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基于FPGA的神经网络实现与应用

基于FPGA的神经网络实现与应用

作者：祝芳广东工业大学

学位级别：硕士

人工神经网络是人工智能的一个重要的组成部分。随着人工智能时代的到来,越来越多的企业和科研单位投入到了对智能化产品和工具的研究开发中,帮助企业及个人提供更方便快捷的智能工具。神经网络以其速度快,实现精度较高的优势,已经得到... 详细信息

人工神经网络是人工智能的一个重要的组成部分。随着人工智能时代的到来,越来越多的企业和科研单位投入到了对智能化产品和工具的研究开发中,帮助企业及个人提供更方便快捷的智能工具。神经网络以其速度快,实现精度较高的优势,已经得到广泛的应用。例如在模式识别、信息处理、机器人等方面应用取得不断的突破。目前,神经网络的实现多数采用传统的通用计算机,而传统的通用计算机采用串行计算的处理方式。这样的处理方式给神经网络的应用带来了局限,因此,采用一种更好的方法来实现神经网络尤为重要。而由于FPGA(Field programmable gate array)的硬件可编程、高度并行计算的特点,有效弥补了神经网络串行的局限,能够为人工神经网络的实现提供新的途径。通过FPGA硬件实现神经网络的方法,在解决商场快速自动识别电子货架标签以及工业仪表的字符图像等方面,具有较大的商业价值和工业意义。本文通过软件和硬件模拟的不同方法实现字符图片的识别。从神经网络的理论介绍和软、硬件实现两方面进行阐述,并在MATLAB软件实现、Libero硬件仿真实现的关键问题上进行分析。软件实现方法中采用的是MATLAB函数库中的神经网络相关函数。硬件仿真实现方法中使用的是Libero集成开发环境,通过硬件描述语言实现神经网络各个功能模块。选择的FPGA结构为Actel Fusion系列器件,它是唯一具有模拟功能的Flash架构的FPGA器件,可以满足神经网络实现功能要求。本文的主要研究工作内容包括：首先,在实现字符识别过程中,使用MATLAB对选取训练样本和确定神经网络结构进行了分析和多次的实验(神经网络隐含层节点个数)。并通过有无噪声的样本输入来比较网络的识别效果,进一步得到优化的网络。然后,在FPGA硬件实现神经网络中,主要对神经网络的硬件实现关键部分进行设计和实现：包括构成单个神经元模块、数据位的表示、激励函数的选择和实现。对隐含层的运算实现过程进行具体阐述,并且对网络的各个阶段计算流程进行分析研究以及仿真实现。最后,通过各个模块的仿真以及各个阶段的验证,对搭建的整个硬件网络系统进行仿真识别实验,验证网络识别结果以及字符识别情况。从实验的结果分析,构建的系统能够实现字符识别,具有较高的准确性和稳定性,达到实验目的。

关键词： BP神经网络字符识别硬件 FPGA

能量获取D2D异构网络中频效优化的资源管理算法

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第3期51卷 704-713页

作者：赵佳豪邝祝芳邓晓衡中南林业科技大学计算机与信息工程学院湖南长沙410004 中南大学计算机学院湖南长沙410083

研究能量获取D2D异构网络中频谱效率优化的资源管理问题,包括D2D的通信模式选择、基站选择、信道分配、功率分配、传输时间分配,同时考虑蜂窝用户的QoS约束、能量获取约束、传输时间约束。构建的数学模型是一个混合整数非线性规划问题,... 详细信息

研究能量获取D2D异构网络中频谱效率优化的资源管理问题,包括D2D的通信模式选择、基站选择、信道分配、功率分配、传输时间分配,同时考虑蜂窝用户的QoS约束、能量获取约束、传输时间约束。构建的数学模型是一个混合整数非线性规划问题,为了解决该问题,基于凸优化理论、拉格朗日乘子法、可行方向法进行求解,对构建的数学模型进行化简,提出最大化频谱效率的资源管理算法SERM。研究结果表明:SERM算法对各种网络场景都能够收敛,并且能够最大化频谱效率。

关键词：能量获取 D2D通信资源管理凸优化频谱效率

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试论徐光启“农本”思想之源成

兰台世界 2013年第9期 109-110页

作者：耿祝芳南京晓庄学院教师教育学院

明朝农学家徐光启"农本"思想是西方先进科学技术影响下中华传统重农思想的升华。本文从家庭环境、社会环境、传统重农政治思想以及西方科学技术等方面的影响分析了徐光启"农本"思想的源成及历史必然性。

关键词：徐光启农本明朝

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急性心肌梗死后急性肾损伤的临床分析

急性心肌梗死后急性肾损伤的临床分析

作者：祝芳亮苏州大学

学位级别：硕士

研究目的:调查急性心肌梗死(AMI)患者急性肾损伤(AKI)的发病率,探讨AMI患者发生AKI的危险因素;识别高危患者,指导临床工作。研究方法:根据入选及排除标准,选取苏州大学附属第一医院2017年1月至2017年12月间心内科收治的急性心肌梗死患者... 详细信息

研究目的:调查急性心肌梗死(AMI)患者急性肾损伤(AKI)的发病率,探讨AMI患者发生AKI的危险因素;识别高危患者,指导临床工作。研究方法:根据入选及排除标准,选取苏州大学附属第一医院2017年1月至2017年12月间心内科收治的急性心肌梗死患者共204例为研究对象,根据是否发生AKI将患者分成AKI组和非AKI组,记录患者流行病学资料、实验室及辅助检查、治疗及预后情况。AMI并发AKI相关危险因素分析采用单因素、多因素Logistic回归。数据采用SPSS 20.0统计学软件进行分析。研究结果:1、入选204例AMI患者,有89例发生AKI(AKI组),占43.6%;未发生AKI者(非AKI组)1 15例,占56.4%。其中AKI1期73例,占82.02%;AKI 2 期14例,占15.73%;AKI3期2例,占 2.25%。2、与非并发AKI者相比较,AMI并发AKI者年龄较大(71.96±10.09岁),既往有糖尿病、脑卒中、慢性肾脏病(CKD)患者较多,入院时心律失常发生率高;而性别比例、有无吸烟及饮酒史、有无高血压病、高脂血症、冠心病史等无明显差异,心率、SBP、DBP水平亦无明显差异。3、实验室及辅助检查提示,与非并发AKI者相比较,AMI并发AKI者血WBC、NE计数较高,RBC及Hb水平较低,RDW较高,尿蛋白及尿红细胞较高,ALB、TG、apoA、PAB偏低,FBG偏高,BUN、Scr、UA显著升高,eGFR显著降低,血P 水平较低,NT-BNP、hs-CRP 水平较高;而血 PLT、TP、TC、HDL、LDL、apoB、K、Na、Cl、Ca等水平无明显差异。与非并发AKI者相比较,AMI并发AKI者LVEF显著降低,LA较大;而PLVW、IVS、LVDd等无明显差异。4、与非并发AKI者相比较,AMI并发AKI者住院时间显著延长,利尿剂及抗生素使用率高,好转率低、自动出院率高、死亡率高,差异有统计学意义;而在是否入住CCU、使用ACEI/ARB、抗血小板药物、调脂药物、肾脏替代治疗方面无显著差异。5、本研究建立了两个Logistic回归模型,结果显示:既往糖尿病史、高RDW、高NT-BNP、使用抗生素、入院时存在心律失常为AMI患者发生AKI的独立危险因素,而高eGFR、高LVEF为其保护因素。结论:AMI患者中AKI的发病率显著升高,且以AKI1期为主,AMI患者是发生AKI的高危人群;既往糖尿病史、高RDW、高NT-BNP、使用抗生素、入院时存在心律失常为AMI患者发生AKI的独立危险因素,而高eGFR、高LVEF为其保护因素。该研究结论有助于识别高危患者,早期采取预防措施。

关键词：急性心肌梗死急性肾损伤流行病学危险因素

死亡提醒对物质主义的影响——未来取向的中介作用和敬畏感的调节作用

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死亡提醒对物质主义的影响——未来取向的中介作用和敬畏感的调节...

作者：汪祝芳上海师范大学

学位级别：硕士

近些年来随着国家深化改革和社会主义经济的飞速发展,经济水平迅速提升,人们的社会心态和思想观念悄然发生改变,这为物质主义的盛行提供了温床。大学生作为国家建设的中坚力量,培养塑造其良好的人生观、价值观至关重要,因此对当代大学... 详细信息

近些年来随着国家深化改革和社会主义经济的飞速发展,经济水平迅速提升,人们的社会心态和思想观念悄然发生改变,这为物质主义的盛行提供了温床。大学生作为国家建设的中坚力量,培养塑造其良好的人生观、价值观至关重要,因此对当代大学生的物质主义的探究已成为众多研究者感兴趣的社会课题。死亡提醒是指对“人必有一死”的警示和提醒。根据恐惧管理理论的观点,为了应对死亡提醒后所带来的焦虑,个体会更多依附于自己坚守的价值观,物质主义作为一种特定的个体价值观,能在某种程度上对死亡焦虑起到缓冲作用。然而对于死亡提醒影响物质主义的内部作用机制尚未得到充分探讨。基于此,本研究拟初步构建一个有调节的中介模型,考察死亡提醒与物质主义的关系,以及未来取向、敬畏感的影响机制,并通过两个子研究来验证该模型。研究一为相关研究,通过问卷调查法探究了死亡提醒、未来取向、敬畏感、物质主义之间的关系。通过对上海市5所高校大学生线下发放问卷,共得到448个有效样本,采用死亡焦虑量表、未来结果预期量表、积极情绪量表敬畏分量表和物质主义价值观量表,初步探索死亡提醒对物质主义的影响及其作用机制。研究二为实验研究,以在校大学生为研究对象进一步检验变量之间的因果关系。在正式实验中选取194名被试,采用2(死亡情境:死亡提醒、非死亡提醒)×3(情绪情境:敬畏、快乐、中性)的被试间设计,其中,对被试的死亡提醒和敬畏感水平进行了操纵,并采用与研究一不同的方式测量被试的未来取向与物质主义水平。综上所述,本研究得到的结论如下:(1)死亡提醒对物质主义具有直接的正向预测作用,进行死亡提醒后的个体更可能表现出较高的物质主义倾向。(2)未来取向在死亡提醒对物质主义的关系中具有部分中介作用。(3)敬畏感对未来取向的中介效应起调节作用,且调节了中介过程的后半段路径。具体来说,该中介效应随着敬畏感水平的提高而减弱。

关键词：死亡提醒未来取向敬畏感物质主义

Si IGBT与SiC MOSFET逆变器并联一体化电源功率分配优化及应用

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Si IGBT与SiC MOSFET逆变器并联一体化电源功率分配优化及应用

作者：祝芳莹温州大学

学位级别：硕士

近年来,日益复杂的应用环境和工况对逆变电源的容量、功率密度、可靠性、稳定性及性价比等方面提出了更为苛刻的要求。作为逆变电源核心的功率半导体器件,在很大程度上决定着逆变电源装置性能的好坏。由于不同功率器件的性能或成本均受... 详细信息

近年来,日益复杂的应用环境和工况对逆变电源的容量、功率密度、可靠性、稳定性及性价比等方面提出了更为苛刻的要求。作为逆变电源核心的功率半导体器件,在很大程度上决定着逆变电源装置性能的好坏。由于不同功率器件的性能或成本均受其自身材料的限制,因此基于Si IGBT的逆变电源或基于SiC MOSFET的逆变电源均难以实现电源性能和成本的折衷,限制了基于单一功率器件逆变电源的应用及大规模产业化发展。因此,为了克服基于单一功率器件逆变电源的局限性,本文采用了由大容量Si IGBT逆变器与小容量SiC MOSFET逆变器并联组成的逆变电源的拓扑结构,构建了Si IGBT与SiC MOSFET逆变器并联一体化电源装置(简称为拓扑混合并联一体化电源)。然而,由于拓扑混合并联一体化电源还面临着缺乏器件最优电流配比研究、功率分配优化方案尚不成熟等关键技术难题,将严重制约了并联一体化电源的高质量发展与应用。为了有效解决科学问题,本文将针对这两个方面进行深入研究,并搭建Si IGBT与SiC MOSFET逆变器并联一体化电源实验平台,为逆变电源提供一种高性能和高性价比电源的解决方案。本文的主要研究工作和创新点如下:(1)针对拓扑混合并联一体化电源缺乏器件最优电流配比研究的科学难题,本文选取了四种不同电流配比的Si IGBT与SiC MOSFET的器件组合,通过实验分别分析了不同电流配比对拓扑混合并联一体化器件成本、器件结温及电源效率的影响并进行曲线拟合。最后,计算了不同电流配比下拓扑混合并联一体化电源的差额投资回收年限和额外收益,并综合考虑成本、结温以及效率等影响因素,对曲线拟合式进行近似多目标优化求解,获取了2:1的器件最优电流配比,实现了拓扑混合并联一体化电源的高性能和高性价比的应用需求。(2)针对拓扑混合并联一体化电源功率分配方案尚不成熟的科学难题,本文设计了拓扑混合并联一体化电源控制策略。以最小化功率损耗的目的对负载电流分配进行了优化,并且考虑了Si基逆变器的开关频率对器件损耗和负载电流的总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)的影响的折衷,获取了Si基逆变器的最优开关频率。同时还分析了Si基逆变器与SiC基逆变器在不同开关状态下的两逆变器间的循环电流路径,得出了零序环流与拓扑混合并联一体化电源中的Si基逆变器相同,因此可以通过输出电感来抑制循环电流的上升以减小额外的功率损耗。最后通过仿真结果验证了所提功率分配优化策略的有效性。(3)结合以上器件最优电流配比和功率分配策略优化的研究,搭建了Si IGBT与SiC MOSFET逆变器并联一体化电源实验平台。为了提升系统的功率密度,本文将拓扑混合并联一体化电源进行模块化布局,将其分为半桥式主电路、逆变器控制电路和辅助电源三大模块,并分别对这些模块进行设计及参数选取。最后在搭建的实验平台上验证了本文所提最优电流配比和功率分配优化策略的可行性及有效性。

关键词： Si IGBT SiC MOSFET 逆变器并联一体化电源电流配比功率分配

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黑糯玉米芯色素在食品环境中的稳定性研究

中国粮油学报 2010年第2期25卷 31-34页

作者：张钟祝芳茂名学院茂名525000 安徽科技学院凤阳233100

研究了黑糯玉米芯色素在食品环境中的稳定性、色素的微生物学效应和酶效应及色素在微波、超声波环境中的稳定性。结果表明:在食品环境中,色素在酸奶、碳酸饮料和果冻中比较稳定,在冰淇淋和午餐肉中不稳定;保加利亚乳杆菌对色素有增色作... 详细信息

研究了黑糯玉米芯色素在食品环境中的稳定性、色素的微生物学效应和酶效应及色素在微波、超声波环境中的稳定性。结果表明:在食品环境中,色素在酸奶、碳酸饮料和果冻中比较稳定,在冰淇淋和午餐肉中不稳定;保加利亚乳杆菌对色素有增色作用;果胶酶对色素的稳定性影响不大,酸性蛋白酶和α-淀粉酶能降低色素的稳定性;微波和超声波均能降低色素的稳定性。

关键词：黑糯玉米芯色素食品环境微波超声波稳定性

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CRAHNs中干扰和能耗有效的联合功率控制路由算法仿真研究

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系统仿真学报 2017年第7期29卷 1464-1471,1480页

作者：邝祝芳陈志刚中南林业科技大学计算机与信息工程学院长沙410004 中南大学软件学院长沙410083

针对认知无线Ad Hoc网络(Cognitive Radio Ad Hoc Networks,CRAHNs)下垫式(Underlay)频谱接入模型,次用户节点对主用户干扰功率过高,以及次用户节点能量过早耗尽的问题,提出了基于粒子群优化算法的联合功率控制的路由与频谱分配算法PRSA... 详细信息

针对认知无线Ad Hoc网络(Cognitive Radio Ad Hoc Networks,CRAHNs)下垫式(Underlay)频谱接入模型,次用户节点对主用户干扰功率过高,以及次用户节点能量过早耗尽的问题,提出了基于粒子群优化算法的联合功率控制的路由与频谱分配算法PRSA,以最小化次用户对主用户的干扰功率与延长网络生存时间为目标,包括粒子编码与粒子初始化、适应度函数、粒子飞行。设计了包含信道与发射功率等级二元组的邻接矩阵粒子编码结构,以及重新定义了粒子的3种运算规则。仿真结果表明,PRSA能在最小化对主用户的干扰功率的同时,延长网络生存时间。

关键词：认知无线Ad Hoc网络路由干扰能耗有效

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米糠粗黄酮抑制羟基自由基和Aβ诱导的SH-SY5Y凋亡的作用及机理研究

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米糠粗黄酮抑制羟基自由基和Aβ诱导的SH-SY5Y凋亡的作用及机理研...

作者：祝芳中南林业科技大学

学位级别：硕士

老年痴呆症是常见的神经退行性疾病,患者具有大脑萎缩、细胞外出现淀粉样斑块、细胞内神经纤维缠结、神经元大量丧失,以及金属离子的过量堆积等临床病理特征。近年来的研究表明:金属离子(如Cu2+)引起的氧化应激和异常聚集的Aβ可能是导... 详细信息

老年痴呆症是常见的神经退行性疾病,患者具有大脑萎缩、细胞外出现淀粉样斑块、细胞内神经纤维缠结、神经元大量丧失,以及金属离子的过量堆积等临床病理特征。近年来的研究表明:金属离子(如Cu2+)引起的氧化应激和异常聚集的Aβ可能是导致AD的主要原因。具有氧化还原活性的Cu2+能催化产生自由基,破坏线粒体的正常生理功能,诱导细胞膜、组织和酶氧化损伤,最终导致神经变性疾病;Aβ聚集形成的聚集物(寡聚体、纤维等)可以破坏细胞膜,引起炎症反应,导致神经元凋亡。本文以米糠为原料,提取其中的粗黄酮,研究米糠粗黄酮对金属离子引起的氧化应激和异常聚集的Aβ导致的神经毒性的影响。利用CCA荧光法、原子力显微镜、噻哇蓝、MTT实验、Hoechst 33258染色实验、DCFH-DA测内源性RO实验、western blot实验探讨了米糠粗黄酮(Crude flavonoids from Rice bran,FRB)抑制羟基自由基和 Aβ诱导的 SH-SY5Y细胞凋亡的作用及机理的初步研究。通过本论文的研究发现:1.利用酶解辅助超声的方法提取米糠粗黄酮并对其提取工艺进行优化,米糠粗黄酮的提取率达到3.26%。HPLC初步检测米糠粗黄酮中含有柚皮素成分,含量占4.47%。2.米糠粗黄酮能减少Cu2+催化H2O2、Cu2+诱导抗坏血酸(AA)产生的羟基自由基。CCA荧光实验表明米糠粗黄酮能分别使Cu2+催化H202、Cu2+诱导AA产生的羟基自由基的量降低61.82%、57.46%。通过MTT实验发现60 μg/mL的米糠粗黄酮使羟基自由基损伤的SH-SY5Y细胞的存活率由(25.97±2.06)%增加至(76.96±4.39)%。因此,米糠粗黄酮可以通过抑制羟基自由基的生成,从而抑制SH-SY5Y细胞的凋亡。3.米糠粗黄酮能抑制Aβ(1-42)毒性聚集物的产生。利用AFM检测发现米糠粗黄酮能减少Aβ(1-42)毒性聚集物(寡聚体、纤维前体、纤维)的产生,改变Aβ(1-42)的聚集路径。在一定浓度范围内,米糠粗黄酮浓度越高,抑制Aβ(1-42)聚集物生成的效果更明显。4.米糠粗黄酮能抑制Aβ(1-42)毒性聚集物诱导的SH-SY5Y细胞的凋亡。通过MTT和Hoechst 33258实验发现80μM Aβ(1-42)处理的细胞存活率为(52.25±1.34)%,且细胞呈极亮的蓝色。120μM米糠粗黄酮使SH-SY5Y细胞的存活率由(52.25±1.34)%增加至(91.47±1.45)%,细胞极亮的蓝光减少,细胞核形态呈均一饱满状。说明米糠粗黄酮能明显抑制Aβ(1-42)诱导的SH-SY5Y细胞的凋亡。5.米糠粗黄酮能减少细胞内源性ROS和下调caspase-3,从而抑制Aβ(l-42)诱导SH-SYSY细胞的凋亡。通过DCFH-DA测细胞内源性ROS发现,米糠粗黄酮使细胞内源性ROS由1.72±0.02降低到1.12±0.04,从而保护SH-SY5Y细胞免受Aβ(1-42)诱导的损伤。western blot实验结果表明Aβ(1-42)能极显著性(p<0.01)的上调细胞caspase-3的表达,而120 μM的米糠粗黄酮使caspase-3的蛋白表达相对量由1.73± 0.07降低到1.07±0.02。因此米糠粗黄酮可以通过下调caspase-3,从而抑制Aβ(1-42)诱导的SH-SY5Y细胞凋亡。综上,本文对米糠粗黄酮的提取工艺进行优化,并利用HPLC初步测定其成分;研究了米糠粗黄酮对羟基自由基和Aβ诱导SH-SY5Y凋亡的抑制作用,并对其机理进行了初步探究;为米糠的综合利用提供了新的研究方向,为AD的治疗提供了新思路,为开发新的治疗药物提供了理论依据,具有重大的现实意义。

关键词：老年痴呆症米糠黄酮提取铜离子 β-淀粉样多肽