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A comparison of statistical learning of naturalistic textures between DCNNs and the human visual hierarchy

Science China(Technological Sciences) 2024年第8期67卷 2310-2318页

作者： LU Xincheng YUAN ZiQi ZHANG YiChi AI HaiLin cheng siyuan GE YiRan FANG Fang CHEN NiHong Department of Psychological and Cognitive Sciences Tsinghua UniversityBeijing 100084China IDG/McGovern Institute for Brain Research Tsinghua UniversityBeijing 100084China Department of Computer Science and Technology Tsinghua UniversityBeijing 100084China School of Psychological and Cognitive Sciences and Beijing Key Laboratory of Behavior and Mental Health Peking UniversityBeijing 100871China Key Laboratory of Machine Perception(Ministry of Education) Peking UniversityBeijing 100871China Peking-Tsinghua Center for Life Sciences Peking UniversityBeijing 100871China IDG/McGovern Institute for Brain Research Peking UniversityBeijing 100871China State Key Laboratory of Brain and Cognitive Science Institute of PsychologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China

The visual system continuously adapts to the statistical properties of the environment. Existing evidence shows a close resemblance between deep convolutional neural networks(CNNs) and primate visual stream in neural selectivity to naturalistic textures above the primary visual processing stage. This study delves into the mechanisms of perceptual learning in CNNs,focusing on how they assimilate the high-order statistics of natural textures. Our results show that a CNN model achieves a similar performance improvement as humans, as manifested in the learning pattern across different types of high-order image statistics. While L2 was the first stage exhibiting texture selectivity, we found that stages beyond L2 were critically involved in learning. The significant contribution of L4 to learning was manifested both in the modulations of texture-selective responses and in the consequences of training with frozen connection weights. Our findings highlight learning-dependent plasticity in the mid-to-high-level areas of the visual hierarchy. This research introduces an AI-inspired approach for studying learning-induced cortical plasticity, utilizing DCNNs as an experimental framework to formulate testable predictions for empirical brain studies.

关键词： CNN perceptual learning naturalistic texture psychophysics

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Effects of the conversion of natural tropical rainforest to monoculture rubber plantations on soil hydrological processes

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JOURNAL OF PLANT ECOLOGY 2024年第2期17卷 122-133页

作者： Chen, Qiaoyan Fu, Ruiyu cheng, siyuan Qiao, Dong Hu, Zhongmin Zhang, Zijia Dai, Licong Hainan Univ Sch Ecol & Environm Hainan Baoting Trop Rainforest Ecosyst Observat & Haikou 570228 Peoples R China Hainan Univ Ctr Ecoenvironm Restorat Engn Hainan Prov Haikou 570228 Peoples R China Hainan Ecol Environm Monitoring Ctr Haikou Peoples R China

Rubber plantations have increased significantly under unprecedented economic growth in tropical areas, which leads to soil degradation and thereby alters soil hydrological processes. However, our understanding of how forest conversion affects soil hydrological processes remains unclear. Here, we collected soil samples from secondary forests (SF) and rubber plantations (RP) to determine the soil hydrological characteristics. We found the topsoil (0-20 cm) water retention in SF was higher than that of RP but displayed the contrast pattern in a deeper soil layer (20-60 cm). Meanwhile, the soil infiltration rates among the two vegetation types decreased significantly with infiltration time, with higher stable soil infiltration rates in SF than those in RP. Moreover, soil properties were also impacted by the forest conversion, such as the topsoil capillary porosity (CP) and total porosity (TP) in SF were higher than those of RP but contrasted in a deep soil layer. In comparison, the topsoil bulk density (BD) in SF was lower than that of RP, but contrasted in the deep soil layer and reached a significant level in the 0-10 and 40-50 cm (P < 0.05). Overall, the soil water retention was mainly determined by the CP, which could explain 31.56% of the total variance in soil water retention, followed by TP (26.57%) and soil BD (26.47%), whereas soil texture exerts a weak effect on soil water retention. Therefore, we can conclude that the conversion of tropical rainforest into rubber plantations may accelerate soil erosion owing to its lower topsoil water retention and soil infiltration rates.

关键词： soil water retention soil infiltration soil physicochemical properties rubber plantations secondary forest SATURATED HYDRAULIC CONDUCTIVITY BIODIVERSITY AGROFORESTRY LITTER

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DiriNet:An Estimation Network for Spectral Response Function and Point Spread Function

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Journal of Beijing Institute of Technology 2024年第4期33卷 287-297页

作者： Ting Hu siyuan cheng Chang Liu Beijing Key Laboratory of Computational Intelligence and Intelligent System Faculty of Information TechnologyBeijing University of TechnologyBeijing 100124China Space Star Technology Co. LtdBeijing 100086China Research Institute of Intelligent Wire-less Communication Network Technology Faculty of Information TechnologyBeijing University of TechnologyBeijing 100124China

Hyper-and multi-spectral image fusion is an important technology to produce hyper-spectral and hyper-resolution images,which always depends on the spectral response function andthe point spread ***,few works have been payed on the estimation of the two degra-dation *** learn the two functions from image pairs to be fused,we propose a Dirichletnetwork,where both functions are properly ***,the spatial response function isconstrained with positivity,while the Dirichlet distribution along with a total variation is imposedon the point spread *** the best of our knowledge,the neural network and the Dirichlet regularization are exclusively investigated,for the first time,to estimate the degradation *** image degradation and fusion experiments demonstrate the effectiveness and superiority of theproposed Dirichlet network.

关键词： Dirichlet network point spread function spectral response function hyper-spectralimage multi-spectral image

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气-液界面位置对微凹槽结构内两相流场和减阻特性的影响研究

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力学学报 2024年第9期56卷 2511-2521页

作者：申峰陈杰程思源逄燕刘赵淼北京工业大学数学统计学与力学学院北京100124

在超疏水表面增加微凹槽结构,有利于在表面张力作用下留存部分空气形成气-液界面,从而大大降低流动阻力,在流动减阻方面展示了巨大的应用潜力.然而,由于流体剪切、空气溶解等影响,微凹槽内的空气容易发生损耗,导致气-液界面位置向凹槽... 详细信息

在超疏水表面增加微凹槽结构,有利于在表面张力作用下留存部分空气形成气-液界面,从而大大降低流动阻力,在流动减阻方面展示了巨大的应用潜力.然而,由于流体剪切、空气溶解等影响,微凹槽内的空气容易发生损耗,导致气-液界面位置向凹槽底部移动,进而降低减阻效果.为了揭示微凹槽内空气损耗后气-液界面位置对流动减阻效果的影响,开展了显微高速摄影实验和计算流体动力学数值模拟,研究了微凹槽内不同气-液界面位置对两相流场特性的影响,并分析了等效滑移长度和减阻率的变化规律.结果表明,随着气-液界面位置的下移,气-液界面上方的流体从附着流转变为分离涡流,空气内部的涡流方向也从顺时针转变为逆时针.形成分离涡的临界空气损耗率为h_(c)^(*)=0.3~0.4,减阻率从12%降低到5%.界面下降后雷诺数Re、微通道宽度W和凹槽长度占比δ对微凹槽减阻性能也有重要影响,研究结果有助于深化对超疏水表面微凹槽两相流动减阻问题的认识,为微凹槽结构设计及应用提供重要的理论指导.

关键词：滑移长度气-液界面涡胞微凹槽流动减阻

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海南热带雨林不同林分凋落物储量及其持水特性

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热带地理 2024年第4期44卷 700-708页

作者：程思源陈俏艳乔栋戴黎聪海南大学生态与环境学院海口570228

以海南热带雨林地区3种典型林分——橡胶林、原始林和次生林为研究对象,通过测定其凋落物储量、持水量、持水率及凋落物吸水速率,探究热带雨林不同林分凋落物储量及持水特性。结果表明:1)原始林的凋落物储量(2.791 t/hm^(2))最大,显著... 详细信息

以海南热带雨林地区3种典型林分——橡胶林、原始林和次生林为研究对象,通过测定其凋落物储量、持水量、持水率及凋落物吸水速率,探究热带雨林不同林分凋落物储量及持水特性。结果表明:1)原始林的凋落物储量(2.791 t/hm^(2))最大,显著高于次生林(2.077 t/hm^(2))和橡胶林(1.660 t/hm^(2),P次生林(6.251 t/hm^(2))>橡胶林(4.896 t/hm^(2));3)对于吸水速率和失水速率而言,失水率表现为:橡胶林>次生林>原始林;最大失水量表现为原始林(5.225 t/hm^(2))>次生林(4.626 t/hm^(2))>橡胶林(4.079 t/hm^(2)),而最大失水率表现为:橡胶林(246.319%)>次生林(222.649%)>原始林(189.748%);4)因原始林凋落物储量最大,其最大拦蓄量和有效拦蓄量均表现为原始林>次生林>橡胶林;最大拦蓄率和有效拦蓄率均表现为原始林≈橡胶林>次生林。综上,不同林分凋落物储量和持水性存在显著差异,原始林凋落物相比于其他2种林分具有较高凋落物储量和凋落物持水量以及较低的失去率,表明热带原始林凋落物的累积对于调节森林水量和减弱地表径流的发生具有重要作用。

关键词：凋落物储量热带雨林持水量吸水速率有效拦蓄海南

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封闭式固态发酵体系及其在食醋酿造中的应用研究进展

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食品科学 2024年第10期45卷 310-319页

作者：程思远余永建唐瑞骏刘稼鑫叶晓婷江苏科技大学粮食学院江苏镇江212100

传统固态食醋的酿造是在开放式固态发酵体系中进行的,开放式固态发酵体系易受环境因素影响而导致风味品质不稳定,并且机械化程度低、劳动生产率低。相较于传统的开放式固态发酵体系,封闭式固态发酵体系不受外界环境因素干扰,实现了机械... 详细信息

传统固态食醋的酿造是在开放式固态发酵体系中进行的,开放式固态发酵体系易受环境因素影响而导致风味品质不稳定,并且机械化程度低、劳动生产率低。相较于传统的开放式固态发酵体系,封闭式固态发酵体系不受外界环境因素干扰,实现了机械化、自动化的食醋酿造,有利于稳定产品质量、提高劳动生产率,促进食醋行业的现代化发展。近年来,封闭式固态发酵体系在食醋酿造领域的应用日益广泛,为固态食醋的生产效率带来了明显的提升。本文对常见的封闭式固态发酵体系的结构与特性以及调控措施进行了介绍。同时,还总结了影响封闭式固态发酵体系发酵性能的因素,简要探讨了封闭式固态发酵体系在食醋酿造中的应用并对其自动化和智能化的发展趋势进行了展望,可为未来开发研制新型封闭式固态酿醋体系提供参考。

关键词：封闭式固态发酵体系发酵性能影响因素优化调控食醋酿造

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基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 88-96页

作者：余杨张鹏辉成司元张文豪余建星天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,... 详细信息

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,借助于AQWA软件二次开发功能,将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论,以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明,采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能,有效地减小系泊失效带来的危害;基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。

关键词：半潜式平台系泊失效无模型自适应控制动力定位系统运动性能

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基于Meta分析的土壤呼吸对降水改变的非对称响应

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生态学报 2024年第7期44卷 2886-2897页

作者：赵智慧陈俏艳程思源戴黎聪海南大学生态与环境学院海口570228

气候变暖已经引起全球降水格局改变。土壤呼吸作为陆地生态系统向大气释放CO_(2)最大的碳库,对降水变化的响应将进一步影响碳循环,从而对全球气候变化产生反馈。尽管以往已有大量关于土壤呼吸与降水变化关系的相关研究,但存在较大争议... 详细信息

气候变暖已经引起全球降水格局改变。土壤呼吸作为陆地生态系统向大气释放CO_(2)最大的碳库,对降水变化的响应将进一步影响碳循环,从而对全球气候变化产生反馈。尽管以往已有大量关于土壤呼吸与降水变化关系的相关研究,但存在较大争议。因此,亟待进一步深入探究土壤呼吸对降水改变的响应。基于此,研究Meta分析方法,整合了来自Web of Science英文数据库和中国知网文献数据库(CNKI)的284篇已发表的论文和367组数据,进而分析全球中低纬度地区土壤呼吸对降水改变的响应。研究结果表明,土壤呼吸对降水改变的响应呈现出非对称特征,降水量增加能够提高16.7%的土壤呼吸,而降水量减少则会抑制17.88%的土壤呼吸。研究还发现,不同生态系统和气候区域的土壤呼吸对降水改变的响应存在较大差别。其中,降水量增加能够提高草地生态系统22%的土壤呼吸,比森林生态系统土壤呼吸高出12%;而降水量减少则会削弱草地生态系统28%的土壤呼吸,这要比森林生态系统土壤呼吸还高16%。与湿润地区相比,降水量的增加对干旱地区土壤呼吸的促进作用更加明显。而降水量的减少对干旱地区和湿润地区土壤呼吸的影响均无显著差异。此外,本研究也证实了土壤呼吸对不同降水强度和年限的响应也存在差异。在不同降水强度上,无论增加降水还是减少降水,重度增减雨的土壤呼吸均改变最大,即:重度增减雨(>75%)>中度增减雨(25%—75%)>轻度增减雨(<25%);在不同降水年限上,长期增雨对土壤呼吸的促进作用尤为突出,但长期减雨对土壤呼吸影响无显著差异。研究结果可为未来气候情景下陆地生态系统土壤呼吸变化的准确预测以及模型模拟和改进提供重要的科学依据和理论基础。

关键词：土壤呼吸非对称效应整合分析降水改变随机效应模型

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S波接收函数揭示的华南陆块岩石圈结构及构造启示

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大地构造与成矿学 2024年第3期48卷 410-419页

作者：沈旭章陈萌萌程思远王岳军黄斯燃中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082

本研究利用华南陆块固定地震台站记录到的远震地震波资料,构建适合研究LAB的S波接收函数,基于接收函数波形分析和偏移成像结果对华南陆块岩石圈性质进行了研究。结果显示华南陆块下方70 km深度存在最明显且连续性相对较好的低速界面,结... 详细信息

本研究利用华南陆块固定地震台站记录到的远震地震波资料,构建适合研究LAB的S波接收函数,基于接收函数波形分析和偏移成像结果对华南陆块岩石圈性质进行了研究。结果显示华南陆块下方70 km深度存在最明显且连续性相对较好的低速界面,结合其他地球物理研究成果,我们认为70 km深度低速界面反映了和软流圈上涌相关的构造事件导致的华南岩石圈大规模减薄;在华夏地块的东部较大范围探测到100~150 km深度内存在南倾的低速界面,结合区域岩石学、地球化学和地质学等研究成果,推测该现象可能表明扬子地块的岩石圈楔入到了华夏地块,是新元古代早‒中期以来,华南陆块俯冲聚合、陆内造山以及陆内构造变形等地球动力学事件留下的重要痕迹;在华夏地块中东部和江南造山带局部发现了LAB缺失区带,该现象可能与岩石圈拆沉导致的热物质上涌密切相关,可能对应了地块拼贴薄弱带。

关键词：华南陆块 LAB 地震波 S波接收函数岩石圈拆沉

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Regular Posit ion-Oriented Method for Mesh Smoothing

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Acta Mechanica Solida Sinica 2021年第3期34卷 437-448页

作者： Yongqing Hai Yufei Guo siyuan cheng Yunpeng Hai Department of Mechanics and Engineering Science Peking UniversityBeijing 100871China X Lab Second Academy of China Aerospace Science and Industry CorporationBeijing 100854China State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety Tianjin UniversityTianjin 300072China A College of Electromechanical Engineering Qingdao University of Science and TechnologyQingdao 266061China

Mesh smoothing is an essential technique for the improvement of mesh quality in finite element analysis,due to the fact that mesh quality has a large impact on the convergence of the computational scheme and the accuracy of the numerical results.A novel mesh smoothing method based on regular-position-guided operations is presented in this *** method introduced here contains two main stages:The first stage computes the regular position of each vertex based on the shape of the element and conducts regular-position-oriented-based element transformations independently;the second stage determines the finial position of each vertex according to its surrounding elements with an assembly *** method is not limited to planar triangular mesh,but applicable to surface polygonal *** experiments on various mesh models demonstrate the effectiveness and potential of this method.

关键词： Mesh smoothing Element transformation Finite element analysis Mesh quality

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