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基于Transformer的一维连续性时序数据分析方法研究

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基于Transformer的一维连续性时序数据分析方法研究

作者：王方年北京化工大学

学位级别：硕士

一维时序数据分为连续性时序数据和离散性时序数据,可看作是普通二维的特征矩阵向时间空间的一种拓展。连续性时序数据最主要的特点是构成的波形平滑。在一维连续性数据研究方向上,常见的任务包括分类、检测（检测信号出现的位置）和预... 详细信息

一维时序数据分为连续性时序数据和离散性时序数据,可看作是普通二维的特征矩阵向时间空间的一种拓展。连续性时序数据最主要的特点是构成的波形平滑。在一维连续性数据研究方向上,常见的任务包括分类、检测（检测信号出现的位置）和预测趋势走向等,最主要的两个要求是分析准确率高和推理速度快。本文以Transformer为基础模型,以一维连续性时序数据为研究对象,围绕三个基本任务（分类、检测、预测）展开研究,并对四类具有代表性和实际价值的一维连续性数据探究了细节性问题。这四类数据分别是:磁异常检测、遥感图像分类、医学领域的心律失常诊断、材料学领域的涂层寿命预测。本文的研究内容如下:（1）提出了Shifted-Grad Transformer（SGT）,其中的Shifted-Grad Block模块扩展了一维数据的梯度特征构造空间,构造了从最近邻到偏移最近邻的梯度特征,简化了繁重的数据预处理步骤,通过直接将一维连续数据送入SGT网络中,显著提高了分类的精度和速度。同时SGT对于Transformer进行改进,在Vision Transformer模型基础上,改进了patch split的构造结构,使得Transformer与Shifted-Grad Block相结合,增强了一维数据长距离依赖关系。SGT首先应用于磁异常信号分类,在磁数据上表现出了良好效果,分类准确率达到了99.01%,每秒可以处理2.8×10～3个输入,超过最好的方法1.57个百分点,快近28倍。针对磁异常信号检测,通过滑动窗口将检测任务转化为分类任务,并使用后处理动态规划算法,在（）时间复杂度下有效消除了滑动窗口检测结果出现的虚警,实现了磁异常信号目标检测。这一框架代码已开源。本文继续研究了其他一维连续数据的一些经典问题和公共数据集。通过高光谱图像分类公开数据集Pavia University（spatially disjoint samples）数据、极化合成孔径雷达图像分类公开数据集（Flevoland dataset）、心律异常诊断公共数据集（MIT-BIH）的大量的实验对比,证明了SGT是处理一维连续性数据的一个通用性框架。（2）本文还研究了一维连续性时序数据预测问题,在Vision Transformer的基础上引入一个Time embedding模块,同时使用双分支Bidirectional LSTM网络,实现了对一维连续性时序数据的预测,并加强了时间特征对预测结果的影响。以材料领域的涂层性能劣化预测问题为实际应用场景,新模型和Informer以及MLP-Mixer等进行了对比实验,表现出更好的预测能力。总之,本文工作表明了基于Transformer的一维连续性时序数据的分析模型在多个相关领域都具有重要的研究意义和实用价值。

关键词：一维数据分类一维信号目标检测 Transformer 时间序列预测磁异常检测

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基于约束最小二乘的近空间雷达网定位算法

电子与信息学报 2011年第7期33卷 1655-1660页

作者：王燊燊冯金富王方年黄峰空军工程大学工程学院西安710038 桂林空军学院桂林541010

该文研究了一种基于归一化约束最小二乘的近空间雷达网定位算法。首先将距离与角度信息的非线性方程转换为线性方程,通过一阶Taylor展开分析了噪声对线性方程的影响,然后将定位问题转化为归一化约束总体最小二乘问题,并通过Lagrange函... 详细信息

该文研究了一种基于归一化约束最小二乘的近空间雷达网定位算法。首先将距离与角度信息的非线性方程转换为线性方程,通过一阶Taylor展开分析了噪声对线性方程的影响,然后将定位问题转化为归一化约束总体最小二乘问题,并通过Lagrange函数将其转换为无约束的优化问题,根据定位均方误差最小原则选取加权因子得到定位解,最后进行了定位误差分析,仿真结果表明了该算法的有效性。

关键词：雷达网归一化约束最小二乘定位精度

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近空间双基雷达网航迹起始算法

控制与决策 2013年第4期28卷 552-556页

作者：王燊燊冯金富车万方王方年李明忠复杂航空系统仿真重点实验室北京100076 空军工程大学工程学院西安710038 桂林空军学院广西桂林541003

针对隐身目标的低可探测性和雷达采样间隔的随机性,提出一种基于概率网格Hough变换和速度特征模糊聚类的近空间双基雷达网航迹起始算法.首先,利用概率网格Hough变换方法提取目标初步航迹;然后,结合目标的时间特性,利用点迹速度模糊聚类... 详细信息

针对隐身目标的低可探测性和雷达采样间隔的随机性,提出一种基于概率网格Hough变换和速度特征模糊聚类的近空间双基雷达网航迹起始算法.首先,利用概率网格Hough变换方法提取目标初步航迹;然后,结合目标的时间特性,利用点迹速度模糊聚类的方法进一步提取目标真实航迹.实验结果表明,所提出算法具有较强的鲁棒性和较高的精度,适用于杂波环境下随机采样的多雷达系统航迹起始.

关键词：双基雷达网 Hough变换模糊聚类航迹起始

三维CFD仿真软件GASFLOW气溶胶分析模块研发与应用

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原子能科学技术 2023年第11期57卷 2138-2149页

作者：王方年肖建军周志伟卡尔斯鲁厄理工学院德国卡尔斯鲁厄76344 清华大学北京100084

反应堆严重事故下,放射性裂变产物以气溶胶的形式随水蒸气、氢气等一起大量释放至安全壳中。安全壳内气溶胶迁移与沉降受安全壳内热工水力深度影响。本文阐述了三维CFD仿真软件GASFLOW气溶胶分析模块研发方法,利用该方法实现了安全壳内... 详细信息

反应堆严重事故下,放射性裂变产物以气溶胶的形式随水蒸气、氢气等一起大量释放至安全壳中。安全壳内气溶胶迁移与沉降受安全壳内热工水力深度影响。本文阐述了三维CFD仿真软件GASFLOW气溶胶分析模块研发方法,利用该方法实现了安全壳内气体相和气溶胶颗粒相的三维耦合仿真与并行计算,验证后的程序能准确评估气溶胶迁移、沉降及其在安全壳内的三维分布。大型先进压水堆典型事故序列下安全壳内气溶胶行为三维CFD分析表明:CFD计算时间可接受,具有较好工程实用性;气溶胶的沉积和积悬浮总量与系统程序结果吻合较好;气溶胶三维分布受气流场、浓度场、温度场影响;气溶胶吸湿增长是气溶胶自然去除的关键因素等。该软件模块可拓展至安全壳喷淋去除气溶胶、氢爆下气溶胶再悬浮等其他复杂热工水力工况下气溶胶行为研究。

关键词：气溶胶三维仿真 CFD 核电安全壳安全壳热工水力气溶胶自然去除

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维吾尔族宫颈癌中H－ras癌基因第12位密码子突变的研究

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癌症 1995年第1期14卷 4-6页

作者：王方年周允奋李冰李玉清新疆维吾尔自治区乌鲁木齐人民医院遗传医学中心新疆维吾尔自治区人民医院妇产科

维吾尔族宫颈癌组织中Ｈ－ｒａｓ癌基因３１２ｂｐ含第１２位密码于的ＤＮＡ顺序经聚合酶链反应体外扩增，结合限制性内切酶ＭｓｐＩ限制片段长短的多态现象分析，以检测第１２位密码子突变，结果在５３例官颈癌中只检出１例存在第１２... 详细信息

维吾尔族宫颈癌组织中Ｈ－ｒａｓ癌基因３１２ｂｐ含第１２位密码于的ＤＮＡ顺序经聚合酶链反应体外扩增，结合限制性内切酶ＭｓｐＩ限制片段长短的多态现象分析，以检测第１２位密码子突变，结果在５３例官颈癌中只检出１例存在第１２位密码子突变，在２０例慢性宫颈炎或宫颈糜烂中无１例检出。说明Ｈ－ｒａｓ癌基因第１２位密码子突变可能不是维吾尔族官颈癌中癌基因激活的主要方式。

关键词：子宫肿瘤 RAS基因限制片段长短多态性宫颈癌

小鼠ob基因启动子中葡萄糖和胰岛素反应元件的鉴定

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Acta Biochimica et Biophysica Sinica 2000年第5期32卷 541-544页

作者：王方年马春姑张艳玲张乃娴陈幼妹汤其群宋后燕上海医科大学分子遗传学研究室!上海200032

为了解葡萄糖和胰岛素调控小鼠ob基因表达调控的机制 ,应用荧光素酶报告基因、凝胶迁移率变动分析 (gelmobilityshiftassays,GMSA)、DNaseI足迹分析和突变分析技术对小鼠ob基因启动子中葡萄糖和胰岛素反应元件 (GLRE和IRE)进行了鉴定。... 详细信息

为了解葡萄糖和胰岛素调控小鼠ob基因表达调控的机制 ,应用荧光素酶报告基因、凝胶迁移率变动分析 (gelmobilityshiftassays,GMSA)、DNaseI足迹分析和突变分析技术对小鼠ob基因启动子中葡萄糖和胰岛素反应元件 (GLRE和IRE)进行了鉴定。转染及报告基因活性分析结果显示 ,在小鼠ob基因启动子 - 1719～ - 145 2bp之间存在负调控元件、GLRE和IRE。GMSA结果显示葡萄糖和胰岛素抑制转录因子与顺式元件结合。DNaseI足迹分析和突变分析显示此结合区为AGCAAAA ,位于ob基因启动子的 - 16 98～ - 16 92bp。以上结果说明 ,小鼠ob基因启动子 - 1719～ - 145 2bp之间存在小鼠ob基因表达的负调控元件 ,葡萄糖和胰岛素通过同一个途径 ,即通过抑制某转录因子与此顺式元件的结合促进小鼠ob基因的表达 ,位于小鼠ob基因启动子 - 16 98～- 16 92bp的顺式作用元件AGCAAAA为一新的GLRE和IRE。

关键词： ob基因瘦蛋白(leptin) 葡萄糖胰岛素反应元件

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设置网络攻防仿真平台的方法

电光与控制 2013年第10期20卷 78-81,86页

作者：彭刚王方年刘戎黄琦空军空降兵学院广西桂林541003

研究了一种网络攻防仿真平台的设置方法。首先对平台组成和功能进行了分析,其次利用Visio二次开发技术实现了虚拟网络拓扑的创建,给出其详细创建方法,在此基础上研究了虚拟网络拓扑的解析方法,给出相关流程。最后通过网络攻防实例对平... 详细信息

研究了一种网络攻防仿真平台的设置方法。首先对平台组成和功能进行了分析,其次利用Visio二次开发技术实现了虚拟网络拓扑的创建,给出其详细创建方法,在此基础上研究了虚拟网络拓扑的解析方法,给出相关流程。最后通过网络攻防实例对平台进行仿真分析,仿真结果证明了方法的有效性。

关键词：仿真平台网络攻防 Visio二次开发

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用PREMIERE实现动画字幕

多媒体世界 1998年第9期 81-81,83页

作者：王方年

ADOBE PREMIERE 4.2是一个良好的非线性编辑软件,它除了具备丰富的视音频编辑功能外,还能很方便地实现文字及图形图象的缩放、旋转及任意移动等功能。下面用PREMIERE实现“虎年好运”四字在显示窗口的上半部自窗口右侧的外边从右至左... 详细信息

ADOBE PREMIERE 4.2是一个良好的非线性编辑软件,它除了具备丰富的视音频编辑功能外,还能很方便地实现文字及图形图象的缩放、旋转及任意移动等功能。下面用PREMIERE实现“虎年好运”四字在显示窗口的上半部自窗口右侧的外边从右至左平行移动,到达位置后停止数秒,然后让“日进千里”四字从显示窗口中心由小到大(100％)并逆时针旋转360度。

关键词：动画字幕 PREMIERE 多媒体

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无线传感器网络动态占空比MAC协议

计算机工程与应用 2006年第26期42卷 131-133页

作者：彭刚孙广义王方年刘戎桂林空军学院教育技术中心

提出一个能量高效的传感器网络MAC协议(EMAC协议)。传感器节点在空闲时进入睡眠状态,大大减少了空闲侦听,采用可变占空比工作方式降低能量消耗。仿真实验显示EMAC协议大大降低了节点的能量消耗,明显提高了网络的生命期。

关键词：无线传感器网络动态占空比能量高效