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基于学习式代价估计器与强化学习的数据库索引选择研究

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基于学习式代价估计器与强化学习的数据库索引选择研究

作者：高建瓴北京交通大学

学位级别：硕士

大数据时代,信息量的激增对关系型数据库的查询能力提出了更高的要求,查询优化成为重要的研究课题。随着人工智能技术的发展,利用深度学习模型为传统关系型数据库带来更加优秀的查询优化能力逐渐成为热门话题。本文围绕人工智能赋能的... 详细信息

大数据时代,信息量的激增对关系型数据库的查询能力提出了更高的要求,查询优化成为重要的研究课题。随着人工智能技术的发展,利用深度学习模型为传统关系型数据库带来更加优秀的查询优化能力逐渐成为热门话题。本文围绕人工智能赋能的查询优化这一话题,主要研究关系型数据库中两个重要问题:代价估计和索引选择。在代价估计方面,传统的代价估计与基数估计方法往往对数据在数据库上的分布做出过强的假设,导致准确度较差。而现有的基于深度学习的代价估计方法无法准确学习查询计划的结构信息,且未学习索引特征,其性能仍有提升空间。在索引选择方面,传统的启发式算法无法获得全局最优解,而基于线性规划方法的求解时间受限于问题求解规模。另一方面,现有方法往往使用DBMS的代价估计结果评估索引价值,代价估算不准确导致索引价值估计不准确,进而无法获得最优解。本文针对上述问题,提出了新的代价估计与索引选择方法,以获得更好的查询优化性能。首先,本文提出一个基于图卷积网络的代价估计模型GCNCost。针对现有方法对查询计划结构信息学习不准确问题,GCNCost中使用基于图卷积网络的查询计划学习模块,将查询树的邻接矩阵作为一部分输入以更好地学习其结构特征。针对现有方法未使用索引特征问题,GCNCost中引入索引特征并使用基于多维注意力的索引选择模块同时学习索引局部特征与全局特征。最后,GCNCost使用一个回归层综合查询计划特征与索引特征并得到输出。在两个常用公开数据集上的实验结果表明,相比于基线模型,GCNCost能够进行更准确的代价估计。其次,本文提出了一个基于深度强化学习的索引选择模型Deep Index。针对现有方法对索引价值估计不准确的问题,Deep Index使用本文提出的GCNCost以准确评估索引价值;针对现有方法的选择策略可能导致次优解的问题,Deep Index使用Deep Q-Network进行索引选择,并引入索引覆盖概念,改进现有的强化学习索引选择模型以缩小搜索空间。在两个常用公开数据集上的实验结果表明,相比于其他基线模型,Deep Index能够提供更优秀且稳定的索引选择结果。最后,为实际帮助用户解决索引选择问题,本文基于Deep Index实现了一个索引选择原型系统,提供以索引选择为核心的诸多功能。其中,由于系统中的代价估计模型需要收集训练数据进行训练,原型系统中设计了查询处理页面,在方便用户进行SQL查询的同时收集历史查询计划训练代价估计模型。另外,考虑到已有历史查询计划可能不足以训练代价估计模型,用户可以自行选择使用GCNCost或传统代价估计器进行索引选择。

关键词：查询优化代价估计索引选择图卷积网络深度强化学习

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基于改进YOLOv7的小目标检测

计算机工程 2023年第1期49卷 41-48页

作者：戚玲珑高建瓴贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025

目前的目标检测技术已趋于成熟,但小目标检测仍是研究的难点。针对目标检测过程中小目标检测更容易出现漏检等问题,提出一种改进的YOLOv7目标检测模型。结合特征分离合并思想,对YOLOv7网络模型中的MPConv模块进行改进,以减少网络特征处... 详细信息

目前的目标检测技术已趋于成熟,但小目标检测仍是研究的难点。针对目标检测过程中小目标检测更容易出现漏检等问题,提出一种改进的YOLOv7目标检测模型。结合特征分离合并思想,对YOLOv7网络模型中的MPConv模块进行改进,以减少网络特征处理过程造成的特征损失,并通过实验确定放置改进MPConv模块的最佳位置。由于小目标检测过程中容易出现漏检的现象,利用ACmix注意力模块提高网络对小尺度目标的敏感度,降低噪声所带来的影响。在此基础上,使用SIoU替换原YOLOv7网络模型中的CIoU来优化损失函数,减少损失函数自由度,提高网络鲁棒性。在Okahublot公开的FloW-Img子数据集上进行实验,结果表明,对于数据集中的密集、小目标和超小目标三种情况的图片,改进后的YOLOv7网络模型相比原网络,漏检情况得到明显改善,且mAP达到71.1%,相比基线YOLOv7网络模型提升了4个百分点,检测效果优于原网络模型与传统经典目标检测网络模型。

关键词：目标检测技术小目标检测 YOLOv7网络模型注意力模块损失函数

雷公藤甲素对脂多糖大鼠急性肺损伤的保护作用及其机制研究

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雷公藤甲素对脂多糖大鼠急性肺损伤的保护作用及其机制研究

作者：高建瓴苏州大学

学位级别：硕士

目的建立和评估脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）诱导的大鼠急性肺损伤动物模型方法30只雄性SD大鼠,体重200~250g,随机分为2组:对照组（C组,n=15）;模型组（M组,n=15）。C组和M组分别经尾静脉注射同等容量的生理盐水或LPS 5mg/kg... 详细信息

目的建立和评估脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）诱导的大鼠急性肺损伤动物模型方法30只雄性SD大鼠,体重200~250g,随机分为2组:对照组（C组,n=15）;模型组（M组,n=15）。C组和M组分别经尾静脉注射同等容量的生理盐水或LPS 5mg/kg。各组分别于建模前1h和建模后3、6、12h抽取动脉血气,及建模后12h处死大鼠,心脏采血,4℃生理盐水灌洗左肺,收集支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid, BALF）,用ELISA法检测血清和BALF中TNF-α水平;并留取右肺下叶,石蜡切片,HE染色,光镜下观察肺组织病理改变;计算大鼠右肺中叶湿/干重（W/D）比。结果HE染色后,M组大鼠光镜下可见肺泡正常结构消失,间质水肿增宽,大量炎性细胞浸润,毛细血管明显扩张、充血,白细胞附壁。与C组相比,M组肺毛细血管充血、中性粒细胞渗出及肺泡间隔增宽程度明显加剧（P＜0.05）,且M组右肺中叶W/D比值明显增加（P＜0.05）。在动脉血氧分压（PaO2）变化上,M组PaO2随时间延长下降明显。与C组同时间段相比,M组建模后3、6、12h PaO2均下降明显（P＜0.05）;与同组基础值相比,M组建模后12h PaO2下降46.01%。此外,与C组相比,M组血清、BALF中TNF-α水平明显升高（P＜0.05）。M组大鼠肺部病理改变,PaO2下降及炎症因子分泌的增加符合急性肺损伤动物模型标准。结论以LPS 5mg/kg尾静脉注射可成功建立大鼠急性肺损伤模型。目的观察雷公藤甲素（triptolide,TP）对LPS大鼠急性肺损伤的保护作用及其对Toll样受体-4（Toll like receptor-4, TLR4）转导通路的影响,探讨其肺保护作用的可能机制。方法 1、雷公藤甲素对LPS诱导大鼠急性肺损伤的保护作用根据预实验结果,给予LPS 10mg/kg,来研究雷公藤甲素的肺保护作用。40只雄性SD大鼠,体重200~250g,随机分为4组:①正常组（N组,n=5）,不作任何处理;②对照组（C组,n=5）,经尾静脉注射生理盐水,同时腹腔注射1%二甲基亚砜（DMSO）;③LPS组（L组,n=15）,经尾静脉注射LPS 10mg/kg,同时腹腔注射1% DMSO;④雷公藤甲素组（TP组,n=15）,经尾静脉注射LPS 10mg/kg,同时腹腔注射雷公藤甲素（1%DMSO溶解）50μg/kg。除N组外,其余各组尾静脉注射同等容量的生理盐水或LPS 10mg/kg,腹腔注射同等容量的1% DMSO或TP 50μg/kg。于注射前1h和注射后3、6、12h、24h抽取动脉血气;观察24h后处死大鼠,用ELISA法检测血清和BALF中TNF-α水平;光镜下观察肺组织病理改变并评分;计算大鼠右肺中叶W/D;统计24小时大鼠死亡率。 2、雷公藤甲素对TLR4受体转导通路的影响 42只雄性SD大鼠,体重200~250g,随机分为6组:①正常组（N组,n=5）,不作任何处理;②对照组（C组,n=5）,经尾静脉注射生理盐水,同时腹腔注射1%DMSO;③LPS组（L组,n=8）,经尾静脉注射LPS 5mg/kg,同时腹腔注射1%DMSO;④雷公藤甲素25μg组（TP1组,n=8）,经尾静脉注射LPS 5mg/kg,同时腹腔注射雷公藤甲素25μg/kg;⑤雷公藤甲素50μg组（TP2组,n=8）,经尾静脉注射LPS 5mg/kg,同时腹腔注射雷公藤甲素50μg/kg;⑥雷公藤甲素100μg组（TP3组,n=8）,经尾静脉注射LPS 5mg/kg,同时腹腔注射雷公藤甲素100μg/kg。各组观察12 h后处死大鼠,取新鲜肺组织,心脏采血及收集BALF。用荧光定量PCR测定TLR4、NF-κB mRNA的表达;应用western blot分析TLR4蛋白表达;应用ELISA分析TNF-α表达。结果 1、TP组24h死亡率明显低于L组（P＜0.05）,光镜下肺泡结构基本正常,间质有水肿,部分可见毛细血管扩张、充血和炎性细胞浸润,肺病理改变半定量分析优于L组（P＜0.05）,且右肺中叶W/D比值低于L组（P＜0.05）。与L组相比, TP组6、12、24h PaO2较高（P＜0.05）,血清和BALF中TNF-α水平明显降低（P＜0.05）,但与N、C组相比,TP组3、6、12、24h PaO2均降低（P＜0.05）,且血清和BALF中TNF-α水平较高（P＜0.05）。 2、TP各组随着雷公藤甲素剂量的增加,TLR4、NF-κB mRNA和TLR4蛋白的表达呈现下降趋势,与L组比较,TP2、TP3组TLR4、NF-κB mR

关键词：急性肺损伤(ALI) 脂多糖(LPS) 雷公藤甲素 Toll样受体4(TLR4) 核因子-κB(NF-κB)

长三角某河道高锰酸盐指数季节性骤升成因及时空分布规律分析研究

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长三角某河道高锰酸盐指数季节性骤升成因及时空分布规律分析研究

作者：高建瓴兰州交通大学

学位级别：硕士

某河道是长三角某市的“母亲河”,自西向东贯穿整个城市,是该市重要的农业灌溉水源地,也是承接下游湖泊的主要航运通道。近年来,随着该市社会经济的快速发展和城镇化推进,该河道水质曾一度污染严重。近十年来,市政府对该河道加大整治力... 详细信息

某河道是长三角某市的“母亲河”,自西向东贯穿整个城市,是该市重要的农业灌溉水源地,也是承接下游湖泊的主要航运通道。近年来,随着该市社会经济的快速发展和城镇化推进,该河道水质曾一度污染严重。近十年来,市政府对该河道加大整治力度,河道水质逐年好转,但仍有部分水质控制指标出现季节性超标。如:在2021年4月至6月期间,该河道源头及河道各断面出现高锰酸盐指数(COD)骤升的现象,连续超过国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅲ类标准达数十天,已影响到该市“全国文明城市”的形象。本研究通过多项水质指标检测、三维荧光光谱（3D-EEM）、凝胶色谱（HPSEC）及气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）检测等手段,结合三维荧光-区域积分法、相关性分析、主成分分析及三维荧光差谱分析等分析方法,对该河流全河道展开相关污染物质特性、组成及来源进行实验研究。得到该河道COD季节性超标的成因及污染物质的主要来源,并为该河道的治理提供具有针对性的治理措施建议。本研究主要得到以下结论:（1）该河道水质在春夏之交首次连续强降雨期间变化幅度较大。河道水质指标从降雨前的最低水平随着降雨持续上升并达到峰值,降雨结束后表现为持续下降:河道水源水体高锰酸盐指数(COD)从5.20mg/L上升至6.40mg/L后,逐步下降至4.38mg/L,河道整体氨氮（NH-N）从0.175mg/L上升至1.225mg/L后,逐步下降至0.400mg/L,河道整体重铬酸盐指数(COD)从18.25mg/L上升至20.25mg/L后,逐步下降至11.00mg/L。（2）三维荧光光谱分析结果表明,该河道水体中溶解性有机物主要组成为腐殖酸类,试验期间该类物质在水体溶解性有机物的占比随降雨历程从72.81%上升至76.93%,在降雨结束后10天下降至75.39%。上述结果表明,由于从冬季到初春,河道较低的水体温度抑制了底泥微生物的活性,同时没有连续大量降水对底泥产生搅动作用,因此,外源长期汇入河道的污染物沉积在底泥中,在降雨前没有向河道上覆水释放,而在连续强降雨期间,河道水体平均温度达到27℃,在适宜的温度和降雨对底泥的搅动作用下,促进了底泥水解酸化过程,在一系列内源和外源的协同作用下,污染物在短时间内大量向河道上覆水释放和汇入,使得河道污染物浓度骤然增加,造成高锰酸盐指数上升。降雨结束后,降雨形成的地表径流将富含有机杂质的颗粒物带到水体,并沉积在了河道底泥中,为今后底泥产生水解酸化提供了营养物质。（3）该河道水体溶解性有机物来源受到陆源和内源的共同影响,污染物主要来源为陆源输入,主要释放方式为内源释放。荧光指数分析结果表明,该河道上覆水FI指数范围在1.38～1.86,平均值为1.49;HIX指数范围在2.02～6.68,平均值为3.79;BIX指数范围在0.73～0.94,平均值为0.80。（4）利用凝胶层析技术,分析了这条河流中的溶解性有机质的分子量分布,结果表明,该河道水体的有机物主要分子量<1000Da的小分子有机物,河道各断面水质都在275～750Da之间存在一个主峰,并在750～1000Da之间存在一个次峰,说明河道溶解性有机物主要以中小分子量有机物为主,几乎不含有大分子有机物,有机物分布规律一致,河道中下游断面与河道上游及农业面源一致。（5）对该河道水体采用气相色谱-质谱联用仪GC-MS进行测定,在各断面均检测出二甲酸二丁酯（增塑剂）、二氯苯（农药）、四氯乙烯等多种工业污染源,但均低于检测限,检测结果说明,全河道与源头水质一致性较高,且未受到明显的工业点源污染。（6）通过三位荧光差谱分析和主成分分析,对该河道污染贡献率进行了计算,在降雨期间河道底泥污染贡献率最高,达到24.74%;降雨前后,农业面源污染贡献率最高,达到28.18%。上述结果表明,从短期来看,河道整体污染情况在降雨的影响下,由底泥水解酸化物质释放为主导,降雨期间的水温、底泥与上覆水浓度差增加、流量和水位上升均促进了长期沉积在底泥中的污染物释放,同时,降雨改变了河道的水力条件,河道底部形成异重流对底泥的扰动作用,加剧了污染物的释放速率;从长期来看,农业面源的汇入是导致该河道高锰酸盐指数COD上升的最大影响因素,河道底泥的最主要来源是强降雨携带大量农业面源汇入该河道水体,并累积在河道底部所致。农业面源汇入的污染物在河道底泥长期且不间断的积累后,一旦遇到连续降雨带来的适宜条件,就会向河道上覆水大量释放,河道污染物浓度上升,导致COD上升。综上所述,该河道COD季节性骤升的主要成因是:长期汇入河道并沉积在底泥中污染物,受到春夏季节连续降雨的影响,在内外源的协同作用下大量释放所导致。

关键词：内外源污染降雨对河道影响时空分布规律溶解性有机质污染贡献率计算

LSTFormer:基于Swin Transformer的轻量化语义分割网络

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计算机工程与应用 2023年第12期59卷 166-175页

作者：杨承高建瓴郑美琳丁容贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025

针对现有基于Transformer的语义分割网络普遍存在计算复杂度高的问题,提出了一种基于Swin Transformer的轻量化语义分割网络。该网络通过Swin Transformer获取多个尺度的特征图;采用全感知模块和改进的级联融合模块跨层融合不同尺度的... 详细信息

针对现有基于Transformer的语义分割网络普遍存在计算复杂度高的问题,提出了一种基于Swin Transformer的轻量化语义分割网络。该网络通过Swin Transformer获取多个尺度的特征图;采用全感知模块和改进的级联融合模块跨层融合不同尺度的特征图,减小不同层级特征图的语义差距;引入单个Swin Transformer block对初分割特征映射进行优化,通过移动窗口自注意力机制提升网络对不同像素点进行分类的能力;训练阶段加入Dice损失函数和交叉熵损失函数,提高网络的分割性能和收敛速度。实验结果表明,LSTFormer在数据集ADE20K和Cityscapes上mIoU分别达到49.47%和81.47%,相较于SETR和Swin-UPerNet等同类网络,LSTFormer在保持相当分割精度的同时具有更低的参数量和计算量。

关键词：轻量化语义分割 Swin Transformer 跨层融合自注意力机制损失函数

融合多注意力机制与PointRCNN的三维点云目标检测

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电子测量技术 2022年第9期45卷 127-132页

作者：郑美琳高建瓴贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025

针对三维不规则的点云格式和密度不均匀的问题,提出了一种融合多注意力机制与PointRCNN网络用于三维点云目标检测。本实验主要对PointRCNN两阶段网络分别进行改进,首先,把通道注意力与空间注意力机制串行通过调节输入到第一阶段各网络... 详细信息

针对三维不规则的点云格式和密度不均匀的问题,提出了一种融合多注意力机制与PointRCNN网络用于三维点云目标检测。本实验主要对PointRCNN两阶段网络分别进行改进,首先,把通道注意力与空间注意力机制串行通过调节输入到第一阶段各网络层的分布,批量归一化进一步快速识别三维特征;其次,引入交叉位置注意力机制到第二阶段网络为了避免交叉路径出现位置偏差,从而进一步精细化三维目标位置以进行特征提取。在KITTI数据集上实验结果表明:相比于PointRCNN检测网络,改进的网络在小汽车和行人测试上平均均值精度(mAP)分别提高了1.2%、1.9%。因此改进的方法在解决了点云格式不规则和密度不均匀问题的同时还保证了检测精度。

关键词： PointRCNN 三维点云目标检测注意力机制交叉位置

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混合差分进化与二次插值改进哈里斯鹰算法

小型微型计算机系统 2023年第7期44卷 1352-1359页

作者：高建瓴喻明毫贵州大学大数据与信息工程学院贵阳550025

针对基本哈里斯鹰优化算法(Harris Hawks Optimization,HHO)存在易陷入局部最优值、收敛精度低和收敛速度慢的问题,提出混合差分进化以及二次插值法改进的哈里斯鹰算法.首先,在初始化种群阶段使用Sobol产生均匀随机数,增强种群遍历性及... 详细信息

针对基本哈里斯鹰优化算法(Harris Hawks Optimization,HHO)存在易陷入局部最优值、收敛精度低和收敛速度慢的问题,提出混合差分进化以及二次插值法改进的哈里斯鹰算法.首先,在初始化种群阶段使用Sobol产生均匀随机数,增强种群遍历性及多样性;其次,在探索阶段融合差分进化算法加速HHO算法的寻优过程以及精度,同时提高全局搜索能力;最后,开发阶段使用二次插值法改进包围策略,提高算法局部搜索能力.同时改进算法中还加入了简单的精英制度,通过子代与父代适应度比较选出较优的一代作为下一种群.通过对测试函数集优化求解验证,表明改进算法具有较好的寻优能力及收敛速度,同时能有效避免陷入局部最优解.

关键词：哈里斯鹰算法 Sobol序列差分进化二次插值法

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轻量级水下目标检测器LUDet

计算机工程与科学 2022年第9期44卷 1638-1645页

作者：喻明毫高建瓴贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025

针对传统水下目标检测器受环境影响较大的问题,使用一种新的轻量级网络LUNet提取特征,结合两阶段检测算法提出轻量级检测器LUDet。首先,网络的第1个阶段使用高效卷积池化来获取不同特征表达。然后,在稠密连接结构的基础上增加两路稠密连... 详细信息

针对传统水下目标检测器受环境影响较大的问题,使用一种新的轻量级网络LUNet提取特征,结合两阶段检测算法提出轻量级检测器LUDet。首先,网络的第1个阶段使用高效卷积池化来获取不同特征表达。然后,在稠密连接结构的基础上增加两路稠密连接,以提高网络表征能力。网络由卷积池化层与两路稠密连接结构构成,网络中使用GhostModel代替1×1点卷积。使用CAFIR10和CAFIR100数据集进行分类实验验证了提出的骨干网的有效性。针对检测任务,LUDet通过通道注意力、多阶段融合后的特征图对目标进行检测。使用2个水下数据集对改进的检测器进行验证,水下生物数据集上检测的mAP达到了52.5%,水下垃圾数据集上检测的mAP达到了58.7%。

关键词：水下目标检测轻量级网络点卷积两路稠密连接通道注意力

脑出血预后危险因素及事件相关电位在意识监测中的应用

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中国神经精神疾病杂志 2024年第4期50卷 209-214页

作者：何蒙蒙褚晨高建瓴苏州大学附属第四医院重症医学科苏州215000 苏州大学附属第一医院重症医学科

目的探讨脑出血术后患者6个月不良预后的危险因素,并研究事件相关电位(event-related potential,ERP)对预后的诊断效能。方法前瞻性纳入40例脑出血术后患者作为研究对象,收集患者年龄、性别、术前出血量、入院时格拉斯哥昏迷评分(Glasgo... 详细信息

目的探讨脑出血术后患者6个月不良预后的危险因素,并研究事件相关电位(event-related potential,ERP)对预后的诊断效能。方法前瞻性纳入40例脑出血术后患者作为研究对象,收集患者年龄、性别、术前出血量、入院时格拉斯哥昏迷评分(Glasgow coma scale,GCS)等资料。所有研究对象应用ERP进行术后第1、3、7、14天失匹配负波(mismatch negativity,MMN)的测量,并同步进行改良昏迷恢复量表(coma recovery scale-revised,CRS-R)的评估。6个月后电话随访患者格拉斯哥预后评分(Glasgow outcome scale,GOS),1~2分定义为预后差,3~5分定义为预后良好。采用多因素Logistic回归分析影响患者结局预后的危险因素,探究MMN波幅变化值与CRS-R变化值的相关性,并采用ROC曲线评估MMN对患者预后的预测价值。结果预后良好患者术前出血量、入院GCS评分、术后第3、7、14天的MMN波幅与预后差的患者比较差异有统计学意义;多因素Logistic回归分析显示,术后第14天的MMN波幅是预后差的独立危险因素(OR=0.100,95%CI:0.000~0.355,P<0.05)。MMN波幅与CRS-R呈强相关,相关系数为0.643(P<0.01)。术后第14天的MMN波幅对6个月的临床预后具有较高的诊断效能。结论术后第14天的MMN波幅越低提示患者预后越差,ERP对患者意识障碍的监测有望成为预测脑出血术后患者预后的有效工具。

关键词：脑出血术后失匹配负波危险因素意识 ROC曲线