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Reinforcement Learning Navigation for Robots Based on Hippocampus Episode Cognition

Journal of Bionic Engineering 2024年第1期21卷 288-302页

作者： Jinsheng Yuan Wei Guo Zhiyuan Hou Fusheng Zha Mantian Li Pengfei wang lining Sun State Key Laboratory of Robotics and System Harbin Institute of Technology(HIT)Harbin 150001China Shenzhen Academy of Aerospace Technology Shenzhen 518057China School of Mechanical and Electrical Engineering Lanzhou University of TechnologyLanzhou 730050China

Artificial intelligence is currently achieving impressive success in all fields.However,autonomous navigation remains a major challenge for AI.Reinforcement learning is used for target navigation to simulate the interaction between the brain and the environment at the behavioral level,but the Artificial Neural Network trained by reinforcement learning cannot match the autonomous mobility of humans and animals.The hippocampus–striatum circuits are considered as key circuits for target navigation planning and decision-making.This paper aims to construct a bionic navigation model of reinforcement learning corresponding to the nervous system to improve the autonomous navigation performance of the robot.The ventral striatum is considered to be the behavioral evaluation region,and the hippocampal–striatum circuit constitutes the position–reward association.In this paper,a set of episode cognition and reinforcement learning system simulating the mechanism of hippocampus and ventral striatum is constructed,which is used to provide target guidance for the robot to perform autonomous tasks.Compared with traditional methods,this system reflects the high efficiency of learning and better Environmental Adaptability.Our research is an exploration of the intersection and fusion of artificial intelligence and neuroscience,which is conducive to the development of artificial intelligence and the understanding of the nervous system.

关键词： Episode cognition Reinforcement learning Hippocampus Robot navigation

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A strong physical unclonable function with machine learning immunity for Internet of Things application

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Science China(Information Sciences) 2024年第1期67卷 271-283页

作者： Pengpeng REN Yongkang XUE Linglin JING lining ZHANG Runsheng wang Zhigang JI National Key Laboratory of Science and Technology on Micro/Nano Fabrication Shanghai Jiao Tong University Department of Micro/Nano Electronics Shanghai Jiao Tong University School of Electronic and Computer Engineering Peking University School of Integrated Circuits Peking University

The physical unclonable functions(PUFs) are novel cryptographic primitives in modern hardware security systems.Compared with traditional alternatives based on digital keys and non-volatile memory(NVM),the PUF system shows great unclonability,high efficiency,and physical attack resilience.However,the conventional PUF design suffers from weak machine learning immunity,high storage overhead,and unreliability,making it difficult to implement in the Internet of Things(Io T) and edge computing applications.This paper presents a new PUF design that could solve the proposed obstacles.By utilizing the emission probability of traps commonly found in nano-scaled transistors,a model-based PUF system with strong machine learning resistance could be achieved.This PUF design,called Prob-PUF,needs fewer challengeresponse pairs(CRPs) space and reveals superior resistance to modeling attacks due to the mixture of stable/random bits in its output response.Moreover,the Prob-PUF system could reach a high level of uniqueness and robustness,making it a potential candidate for future cryptographically secured protocols within the IoT.

关键词： physical unclonable function (PUF) electron traps authentication encryption cryptography security

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Chronological constraints on multi-staged rapid cooling of the Tianshan Mountains inferred from apatite fission track analysis of modern river sands

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Science China Earth Sciences 2015年第8期58卷 1305-1319,1-5页

作者： wang lining JI JianQing SUN DongXia XU QinQin HAN BaoFu Research Institute of Petroleum Exploration and Development Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution School of Earth and Space Sciences Peking University

The extreme modern elevation of the Tianshan Mountains reflects the Cenozoic deformation.Apatite Fission Track(AFT)chronometry is widely used to study the latest cooling stages caused by tectonic process or by exhumation in the uppermost crust.However,uncertainties remain over timing constraints on thermal history of the Tianshan Mountains since the Cenozoic though a great mount of dating work had been done in this area.To address this issue,modern river sands from the drainage basin on the piedmont of the Tianshan Mountains were sampled to integrate regional information.Single grains were dated with the AFT method,and then different grain-age components were identified to provide thermochronological constraints of their sources.Combined with discussion of previous dataset,our results show the multi-staged rapid cooling cluster at 46–32,25–24,19–13,8–6,and^3 Ma,respectively.We interpreted these cooling events as a result of interplays between the Cenozoic tectonic uplift of the mountains and regional climate change.

关键词：磷灰石裂变径迹天山山脉时间顺序快速降温轨迹分析多段河流区域气候变化

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基于多目标进化算法的防空导弹武器目标分配

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系统仿真学报 2024年第6期36卷 1298-1308页

作者：孙昕邢立宁王锐王凌石建迈罗天羽国防科技大学系统工程学院湖南长沙410073 西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710126 清华大学自动化系北京100084

有效的武器目标分配(weapon-target assignment,WTA)方法对减少作战损失,提高防御效果具有重要意义。针对防空资源分配问题建立合理的数学模型,以最大化目标毁伤效能和最小化雷达资源消耗为优化目标,同时考虑雷达通道数上限等多个约束,... 详细信息

有效的武器目标分配(weapon-target assignment,WTA)方法对减少作战损失,提高防御效果具有重要意义。针对防空资源分配问题建立合理的数学模型,以最大化目标毁伤效能和最小化雷达资源消耗为优化目标,同时考虑雷达通道数上限等多个约束,在基于分解的多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition,MOEA/D)基础上进行改进,种群进化过程中自适应调整交叉与变异的概率以提高个体的质量,最终得到一组可供决策者使用的最优解集。实验结果表明:与其他多目标进化算法相比,该算法能得到适应度更高且分布性良好的结果,能够为防空导弹武器目标分配问题提供可行方案。

关键词：武器目标分配多目标进化算法自适应参数防空导弹

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基于贝叶斯优化卷积神经网络的路面光伏阵列最大功率点电压预测方法

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 620-630,I0015页

作者：毛明轩冯心营陈思宇王立宁输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学电气工程学院) 重庆市沙坪坝区400044 帝国理工学院电气与电子工程系英国伦敦SW72AZ

路面光伏阵列上快速行驶的车辆,所形成的车辆阴影具有复杂的动态随机分布特性,将导致路面光伏阵列的输出功率-电压(P-V)特性曲线呈现动态多峰特性,给路面光伏阵列最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)控制带来挑战。基于此,... 详细信息

路面光伏阵列上快速行驶的车辆,所形成的车辆阴影具有复杂的动态随机分布特性,将导致路面光伏阵列的输出功率-电压(P-V)特性曲线呈现动态多峰特性,给路面光伏阵列最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)控制带来挑战。基于此,文中提出一种基于贝叶斯优化(Bayesianoptimization,BO)卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的路面光伏阵列最大功率点电压预测方法。首先,将路面光伏阵列的光照和温度的环境信息以图像形式输入基于贝叶斯优化CNN的最大功率点电压预测模型进行学习;然后,利用训练出的预测模型,对当前时刻下路面光伏阵列最大功率点工作电压进行预测;最后,仿真和试验结果表明,提出的预测模型具有良好的适应性,能够精准预测不同车辆阴影工况下的路面光伏阵列最大功率点工作电压,尤其是大幅度提高最大功率点工作电压的预测速度,为动态随机车辆阴影下路面光伏阵列的最大功率点跟踪控制奠定基础。

关键词：动态随机车辆阴影路面光伏阵列贝叶斯优化卷积神经网络图像信息最大功率点电压预测

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基于改进差分进化算法的动态防空资源分配优化

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系统仿真学报 2024年第6期36卷 1285-1297页

作者：罗天羽邢立宁王锐王凌石建迈孙昕国防科技大学系统工程学院湖南长沙410073 西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 清华大学自动化系北京100084

面对动态防空资源分配问题中存在的空袭目标突现和雷达、发射车等资源受干扰现象,在综合考虑雷达、发射车和导弹等武器装备性能的基础上,基于目标集、资源集建立了最小化目标总拦截价值与生存概率的混合整数决策模型。提出了一种新的改... 详细信息

面对动态防空资源分配问题中存在的空袭目标突现和雷达、发射车等资源受干扰现象,在综合考虑雷达、发射车和导弹等武器装备性能的基础上,基于目标集、资源集建立了最小化目标总拦截价值与生存概率的混合整数决策模型。提出了一种新的改进差分进化算法进行求解,采用反向学习策略生成初始解,确保初始种群的质量,设计了一种快速修复与重构的启发式规则作用于多阶段,以提升算法的搜索能力。仿真实验验证了该算法具有求解时间和求解精度上的优越性。该研究能使武器系统在动态事件的随机影响下,保持高效的作战能力和决策效果。

关键词：防空作战动态防空资源分配反向学习改进差分进化算法

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Interface failure of segmental tunnel lining strengthened with steel plates based on fracture mechanics

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Frontiers of Structural and Civil Engineering 2024年第1期18卷 137-149页

作者： Yazhen SUN Yang YU Jinchang wang Longyan wang School of Transportation and Geomatics Engineering Shenyang Jianzhu UniversityShenyang 110168China School of Civil Engineering Shenyang Jianzhu UniversityShenyang 110168China Institute of Transportation Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China Center for Balance Architecture Zhejiang UniversityHangzhou310058China

Segmental tunnel lining strengthened with steel plates is widely used worldwide to provide a permanent strengthening method.Most existing studies assume an ideal steel-concrete interface,ignoring discontinuous deformation characteristics,making it difficult to accurately analyze the strengthened structure’s failure mechanism.In this study,interfacial fracture mechanics of composite material was applied to the segmental tunnel lining strengthened with steel plates,and a numerical three-dimensional solid nonlinear model of the lining structure was established,combining the extended finite element method with a cohesive-zone model to account for the discontinuous deformation characteristics of the interface.The results accurately describe the crack propagation process,and are verified by full-scale testing.Next,dynamic simulations based on the calibrated model were conducted to analyze the sliding failure and cracking of the steel-concrete interface.Lastly,detailed location of the interface bonding failure are further verified by model test.The results show that,the cracking failure and bond failure of the interface are the decisive factors determining the instability and failure of the strengthened structure.The proposed numerical analysis is a major step forward in revealing the interface failure mechanism of strengthened composite material structures.

关键词： segmental tunnel lining steel plate strengthening connecting interface cohesive-zone model extended finite element method

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Geological structures and potential petroleum exploration areas in the southwestern Sichuan fold-thrust belt, SW China

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Petroleum Exploration and Development 2020年第4期47卷 699-713页

作者： CHEN Zhuxin wang lining YANG Guang ZHANG Benjian YING Danlin YUAN Baoguo PEI Senqi LI Wei Research Institute of Petroleum Exploration&Development PetroChinaBeijing 100083China Key Laboratory of Basin Structure&Hydrocarbon Accumulation CNPCBeijing 100083China Research Institute of Petroleum Exploration&Development PetroChina Southwest Oil&Gas Field CompanyChengdu 610041China Northwest of Sichuan Gas Production District PetroChina Southwest Oil&Gas Field CompanyJiangyou 621700China

Based on the latest geological,seismic,drilling and outcrop data,we studied the geological structure,tectonic evolution history and deformation process of the southwestern Sichuan fold-thrust belt to find out the potential hydrocarbon exploration areas in deep layers.During key tectonic periods,the southwestern Sichuan fold-thrust belt developed some characteristic strata and structural deformation features,including the Pre-Sinian multi-row N-S strike rifts,step-shaped platform-margin structures of Sinian Dengying Formation,the western paleo-uplift in the early stage of Late Paleozoic,the Late Paleozoic–Middle Triassic carbonate platform,foreland slope and forebulge during Late Triassic to Cretaceous,and Cenozoic multi-strike rejuvenated fold-thrusting structures.The fold-thrust belt vertically shows a double-layer structural deformation controlled by the salt layer in the Middle Triassic Leikoupo Formation and the base detachment layer at present.The upper deformation layer develops the NE-SW strike thrusts propagating toward basin in long distance,while the deeper deformation layer had near north-south strike basement-involved folds,which deformed the detachment and thrusting structures formed earlier in the upper layer,with the deformation strength high in south part and weak in north part.The southern part of the fold-thrust belt is characterized by basement-involved fold-thrusts formed late,while the central-northern part is dominated by thin-skin thrusts in the shallow layer.The Wuzhongshan anticlinal belt near piedmont is characterized by over-thrust structure above the salt detachment,where the upper over-thrusting nappe consists of a complicated fold core and front limb of a fault-bend fold,while the deep layer has stable subtle in-situ structures.Favorable exploration strata and areas have been identified both in the upper and deeper deformation layers separated by regional salt detachment,wherein multiple anticlinal structures are targets for exploration.Other potential exploration strata and areas in

关键词： eastern Tibet Plateau Sichuan Basin deep geological structure fold-thrust belt structural deformation petroleum exploration

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医学细胞生物学虚拟仿真实验教学的效果评价研究

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中国病原生物学杂志 2024年第1期19卷 120-123页

作者：苏立宁王艳兵魏会平河北北方学院河北张家口075000

目的利用虚拟仿真系统开展医学细胞生物学实验教学,探讨虚拟仿真教学平台的应用效果。方法选取本校临床专业2022级118名本科生作为研究对象,随机分为两组,传统教学方式组(未使用虚拟仿真软件辅助教学),虚拟仿真教学组(在传统教学方式上... 详细信息

目的利用虚拟仿真系统开展医学细胞生物学实验教学,探讨虚拟仿真教学平台的应用效果。方法选取本校临床专业2022级118名本科生作为研究对象,随机分为两组,传统教学方式组(未使用虚拟仿真软件辅助教学),虚拟仿真教学组(在传统教学方式上增加虚拟仿真实验环节)。连续观察一个章节学习效果,分析使用虚拟仿真软件辅助教学前后学生成绩、和教学评价的差异。结果虚拟仿真教学组学生理论测试成绩(91.24±1.26)高于传统教学组成绩(85.17±3.65)分,差异有统计学意义(P<0.01)。在课堂参与度评分方面,实验组课堂讨论参与度、合作与协作能力,以及提问能力评分均高于对照组,两组比较差异有统计学意义(分别为t=-4.06,-4.91,-6.86,均P<0.01)。在对两组学生不同能力的评价方面,实验组学生在学习能力、理论知识掌握能力、团队协作能力、自主学习能力和自我展示能力均高于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.01)。实验组对教学的总体满意度也高于对照组,差异有统计学意义(Z=-2.74,P=0.004)。结论虚拟仿真实验教学平台的应用,可以有效地提升教学效果。该平台强化了学生对理论知识的掌握,提高了操作技能。

关键词：医学细胞生物学虚拟仿真教学虚拟仿真平台实验教学

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三维CT血管成像辅助设计下腹部皮瓣修复四肢大范围软组织缺损术后患者腹部功能恢复及满意度研究

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中华整形外科杂志 2024年第6期40卷 612-620页

作者：赵立宁王建伟肖勇王正宇山东省立第三医院创伤与手足外科济南250031 山东省立第三医院关节与运动医学外科济南250031

目的探讨三维CT血管成像(3D-CTA)辅助设计的下腹部皮瓣修复四肢大范围软组织缺损术后患者腹部功能恢复及满意度。方法回顾性分析2017年3月至2022年2月山东省立第三医院收治的四肢大范围皮肤软组织缺损患者的临床资料。患者被分为腹壁浅... 详细信息

目的探讨三维CT血管成像(3D-CTA)辅助设计的下腹部皮瓣修复四肢大范围软组织缺损术后患者腹部功能恢复及满意度。方法回顾性分析2017年3月至2022年2月山东省立第三医院收治的四肢大范围皮肤软组织缺损患者的临床资料。患者被分为腹壁浅动脉(SIEA)组和腹壁下动脉穿支(DIEP)组,分别采用SIEA皮瓣、DIEP皮瓣进行组织缺损修复。根据3D-CTA检查明确双侧SIEA、腹壁浅静脉(SIEV)、DIEP的分布范围、血管管径,设计并切取SIEA皮瓣、DIEP皮瓣。比较术前3D-CTA检查显示的SIEA、SIEV走行分布情况与术中实际解剖情况是否一致,比较术前3D-CTA检查和术中实际测量的SIEA、SIEV的管径、血管蒂长度是否一致。观察术后皮瓣成活情况、伤口愈合情况,调查患者对创面修复情况是否满意。采用自制评估量表于术后1年评价腹部外形,总分5~25分,分数越高表示效果越佳;分别于术前、术后3个月、术后1年采用BREAST-Q量表中的腹部健康模块进行患者腹部功能满意程度评价,总分20~100分,分数越高表示满意度越高。符合正态分布的计量资料数据以±s表示,2组间比较采用独立样本t检验;腹部功能满意度评分比较时,2组间多个时间点总体比较行重复测量方差分析,组内术后3个月、1年和术前的评分比较行配对t检验。结果共纳入21例患者,男3例,女18例,年龄21~60岁,平均41岁。皮肤软组织缺损范围10.0 cm×5.0 cm~22.0 cm×14.0 cm,皮瓣切取范围11.0 cm×6.0 cm~23.0 cm×15.0 cm。SIEA组11例,DIEP组10例。术前3D-CTA检查显示的SIEA、SIEV走行分布情况与术中实际解剖观察相符;术前3D-CTA检查测量的SIEA、SIEV的管径、血管蒂长度和术中实际测量值比较,差异无统计学意义(P均>0.05)。术后所有皮瓣均无坏死出现,伤口愈合良好,患者对创面修复情况均表示满意。术后1年,SIEA组和DIEP组的腹部外形评分比较,差异无统计学意义[(21.96±3.51)分vs.(21.62±3.17)分,P>0.05]。SIEA组和DIEP组术前腹部功能满意度评分比较,差异无统计学意义[(87.56±5.70)分vs.(85.79±6.33)分,P>0.05];术后3个月和1年时,SIEA组得分均高于DIEP组[术后3个月,(77.62±7.68)分vs.(65.21±8.27)分;术后1年,(86.93±5.65)分vs.(77.59±5.92)分;P均0.05),而DIEP组得分仍低于术前(P<0.01)。结论以SIEA皮瓣修复四肢大范围皮肤软组织缺损,不伤及腹壁深层组织,腹部功能及外形可基本恢复至术前水平,对供区影响小;术前3D-CTA辅助皮瓣设计能够弥补SIEA皮瓣供血血管在个体间解剖变异大的不足,达到和其他下腹部皮瓣一样的创面修复效果。

关键词：修复外科手术三维CT血管成像腹部皮瓣四肢腹部功能

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