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基于改进哈里斯鹰优化算法的光谱特征波段选择模型研究

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 148-157页

作者：鲍浩张艳贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025 贵阳学院农产品无损检测工程研究中心贵州贵阳550005

特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能。传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果。哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、... 详细信息

特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能。传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果。哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、参数少的优点,但同时也存在收敛精度低且易陷入局部最优的不足。在HHO算法的基础上提出了一种基于改进哈里斯鹰优化(IHHO)算法的近红外光谱特征波段选择模型。针对HHO算法只能用于求解连续空间的优化问题,采用离散化策略对HHO算法进行修正,使其能求解离散形式的特征波段选择问题;考虑到HHO算法初始种群的质量差,使用混沌映射、反向学习提高初始种群的质量,以增强算法的全局探索能力;由于HHO算法在局部搜索时的收敛精度低,提出了新的猎物能量衰减模型与跳跃策略,以进一步增强算法在局部搜索时的寻优能力;为避免算法在寻优过程中落入局部最优,借鉴了遗传算法的变异方式对HHO算法进行扰动。使用竞争性自适应重加权采样法(CARS)、连续投影算法(SPA)、粒子群优化(PSO)算法、遗传算法(GA)、 HHO算法与IHHO算法进行比较,并以4个定性分析近红外光谱数据集与2个定量分析近红外光谱数据集分别建立了支持向量机(SVM)识别模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型。在定性分析实验中,IHHO算法得到的平均准确率相对于全波段时分别提高了0.83%、 9.55%、 17.65%以及0%,平均特征波段数仅占全波段的9.97%、 2.59%、 1.36%以及0.59%。在定量分析实验中,IHHO算法得到的平均决定系数分别较全波段提高了10.57%、 1.47%、 4.41%、 3.66%以及3.06%,平均均方根误差分别较全波段较低了0.162、 1.266 3、 1.868、 1.869 4以及0.408 4,平均特征波段数仅占全波段的9.24%、 10.53%、 6.54%、 6.91%以及7.14%。实验结果表明,IHHO算法在选择特征波段时能够去冗余,针对性选择最重要的特征波段,其性能均优于比较的几种算法。IHHO算法具有良好的应用前景。

关键词：近红外光谱分析特征波段选择哈里斯鹰优化算法支持向量机偏最小二乘回归

幽门螺杆菌cgt基因表达量测定活菌的方法建立及应用研究

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四川大学学报（医学版） 2024年第5期55卷 1316-1321页

作者：唐智慧符立发张焱荣周博彦冯天勤杨文娟梁鸽严茜雅郑璨璘别明江王保宁四川大学华西基础医学与法医学院成都610041 四川大学华西临床医学院成都610041 四川大学华西公共卫生学院/四川大学华西第四医院成都610041 四川大学学报(医学版)编辑部成都610041

目的本研究旨在建立一种通过幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,***)cgt基因表达量来检测活菌的方法,以便为临床精准治疗开发快速、便捷的检测手段。方法通过培养法对活菌计数,并利用RT-qPCR方法测定相应***胆固醇-α-葡萄糖基转移酶(chol... 详细信息

目的本研究旨在建立一种通过幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,***)cgt基因表达量来检测活菌的方法,以便为临床精准治疗开发快速、便捷的检测手段。方法通过培养法对活菌计数,并利用RT-qPCR方法测定相应***胆固醇-α-葡萄糖基转移酶(cholesterol-α-glucosyltransferase,CGT)保守编码基因cgt(hp0421)的mRNA表达水平,分析菌落数与cgt基因表达量之间的相关性,并构建回归方程;探索该方法可测定的线性范围、灵敏度和特异性。将此方法用于测定克拉霉素杀菌作用,验证其在细菌耐药检测中有效性。结果***菌落数为10^(2)、10^(4)、10^(6)、10^(8) CFU/mL的cgt的Ct值分别是29.67±0.14、23.37±0.36、17.65±0.37、11.38±0.39,在***菌落数为10^(1)~10^(8) CFU/mL范围内,RT-qPCR法测定的cgt基因表达量和活菌数对应的回归方程:y=-0.3501x+12.49,决定系数R2=0.9992、灵敏度为10^(1) CFU/mL,此方法与13种其他菌无交叉反应。用0、5、10、20、40μg/mL质量浓度的克拉霉素作用12 h后培养法测定***的活菌lg值分别为2.57±0.02、2.45±0.01、2.19±0.02、1.91±0.07、1.33±0.05,对应cgt基因的Ct值分别为27.76±0.09、28.37±0.24、29.51±0.14、30.11±0.12、31.66±0.11,将cgt基因表达量代入上述方程推算活菌数为2.73±0.03、2.52±0.08、2.11±0.05、1.89±0.02、1.33±0.04,经分析差异无统计学意义(P>0.05)。结论本研究成功建立了通过测定***的cgt基因表达量反映活菌的方法,有效缩短了检测周期,为临床活菌检测提供了新方法。

关键词：幽门螺杆菌 cgt基因基因表达量活菌测定

频域多方向C-UNet及动态损失的工业烟尘图像分割

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控制理论与应用 2024年第3期41卷 543-554页

作者：张大锦刘辉陈甫刚赵安昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500 昆明理工大学云南省人工智能重点实验室云南昆明650500 云南昆钢电子信息科技有限公司云南昆明650302

工业烟尘污染等级监测中烟尘的准确分割是污染等级判定的重要前提.针对边缘模糊且方向多变烟尘在特征提取过程中边缘方向细节信息提取困难、分割不准确的问题,本文提出一种频域多方向C-UNet及动态损失的工业烟尘图像分割方法.首先,通过... 详细信息

工业烟尘污染等级监测中烟尘的准确分割是污染等级判定的重要前提.针对边缘模糊且方向多变烟尘在特征提取过程中边缘方向细节信息提取困难、分割不准确的问题,本文提出一种频域多方向C-UNet及动态损失的工业烟尘图像分割方法.首先,通过构建轮廓波多方向分解下采样结构增强编码阶段烟尘边缘方向信息的提取能力;其次,通过轮廓波变换提取烟尘8个边缘方向细节信息进行跳跃连接,提升持续采样过程中细节信息的表达准确度;然后,构建轮廓波细节重构上采样结构增强解码阶段烟尘边缘细节信息的恢复能力;最后,提出一种动态加权策略构建组合损失函数来优化训练网络,增强网络对烟尘边缘特征的提取能力.结果表明,本文方法与U-Net和其他同类方法相比在指标上有较好提升,改善了烟尘边缘分割不准确的问题,在不同烟尘场景上的分割效果也优于现有分割模型.

关键词：工业烟尘图像分割轮廓波变换特征提取动态损失函数

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激光诱导击穿光谱技术对水稻产地识别研究

光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1553-1558页

作者：宋少忠符少燕刘园园齐春艳李景鹏高勋吉林工程技术师范学院数据科学与人工智能学院吉林长春130052 长春理工大学物理学院吉林长春130022 吉林省农业科学院水稻研究所吉林长春130033 中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102

水稻是中国主要粮食作物,而水稻品质与其生长的外部环境如土壤特性、气候、日照时间和灌溉水等环境息息相关,高品质水稻的产地区域面积有一定地域限制,因此水稻可看成为是一个明显的地理标志物。市场常出现一些假冒或者贴牌的知名优质... 详细信息

水稻是中国主要粮食作物,而水稻品质与其生长的外部环境如土壤特性、气候、日照时间和灌溉水等环境息息相关,高品质水稻的产地区域面积有一定地域限制,因此水稻可看成为是一个明显的地理标志物。市场常出现一些假冒或者贴牌的知名优质水稻出售,损害了水稻品牌,降低了消费者的水稻品质保障,并且扰乱了市场稳定性,因此对于水稻产地快速识别技术的需求十分迫切。利用LIBS结合机器学习算法,对吉林省5个产地(大安、公主岭、前郭、松原、洮儿河)的水稻进行产地识别,建立了主成分分析(PCA)算法分别结合Bagged Trees、Weighted KNN、Quadratic SVM和Coarse Gaussian SVM共四种机器学习算法的水稻产地识别模型。实验选取了5个水稻产地共450组在200~900 nm的LIBS数据,对水稻LIBS光谱数据采用卷积平滑(S-G平滑)进行降噪和特征谱线归一化预处理,对水稻LIBS光谱数据进行主成分分析,实现了水稻产地具有较好的聚类空间集群分布,但部分水稻产地存在空间重叠。采用5倍交叉验证,采用PCA-Bagged Trees、PCA-Weighted KNN、PCA-Quadratic SVM和PCA-Coarse Gaussian SVM共四种机器学习模型,水稻产地的识别精度均达到91.8%以上,并且PCA-Quadratic SVM模型的识别精度高达97.3%。结果表明结合LIBS技术和机器学习算法能够高精度和高效率实现水稻产地的识别。

关键词：激光诱导击穿光谱机器学习算法水稻产地识别识别精度

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三皇庙壁画彩绘层颜料的分析研究

光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1889-1895页

作者：闫海虹张昕瑞张群喜孙凤董文强西北大学文化遗产学院陕西西安710127 北京科技大学科技史与文化遗产研究院北京100083 陕西历史博物馆保护修复部陕西西安710061 西北工业大学文化遗产研究院陕西西安710072

三皇庙位于陕西省西安市,庙内供有上古三皇——伏羲、神农、黄帝,四壁原绘有精美的壁画,是中国古代传统医学和儒家发展交融的产物,具有珍贵的历史、艺术和学术研究价值。但在自然保存状态下,三皇庙历经风雨,现状岌岌可危。为了辨析三皇... 详细信息

三皇庙位于陕西省西安市,庙内供有上古三皇——伏羲、神农、黄帝,四壁原绘有精美的壁画,是中国古代传统医学和儒家发展交融的产物,具有珍贵的历史、艺术和学术研究价值。但在自然保存状态下,三皇庙历经风雨,现状岌岌可危。为了辨析三皇庙建筑壁画制作材料,为壁画原始信息的获取及后续保护修复提供科学依据,采用超景深显微镜、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)、显微激光拉曼光谱仪(micro-Raman)等多种分析技术,对现场采集的极少量颜料样品进行分析研究。分析结果表明,红色颜料有朱砂、赤铁矿、铅丹;黑色颜料主要显色成分为炭黑,混有普鲁士蓝;蓝色颜料为合成群青;绿色颜料为巴黎绿和钛白混合而成;颜料打底层主要成分为二水石膏。壁画制作材料的科技分析表明,三皇庙壁画确曾进行过历史修复,且修复年代较晚,修复中有混合颜料的使用,其中炭黑和普鲁士蓝的混合使用在壁画中属首次发现,该结果为陕西地区三皇庙壁画制作材料及修缮历史研究提供基础,为后期壁画保护修复和复原展示提供科技支撑,具有重要的文物保护意义。

关键词：三皇庙壁画颜料科技分析

甲氧氯的水质基准、沉积物质量基准及生态风险评价

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湖泊科学 2024年第2期36卷 443-451页

作者：杨虎成肖宇煌莫春雷高杰蔡爱民张泽涛常亮易春瑶资源与生态环境地质湖北省重点实验室(湖北省地质局) 武汉430034 湖北省地质环境总站武汉430034

甲氧氯(methoxychlor,MXC)作为一种有机氯杀虫剂,由于在农业生产中的广泛应用,使其在水环境和沉积物中的检出频率均较高,并且对各种水生物种均具有毒性作用。因此,制定中国MXC水质基准(water quality criteria,WQC)和沉积物质量基准(sed... 详细信息

甲氧氯(methoxychlor,MXC)作为一种有机氯杀虫剂,由于在农业生产中的广泛应用,使其在水环境和沉积物中的检出频率均较高,并且对各种水生物种均具有毒性作用。因此,制定中国MXC水质基准(water quality criteria,WQC)和沉积物质量基准(sediment quality criteria,SQC),并开展生态风险评估,对保护中国水生生物至关重要。基于收集和筛选的17种水生生物的急性毒性数据和10种水生生物的慢性毒性数据。选取物种敏感性分布(species sensitivity distribution,SSD)模型的最佳拟合对WQC进行推导,MXC对水生生物的短期水质基准(SWQC)和长期水质基准(LWQC)分别为0.75和0.11μg/L。通过相平衡分配法,在WQC的基础上进一步推导出SQC,沉积物质量基准高值(SQC-H)和沉积物质量基准低值(SQC-L)分别为0.73和0.11 mg/kg。此外,通过收集中国地表水和沉积物中的MXC暴露浓度数据,利用风险商值法(risk quotients,RQ)进行生态风险评价,结果表明我国部分区域的地表水和沉积物存在一定的生态风险。本文的结果将为中国水生生物保护和降低MXC生态风险提供有价值的参考。

关键词：甲氧氯水质基准沉积物质量基准生态风险

甲乙基化植物油对藻荧光法检测三嗪类除草剂阿特拉津、扑草净与特丁通生物毒性的增敏性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1789-1800页

作者：杨瑞崔建升马小龙王合宇刘大喜王柳卜河北科技大学环境科学与工程学院河北石家庄050018 河北省污染防治生物技术实验室河北石家庄050018

为了提升藻叶绿素荧光对痕量三嗪类除草剂的检测效果,以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻为试验藻种,通过水样叶绿素荧光仪(WATER-PAM-WALZ)测量四个藻叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、NPQ和qP作为毒性评价指标,研究微藻对阿特... 详细信息

为了提升藻叶绿素荧光对痕量三嗪类除草剂的检测效果,以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻为试验藻种,通过水样叶绿素荧光仪(WATER-PAM-WALZ)测量四个藻叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、NPQ和qP作为毒性评价指标,研究微藻对阿特拉津、扑草净与特丁通三种三嗪类除草剂毒性的响应时间和甲乙基化植物油对藻荧光法检测除草剂生物毒性的增敏效果。实验结果显示:①蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻对三种除草剂的生物毒性最佳响应时间分别为20、10和10 min;增敏效果最显著时甲乙基化植物油浓度分别为0.25%、0.5%和0.25%。②斜生四链藻对三种除草剂的响应敏感性最高,而铜绿微囊藻对除草剂的适应性和抗性较强,在20μg·L^(-1)的扑草净暴露下,实验组斜生四链藻和蛋白核小球藻的Fv/Fm抑制率均达到23%,而铜绿微囊藻Fv/Fm抑制率只达到8%。③甲乙基化植物油的作用下,Y(Ⅱ)和NPQ对除草剂的毒性响应灵敏度最高。40μg·L^(-1)的扑草净对斜生四链藻Y(Ⅱ)抑制效果达到了56%,对Fv/Fm抑制率最高达到41%,是对照组的2.5倍,而除草剂浓度至200μg·L^(-1)时,三种藻类NPQ值均提升了1.5倍以上,参数值qP的响应程度受甲乙基化植物油的增敏效果较小。实验结果表明甲乙基化植物油扩大了除草剂与藻细胞的接触面积,增强了除草剂的渗透力,提升了藻荧光对除草剂的毒性响应,可降低除草剂的检出限值。研究中首次将甲乙基化植物油应用于藻荧光法检测三嗪类除草剂中,并且在甲乙基化植物油的作用下,藻荧光法表现出良好的检测效果,解决了某些情况下叶绿素参数响应不灵敏的问题,为快速、灵敏地检测环境中的痕量三嗪类除草剂的生物毒性提供了一种新的方法。

关键词：三嗪类除草剂藻类叶绿素荧光参数甲乙基化植物油灵敏度提升

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分布式航天器编队约定时间姿轨耦合协同控制

控制理论与应用 2024年第5期41卷 829-838页

作者：刘岩曹璐秦开宇肖冰施孟佶李维豪电子科技大学航空航天学院四川成都611713 军事科学院国防科技创新研究院北京100071 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

针对具有参数不确定性、外部扰动和预设性能需求的航天器编队约定时间姿轨耦合控制问题,本文基于预设性能控制方法提出了一种低复杂度的约定时间编队姿轨耦合协同控制器,使得航天器在设定时间内形成编队,且编队误差满足预设的各种性能指... 详细信息

针对具有参数不确定性、外部扰动和预设性能需求的航天器编队约定时间姿轨耦合控制问题,本文基于预设性能控制方法提出了一种低复杂度的约定时间编队姿轨耦合协同控制器,使得航天器在设定时间内形成编队,且编队误差满足预设的各种性能指标.首先,通过结合有限时间稳定概念引入一种约定时间性能函数,其系统稳定时间可以由使用者任意设定;然后,把约定时间性能函数与预设性能控制方法结合起来,提出了不依赖航天器质量和转动惯量等信息的约定时间编队协同控制器,保证了编队状态量的收敛性能和收敛时间,并使用李雅普诺夫理论证明了其稳定性.最后,通过仿真验证了该控制方案的有效性.

关键词：航天器编队飞行姿轨耦合控制预设性能控制约定时间控制航天器队形重构

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载紫杉醇的大黄酸偶联物胶束的体外释放及抗肿瘤研究

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中国药学杂志 2024年第15期59卷 1408-1415页

作者：黄彩霞欧阳惠枝黄秋萍陆伟利王晓颖徐伟福建中医药大学药学院福州350122

目的研究载紫杉醇的大黄酸偶联物(PTX/TPGS-CR)胶束的体外释放行为及其体外抗肿瘤效果。方法采用透析法,以泰素(Taxol?)为对照,考察PTX/TPGS-CR胶束在不同释放介质中的释药行为。采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法,以Taxol?为对照,评估PTX/TPGS... 详细信息

目的研究载紫杉醇的大黄酸偶联物(PTX/TPGS-CR)胶束的体外释放行为及其体外抗肿瘤效果。方法采用透析法,以泰素(Taxol?)为对照,考察PTX/TPGS-CR胶束在不同释放介质中的释药行为。采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法,以Taxol?为对照,评估PTX/TPGS-CR胶束对小鼠乳腺癌4T1细胞的细胞毒性。通过流式细胞仪检测PTX/TPGS-CR胶束对人宫颈癌HeLa细胞的细胞周期、凋亡的影响。通过划痕实验考察PTX/TPGS-CR胶束对HeLa、4T1细胞迁移的影响。结果体外释放实验结果显示,在pH 7.4磷酸盐缓冲液(PBS)中,PTX/TPGS-CR胶束在12和72 h内分别累积释放50.84%和71.38%;在模拟肿瘤微环境pH 5.8 PBS中,PTX/TPGS-CR胶束在12 h内累积释放79.19%,且72 h几乎完全释放。细胞毒试验结果显示,PTX/TPGS-CR胶束对4T1细胞表现出较强的肿瘤细胞增殖抑制作用,并呈时间和浓度依赖性,72 h时半抑制浓度(IC_(50))为0.3219 nmol·mL^(-1)。PTX/TPGS-CR胶束能引起HeLa、4T1细胞发生早期凋亡和晚期凋亡;可使HeLa细胞在PTX阻滞G2/M期的基础上同时增加G0/G1期阻滞,抑制细胞分裂增殖。PTX/TPGS-CR胶束能抑制HeLa、4T1细胞迁移,减少肿瘤转移。结论PTX/TPGS-CR胶束具有很好的pH响应释药特征,在血液环境中缓释药物,而在肿瘤微环境中实现快速释药;具有很好的肿瘤增殖抑制效果,促进细胞凋亡,抑制肿瘤细胞迁移,具有较好的肿瘤治疗潜力。

关键词：紫杉醇聚合物胶束体外释放抗肿瘤细胞实验