 833-840页

作者：牛鲁娜中石化安全工程研究院有限公司化学品安全国家重点实验室山东青岛266000

采用傅里叶变换离子回旋共振质谱法对国内某超高酸原油及其馏分油中的石油酸分子组成进行表征,研究Q345R、1Cr5Mo、304L和316L 4种典型炼油装置用材在不同酸值(Total acid number,TAN)油品中的静态腐蚀行为,并构建高温酸腐蚀预测模型。... 详细信息

采用傅里叶变换离子回旋共振质谱法对国内某超高酸原油及其馏分油中的石油酸分子组成进行表征,研究Q345R、1Cr5Mo、304L和316L 4种典型炼油装置用材在不同酸值(Total acid number,TAN)油品中的静态腐蚀行为,并构建高温酸腐蚀预测模型。结果表明,TAN为10.403 mg KOH/g、含2个氧原子的O2类石油羧酸是石油酸的主要成分,其中二环、三环环烷酸和单环芳香羧酸含量相对较高。168 h静态挂片腐蚀实验结果表明,4种材质腐蚀速率均随温度升高而增加,高于280℃后增加趋势逐渐变缓。不同材质微观腐蚀形貌存在显著差异:Q345R整体呈现均匀腐蚀形态;1Cr5Mo表面形成密集蚀坑;304L表面分布少量浅表性腐蚀区;316L仍可见金属光泽。根据腐蚀速率结果,考虑脂肪酸、环烷酸和芳香酸与金属的结合作用,将石油酸分子组成作为腐蚀预测模型的修正项,采用Levenberg-Marquardt(LM)算法拟合模型参数,模型相关系数R 2大于0.950,均方根误差RMSE小于0.089,可实现超高酸原油腐蚀性的早期预测,为指导超高酸原油加工装置合理选材、制定检维修计划提供支持。

关键词：腐蚀环烷酸傅里叶变换离子回旋共振质谱超高酸原油预测

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往复摆动式仿生人工关节间润滑薄膜测量系统

摩擦学学报（中英文） 2024年第5期44卷 644-654页

作者：宋鲁平杨淑燕麻拴红郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行... 详细信息

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行机构、运动执行机构和环境温度等进行了重新设计和完善,可较好地模拟关节运动时承受的载荷、运动方式和环境温度;最后,呈现了3个不同的仿生人工关节间润滑薄膜测量实例.测量结果表明:与硬-硬人工关节摩擦副对比,承受相同载荷时低弹性模量的PDMS垫发生的较大变形能捕获更多的润滑剂流入接触区内从而形成了有效的润滑;在硅油和水润滑条件下对陶瓷球施加固定载荷和冲击载荷时,对PDMS软垫层的变形量随时间的变化实现了可视化测量,且发现在载荷施加初始的极短时间内变化很快,随后逐渐变得缓慢;对固定载荷下陶瓷球往复摆动的整个运动过程中形成的润滑膜进行了原位观察并同步测量了软垫层的变形量.本测量系统为评价仿生润滑材料的润滑性能提供1种新的技术手段,对揭示仿生人工关节的润滑机理具有较为重要的意义.

关键词：仿生人工关节光干涉薄膜测量往复摆动冲击载荷关节润滑机理

利用脉冲激光沉积外延制备CsSnBr_(3)/Si异质结高性能光电探测器

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物理学报 2024年第5期73卷 351-359页

作者：王爱伟祝鲁平单衍苏刘鹏曹学蕾曹丙强济南大学材料科学与工程学院济南250022 核芯光电科技有限公司枣庄277299

钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性,已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力.但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围.因此,寻找低毒、稳定的非铅... 详细信息

钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性,已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力.但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围.因此,寻找低毒、稳定的非铅钙钛矿半导体尤为重要.利用锡元素替代铅元素并生长高质量的锡基钙钛矿薄膜是实现其光电器件应用的可行方案.本文采用脉冲激光沉积方法,在N型单晶硅(100)衬底上外延生长了一层(100)取向的CsSnBr_(3)钙钛矿薄膜.霍尔效应及电学测试结果表明,基于CsSnBr_(3)/Si半导体异质结在暗态下具有明显的异质PN结电流整流特征,在光照下具有显著的光响应行为,并具有可自驱动、高开关比(104)以及毫秒量级响应/恢复时间等优良光电探测器件性能.本文研究结果表明利用脉冲激光沉积方法在制备新型钙钛矿薄膜异质结、实现快速灵敏的光电探测方面具有重要应用前景.

关键词：外延钙钛矿薄膜异质结光电探测器

永定河滞洪水库模袋混凝土护坡材料冻融与干湿循环下的耐久性研究

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水利科技与经济 2024年第6期30卷 109-114页

作者：宋鲁平北京市永定河管理处北京100036

研究以永定河滞洪水库为研究对象,通过分析干湿-冻融循环耦合作用对模袋混凝土耐久性的影响,探究更适合研究区域的混凝土配合比。耦合作用下的耐久性试验结果显示,适当加入粉煤灰、硅粉或大理石粉,对增强模袋混凝土的耐久性能起到一定作... 详细信息

研究以永定河滞洪水库为研究对象,通过分析干湿-冻融循环耦合作用对模袋混凝土耐久性的影响,探究更适合研究区域的混凝土配合比。耦合作用下的耐久性试验结果显示,适当加入粉煤灰、硅粉或大理石粉,对增强模袋混凝土的耐久性能起到一定作用;10%粉煤灰与10%大理石粉、10%粉煤灰与8%硅粉的配合比具有最佳的耐久性。

关键词：滞洪水库模袋混凝土干湿-冻融循环耐久性能矿物掺合料

马尼拉俯冲带最大可能地震对南海诸岛的海啸灾害评估

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 612-618页

作者：赵广生牛小静清华大学水圈科学与水利水电工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综... 详细信息

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综合考虑地震震中、震源深度和断层滑动非均匀性等因素对海啸的影响,模拟了最大震级条件下70万个可能的海啸情景。其中,基于GPS大地测量数据的俯冲带闭锁反演和历史地震数据,选取评估结果500年一遇地震震级8.9级作为最大可能地震。研究给出了南海主要岛礁在发生8.9级地震时的岸外海啸波高,结果表明:即使在同一震级下,海啸波高也有很大的随机性,东沙岛的海啸波高可从1.8 m增加到6.2 m。断层非均匀性对海啸波高影响显著,忽略断层非均匀滑动分布的传统模型会低估海啸波高约20%~50%。从空间分布来看,西沙宣德群岛的南沙洲、南岛和北岛,以及东沙群岛的海啸危险性最大,海啸波高超过4 m。

关键词：马尼拉俯冲带 TDEFNODE 断层闭锁南海诸岛海啸灾害评估

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相变储能材料在节能建筑设计中的应用

储能科学与技术 2024年第3期13卷 847-849页

作者：牛红培濮阳职业技术学院河南濮阳457000

相变储能材料是现代储能专业发展的新型成果,在能源存储开发、建筑、环保等多个领域具有重要作用。本文结合实例针对相变储能材料在建筑领域综合应用情况进行分析探讨,包括相变材料自身的类别和改性情况以及其典型的建筑设计应用。研究... 详细信息

相变储能材料是现代储能专业发展的新型成果,在能源存储开发、建筑、环保等多个领域具有重要作用。本文结合实例针对相变储能材料在建筑领域综合应用情况进行分析探讨,包括相变材料自身的类别和改性情况以及其典型的建筑设计应用。研究证明,现代储能技术与建筑环保等领域的相容,可以有效提升相关行业的发展视域,具有良好的市场认可度和应用前景,值得更深层次的挖掘与研究。

关键词：相变储能储能材料建筑设计

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中国松嫩平原盐碱土固碳潜力过程及机理研究

中国农业资源与区划 2024年第1期45卷 129-138页

作者：王艺璇王珂曲鲁平姜世成邵长亮中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 山西大学生命科学学院太原030006 福建农林大学林学院福州350002 东北师范大学生命科学学院吉林长春130024

[目的]通过2019—2021年对松嫩平原盐碱地土壤呼吸的监测,探究盐碱土是否存在净碳吸收过程,明确盐碱土碳吸收在区域碳循环中的作用和地位。[方法]文章基于纯盐碱地原位土壤呼吸的3年连续监测,探究盐碱地土壤CO_(2)通量动态变化及其环境... 详细信息

[目的]通过2019—2021年对松嫩平原盐碱地土壤呼吸的监测,探究盐碱土是否存在净碳吸收过程,明确盐碱土碳吸收在区域碳循环中的作用和地位。[方法]文章基于纯盐碱地原位土壤呼吸的3年连续监测,探究盐碱地土壤CO_(2)通量动态变化及其环境响应。[结果](1)松嫩平原盐碱地除碳释放外存在阶段性碳吸收,不同年份盐碱土发生碳吸收的时间和强度不一致。(2)2019年和2021年土壤碳吸收主要发生在夜间,两次间歇性碳吸收分别发生于生长季初期和末期,其强度与土壤温、湿度显著相关,是由水分参与下的NaCO_(3)转化为NaHCO_(3)的化学性吸碳。(3)松嫩平原盐碱土在水淹期间存在连续性碳吸收,水淹状态下的吸碳来源于温度梯度驱动的大气CO_(2)形成水合二氧化碳的物理性吸碳。[结论](1)生长季的不同时期,松嫩平原盐碱土有着不同的碳吸收模式和强度。(2)土壤水分是影响盐碱土夜间间歇性吸碳的关键因素,温差是影响水淹吸碳的重要驱动力,随着温差加大,土壤碳吸收加强。(3)2019年和2021年夜间土壤碳吸收的最大值分别为-0.31μmol CO_(2)m^(-2)s^(-1)和-0.75μmolCO_(2)m^(-2)s^(-1);2020年和2021年淹水期间碳吸收最大强度为-1.51μmol CO_(2)m^(-2)s^(-1)和-1.27μmol CO_(2)m^(-2)s^(-1)。(4)松嫩平原盐碱土的规律性固碳可为生态系统年净碳吸收贡献15%。不考虑土壤碳吸收的空间异质性,其每年的碳吸收潜力预计可达0.37TgCa^(-1)。

关键词：盐碱土土壤呼吸夜间吸碳水淹松嫩平原

迈向数智时代:西南少数民族古籍数字化开发共享的创新路径

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出版广角 2024年第7期 54-58页

作者：牛凌燕云南师范大学传媒学院四川大学道教与宗教文化研究所

西南少数民族古籍面临流失、破损、失传等危机,其数字化工作存在进展缓慢、数据共享平台缺乏、数字化技术手段单一等不足。为加快西南少数民族古籍数字化速度,应建立数据联动机制,运用GIS时空分析、知识图谱等新型技术手段对少数民族古... 详细信息

西南少数民族古籍面临流失、破损、失传等危机,其数字化工作存在进展缓慢、数据共享平台缺乏、数字化技术手段单一等不足。为加快西南少数民族古籍数字化速度,应建立数据联动机制,运用GIS时空分析、知识图谱等新型技术手段对少数民族古籍进行深层次开发和可视化展示,促使少数民族古籍建设迈向智能化,以更好地保护与传承中华优秀传统文化。

关键词：少数民族古籍数据挖掘共享平台文化建设