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深度神经网络模型任务切分及并行优化方法

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2739-2752页

作者：巨涛刘帅王志强李林娟兰州交通大学电子与信息工程学院兰州730070

为解决传统手工切分神经网络模型计算任务并行化方法面临的并行化难度大、训练耗时长、设备利用率低等问题,提出了一种基于深度神经网络(DNN)模型特性感知的任务切分及并行优化方法。结合硬件计算环境,对模型计算特性进行动态分析,获取... 详细信息

为解决传统手工切分神经网络模型计算任务并行化方法面临的并行化难度大、训练耗时长、设备利用率低等问题,提出了一种基于深度神经网络(DNN)模型特性感知的任务切分及并行优化方法。结合硬件计算环境,对模型计算特性进行动态分析,获取模型内部相关性和各类参数属性,构建原始计算任务有向无环图(DAG);利用增强反链,构建DAG节点间可分区聚类的拓扑关系,将原始DAG转换为易于切分的反链DAG;通过拓扑排序生成反链DAG状态序列,并使用动态规划将状态序列切分为不同执行阶段,分析最佳分割点进行模型切分,实现模型分区与各GPU间动态匹配;对批量进行微处理,通过引入流水线并行实现多迭代密集训练,提高GPU利用率,减少训练耗时。实验结果表明:与已有模型切分方法相比,在CIFAR-10数据集上,所提模型切分及并行优化方法可实现各GPU间训练任务负载均衡,在保证模型训练精度的同时,4 GPU加速比达到3.4,8 GPU加速比为3.76。

关键词：深度神经网络模型并行模型切分流水线并行反链并行优化

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一种用于汽车零部件分拣与传送并联机构的设计及动力学分析

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机械传动 2024年第2期48卷 61-69页

作者：鞠涛沈惠平李涛常州大学现代机构学研究中心江苏常州213164

为实现对汽车零部件的智能分拣与传送,提出了一种全铰链新型一平移一转动(1T1R)并联机构,其结构简单且部分运动解耦。首先,基于方位特征方程的拓扑设计理论和方法,设计、分析了一种2自由度1T1R并联机构;其次,基于拓扑特征运动学方法,求... 详细信息

为实现对汽车零部件的智能分拣与传送,提出了一种全铰链新型一平移一转动(1T1R)并联机构,其结构简单且部分运动解耦。首先,基于方位特征方程的拓扑设计理论和方法,设计、分析了一种2自由度1T1R并联机构;其次,基于拓扑特征运动学方法,求解出机构的符号式位置正解,并对该机构的工作空间、奇异性进行了计算;最后,运用基于虚功原理的序单开链法,求得其驱动力矩和子运动链(Sub Kinematic Chain,SKC)连接处的支反力。研究为汽车零部件并联机构设计研究奠定了基础。

关键词：并联机构运动解耦运动学分析动力学分析智能分拣

深度神经网络动态分层梯度稀疏化及梯度合并优化方法

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西安交通大学学报 2024年第9期58卷 105-116页

作者：巨涛康贺廷刘帅火久元兰州交通大学电子与信息工程学院兰州730070

针对数据并行方法加速大规模深度神经网络时易出现的通信开销大、训练耗时长、资源利用率不高的问题,提出了一种深度神经网络动态分层梯度稀疏化及梯度合并优化方法。首先,将梯度稀疏化压缩与流水线并行技术相结合,提出动态分层梯度稀... 详细信息

针对数据并行方法加速大规模深度神经网络时易出现的通信开销大、训练耗时长、资源利用率不高的问题,提出了一种深度神经网络动态分层梯度稀疏化及梯度合并优化方法。首先,将梯度稀疏化压缩与流水线并行技术相结合,提出动态分层梯度稀疏优化方法,为每层神经网络匹配一个合适的阈值,通过在后续迭代时动态调整该阈值,实现对每层网络传输梯度的自适应压缩。然后,提出了层梯度合并方法,利用动态规划算法对层梯度合并时的通信开销、稀疏化及层梯度计算时间进行权衡优化,求解出最佳的层梯度合并组合,并将多层小尺度梯度张量合并为一层通信,以降低分层梯度决策时引入的过高通信延迟开销。最后,将求解出的最佳层梯度合并组合应用于具体的训练迭代过程。实验结果表明:与已有方法相比,所提方法可在保证模型训练精度的同时大大降低通信开销,提升模型的训练速度;与未压缩方法相比,训练速度最大可提升1.99倍。

关键词：深度神经网络分布式训练同步数据并行梯度压缩层梯度合并

D3DQN-CAA:一种基于DRL的自适应边缘计算任务调度方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第6期51卷 73-85页

作者：巨涛王志强刘帅火久元李启南兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

为解决已有基于深度强化学习的边缘计算任务调度面临的动作空间探索度固定不变、样本效率低、内存需求量大、稳定性差等问题,更好地在计算资源相对有限的边缘计算系统中进行有效的任务调度,在改进深度强化学习模型D3DQN(Dueling Double ... 详细信息

为解决已有基于深度强化学习的边缘计算任务调度面临的动作空间探索度固定不变、样本效率低、内存需求量大、稳定性差等问题,更好地在计算资源相对有限的边缘计算系统中进行有效的任务调度,在改进深度强化学习模型D3DQN(Dueling Double DQN)的基础上,提出了自适应边缘计算任务调度方法 D3DQN-CAA.在任务卸载决策时,将任务与处理器的对应关系看作一个多维背包问题,根据当前调度任务与计算节点的状态信息,为任务选择与其匹配度最高的计算节点进行任务处理;为提高评估网络的参数更新效率,降低过估计的影响,提出一种综合性Q值计算方法;为进一步加快神经网络的收敛速度,提出了一种自适应动作空间动态探索度调整策略;为减少系统所需的存储资源,提高样本效率,提出一种自适应轻量优先级回放机制.实验结果表明,和多种基准算法相比,D3DQN-CAA方法能够有效地降低深度强化学习网络的训练步数,能充分利用边缘计算资源提升任务处理的实时性,降低系统能耗.

关键词：边缘计算任务调度深度Q学习深度强化学习

基于多源多时相影像的鄱阳湖水体提取及时空变化分析

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长江科学院院报 2024年第8期41卷 164-171,206页

作者：乐颖刘聚涛文慧江西省水利科学院南昌330029 江西省鄱阳湖流域生态水利技术创新中心南昌330029

鄱阳湖水体面积受气候变化的影响呈现季节性变化,为了更好地探究其变化规律,提出了一种结合多时相雷达影像和光学数据的水体信息提取方法。以Sentinel-1A雷达影像和Sentinel-2光学影像为研究数据,首先对遥感影像集进行一系列数据预处理... 详细信息

鄱阳湖水体面积受气候变化的影响呈现季节性变化,为了更好地探究其变化规律,提出了一种结合多时相雷达影像和光学数据的水体信息提取方法。以Sentinel-1A雷达影像和Sentinel-2光学影像为研究数据,首先对遥感影像集进行一系列数据预处理,利用Sentinel-1双极化水体指数(SDWI)和改进的归一化差异水体指数(MNDWI)分别提取出雷达影像和光学数据中湖区边界,并根据湖区范围计算出水体面积,从精度、时序和变化检测3个方面评价水体提取结果的准确性,对比分析湖区面积变化趋势,为鄱阳湖管理与保护提供科学的灾害预警。结果表明:①利用雷达影像和光学遥感数据提取鄱阳湖的水体结果基本一致,在提取农田、细小水体及有云区域时,雷达影像提取效果优于光学影像提取效果,说明借助雷达影像提取完整水体信息更具优势。②鄱阳湖平水期、丰水期和枯水期水体面积的均值分别为3686.49、4077.73、2612.81 km^(2),其中丰水期水量是枯水期水量的1.56倍。③雷达影像时序水体提取结果与星子站、都昌站、湖口站和康山站共4个水文站水位数据变化趋势具有较高的一致性,Pearson相关系数分别为0.89、0.87、0.90、0.81。

关键词：鄱阳湖水体提取时空变化 MNDWI SDWI 变化检测

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Fabrication and anti-corrosion performance of superhydrophobic silane film on sintered NdFeB

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第9期34卷 2928-2942页

作者： Wen-tao ju Li JIANG Yan-xia LIANG Shu-ting XU Ke WANG Yu-meng YANG Ben-feng ZHU Guo-ying WEI Zhao ZHANG College of Materials and Chemistry China Jiliang UniversityHangzhou 310018China Department of Chemistry Zhejiang UniversityHangzhou 310027China

An eco-friendly superhydrophobic protective film(DTMS/TEOS silane film)was fabricated on sintered NdFeB substrate through the utilization of electrochemically assisted deposition *** structure,properties,and film-forming mechanism of dodecyltrime-thoxysilane(DTMS)/tetraethoxysilane(TEOS)silane films were comprehensively analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR),scanning electron microscopy(SEM),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy(EIS).Based on the test results,it can be determined that this film has a superhydrophobic property with a hydrophobicity angle of 152°.This special property can be attributed to the long alkyl chains in the DTMS molecule,the rough morphology,and the low surface energy of the DTMS/TEOS silane *** surface of sintered NdFeB is coated with a layered three-dimensional network silane film that forms through the condensation of silanol *** film provides excellent corrosion resistance to the sintered NdFeB substrate,reducing its corrosion current density to 2.02×10~(-6)A/cm~***,the impact of film on the magnetic characteristics of sintered NdFeB was assessed and found to be minimal.

关键词： NdFeB magnet silane film corrosion resistance superhydrophobicity electrochemically assisted deposition

多场景下基于AHP-EWM的人体健康状态评估模型研究

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计算机工程 2024年第7期50卷 372-380页

作者：火久元王虹阳巨涛胡军兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 甘肃亿网科技网络技术有限公司甘肃兰州730070

为解决人体健康评估方法个性化监测不足的问题以及在满足不同场景下健康状态精细化评估的需求,需要一种基于多场景的人体健康状态评估方法来实现长期自动化监测。提出一种基于层次分析法(AHP)和熵权法(EWM)组合的多场景人体健康状态评... 详细信息

为解决人体健康评估方法个性化监测不足的问题以及在满足不同场景下健康状态精细化评估的需求,需要一种基于多场景的人体健康状态评估方法来实现长期自动化监测。提出一种基于层次分析法(AHP)和熵权法(EWM)组合的多场景人体健康状态评估模型。首先采集人体在运动、休息、工作/学习和娱乐等4种不同场景下的健康监测指标数据,构建相应的评估指标体系。然后分别根据评估指标计算出AHP和EWM权重,再采用量子粒子群优化(QPSO)算法对AHP和EWM中的主客观权重进行分配,以确保评价指标占比的客观性。最后通过模糊综合评价法对人体健康状态进行评估和量化,并利用实际监测数据对方法的可靠性和稳定性进行验证。实验结果表明,在4种场景下所提方法的综合得分分别为63.78、59.83、58.71和59.21,表明在不同场景下该模型都具有较好的准确性和稳定性。根据评估结果,对测试者的身体状态评价结果进行分析,并给出一些健康建议。所提模型可全面了解人体在不同场景下的健康状况,并为人们提供科学的健康指导,从而为健康管理和疾病预防提供科学依据。

关键词：健康状态多重场景层次分析法熵权法量子粒子群优化算法模糊综合评价法

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鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其驱动因子研究

长江流域资源与环境 2024年第3期33卷 605-614页

作者：胡芳刘聚涛杨平温春云张兰婷张洁江西省水利科学院江西南昌330029 鄱阳湖流域生态水利技术创新中心江西南昌330029

富营养化引起的局部水体蓝藻水华问题给鄱阳湖水生态环境保护带来挑战。为弄清鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其影响因素,于2019~2020年对鄱阳湖蓝藻进行了现场监测,并通过冗余分析(RDA),探讨了影响蓝藻时空分布的主要驱动因子。结果表明:调... 详细信息

富营养化引起的局部水体蓝藻水华问题给鄱阳湖水生态环境保护带来挑战。为弄清鄱阳湖蓝藻时空分布特征及其影响因素,于2019~2020年对鄱阳湖蓝藻进行了现场监测,并通过冗余分析(RDA),探讨了影响蓝藻时空分布的主要驱动因子。结果表明:调查期间,共检出浮游植物7门128种,其中蓝藻15种,占总种类数量的11.72%,蓝藻种类数呈丰水期>平水期>枯水期,主湖区>入江水道>东湖区的分布规律。蓝藻细胞密度为0~2.19×10^(7)cells/L,各点位蓝藻占比为0%~83.98%,其中蓝藻细胞密度主湖区>东部湖区>入江水道,丰水期>平水期>枯水期,2020年>2019年。假鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)为东部湖区蓝藻优势种,微囊藻(Microcystis sp.)、假鱼腥藻为主湖区和入江水道蓝藻优势种。水温(T)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))、风速(VW)是主湖区蓝藻群落分布的主要影响因子,特殊的湖流和风场也是影响该湖区蓝藻分布格局的重要因素;透明度(SD)、SS和COD_(Mn)是入江水道蓝藻群落分布的主要影响因子;东部湖区蓝藻群落分布是各因子综合影响的结果。此外,磷已不是鄱阳湖蓝藻暴发的限制性营养元素,削减磷污染负荷也是鄱阳湖蓝藻水华防范的重要手段。

关键词：蓝藻时空分布特征驱动因子鄱阳湖

Feature-aligned segmentation using correlation clustering

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Computational Visual Media 2017年第2期3卷 147-160页

作者： Yixin Zhuang Hang Dou Nathan Carr tao ju National Digital Switching System Engineering & Technological Research Center Washington University in St. Louis Adobe

We present an algorithm for segmenting a mesh into patches whose boundaries are aligned with prominent ridge and valley lines of the shape. Our key insight is that this problem can be formulated as correlation clustering(CC), a graph partitioning problem originating from the data mining *** formulation lends two unique advantages to our method over existing segmentation methods. First,since CC is non-parametric, our method has few parameters to tune. Second, as CC is governed by edge weights in the graph, our method offers users direct and local control over the segmentation result. Our technical contributions include the construction of the weighted graph on which CC is defined, a strategy for rapidly computing CC on this graph, and an interactive tool for editing the segmentation. Our experiments show that our method produces qualitatively better segmentations than existing methods on a wide range of inputs.

关键词： mesh segmentation correlation clustering(CC) feature lines