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基于非负矩阵分解的稀疏网络社区发现算法

电子学报 2023年第10期51卷 2950-2959页

作者：金红胡智群湖北大学计算机与信息工程学院湖北武汉430062 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100088

社区结构是复杂网络的重要特征之一,社区发现对研究网络结构有重要的应用价值.基于非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization,NMF)的社区发现方法是解决社区发现问题的一类基本方法,然而,大多数不能很好地扩展以适用于大型网络,... 详细信息

社区结构是复杂网络的重要特征之一,社区发现对研究网络结构有重要的应用价值.基于非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization,NMF)的社区发现方法是解决社区发现问题的一类基本方法,然而,大多数不能很好地扩展以适用于大型网络,并且在稀疏网络上往往会失败.由于表达复杂网络拓扑结构特征的邻接矩阵在数据矩阵稀疏时,特征向量的局部化导致基于NMF的方法往往无法工作.本文提出一种基于NMF的稀疏网络社区发现算法,尝试提高使用非负矩阵分解方法进行社区发现的准确性以及普适性.本文提出从局部特征向量学习正则化矩阵用来表达原始网络拓扑结构特征,得到的特征矩阵能够很好地发掘数据矩阵隐含的全局结构有更强的特征表达能力.与邻接矩阵相比,正则化数据矩阵克服了由于稀疏或噪声引起的特征向量(或奇异向量)的局部化问题.在人工网络和现实网络中的实验结果显示:与经典的基于NMF的社区发现算法相比,该算法能够发现更准确的社区结构,同时,在稀疏网络上也有较好的表现.

关键词：稀疏网络社区发现拓扑结构特征非负矩阵分解正则化矩阵

中长途快速客运网络的空间格局和结构特征分析

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铁道运输与经济 2023年第5期45卷 29-37页

作者：于剑郭雅迪熊文杰中国民航大学中国民航环境与可持续发展研究中心天津300300 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

高速铁路和民航已成为中国旅客中长途出行的主要交通方式。运用复杂网络理论,依据现有的中国高速铁路运营网络与民航国内航线网络构建中长途快速客运网络,并对该网络的空间格局及演化过程、拓扑结构特征和鲁棒性进行分析,以期为我国布... 详细信息

高速铁路和民航已成为中国旅客中长途出行的主要交通方式。运用复杂网络理论,依据现有的中国高速铁路运营网络与民航国内航线网络构建中长途快速客运网络,并对该网络的空间格局及演化过程、拓扑结构特征和鲁棒性进行分析,以期为我国布局结构合理、衔接顺畅且高效便捷的客运交通网络提供参考。研究结果表明:中长途快速客运网络近年来处于快速发展阶段,覆盖范围不断扩大;网络通达性较强,拓扑特征表现为小世界效应和无标度特性;网络的鲁棒性随年份而增强,且应对随机攻击的鲁棒性高于蓄意攻击。建议今后应精益规划中长途快速客运网络,加强对枢纽节点的保护,对网络中各城市节点功能设定精准定位,并制定区域差异化的中长途快速客运空间布局规划。

关键词：高速铁路民航复杂网络中长途快速客运网络拓扑结构特征鲁棒性

基于生成对抗网络和多特征融合的miRNA-疾病关联预测研究

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基于生成对抗网络和多特征融合的miRNA-疾病关联预测研究

作者：赵静太原理工大学

学位级别：硕士

miRNA是一类长度约为22～24个核苷酸的非编码RNA,广泛存在于真核生物中,通过调控靶基因的表达在许多生物过程中发挥着至关重要的作用,如早期细胞生长、发育、增殖、分化、肿瘤侵袭和细胞凋亡等,而突变或生物功能障碍的miRNA会导致白血... 详细信息

miRNA是一类长度约为22～24个核苷酸的非编码RNA,广泛存在于真核生物中,通过调控靶基因的表达在许多生物过程中发挥着至关重要的作用,如早期细胞生长、发育、增殖、分化、肿瘤侵袭和细胞凋亡等,而突变或生物功能障碍的miRNA会导致白血病、肺癌等多种疾病的发生。因此,研究miRNA与疾病之间的关联有助于从分子水平了解疾病的发病机制,对于研究疾病的预后、诊断、评估和治疗具有重要意义。现有的miRNA-疾病关联预测方法主要包括传统生物实验方法和计算预测方法,传统生物实验方法采用PCR和微阵列等生物技术,基于生物理论揭示miRNA与疾病之间的关系,可信度高,但其过程复杂、昂贵且耗时,难以实现大规模miRNA-疾病关联预测;而计算预测方法基于miRNA和疾病相似性信息,通过矩阵分解构建线性空间或采用机器学习、深度学习的方法学习非线性特征,可以有效预测miRNA-疾病间的关联,降低了miRNA-疾病关联预测的成本。然而,现有的计算预测方法直接以miRNA和疾病相似性作为输入进行特征提取,忽略了miRNA和疾病原始相似性矩阵中缺失值的处理,导致了特征中包含缺失值,影响特征学习的质量;在特征提取过程中未考虑相似性数据中拓扑结构信息以及miRNA和疾病的线性特征和非线性特征的融合,忽略了线性特征对非线性特征的补充,影响miRNA-疾病关联预测结果。本文针对上述问题,构建了基于生成对抗网络和多特征融合的miRNA-疾病关联预测模型,主要研究内容如下:(1)现有miRNA-疾病关联预测方法直接以miRNA和疾病语义相似性作为输入,未处理相似性数据中的缺失值,且在特征提取过程中,忽略了相似性数据中丰富的拓扑结构信息,针对该问题,本文提出了一种基于生成对抗网络和图卷积网络的miRNA-疾病关联预测模型GAGCN。该模型采用生成对抗网络插补miRNA和疾病相似性矩阵中的缺失值,从而降低相似性矩阵的稀疏性,构建更精确完整的初始特征空间;然后采用图卷积网络分别学习miRNA和疾病的拓扑特征表示,捕获miRNA和疾病相似性中的潜在关联信息,并嵌入卷积注意机制进行特征空间的自适应优化,实现miRNA-疾病关联预测。实验结果表明,相似性数据中缺失值的处理以及拓扑结构信息的学习可以更好地预测潜在miRNA-疾病关联。(2)GAGCN模型采用两层图卷积实现了非线性拓扑特征的有效提取,然而在特征提取过程中该模型采用的图卷积网络较浅,仅关注了低阶邻域信息的学习,无法有效提取高阶邻域信息,影响了miRNA和疾病深层特征表示的学习;且它仅提取了miRNA和疾病的非线性特征,未考虑线性特征中已知miRNA-疾病关联的潜在信息,忽略了线性特征对非线性特征的补充。基于此,本文提出了基于生成对抗网络和多特征融合的miRNA-疾病关联预测模型GA-Deep GCN,该模型引入非负矩阵分解方法学习miRNA和疾病的线性特征;并采用深度图卷积网络代替传统GCN,通过密集连接增加网络深度,以提取miRNA和疾病的深层非线性特征;最后,融合线性特征和非线性特征进行miRNA-疾病关联预测。实验结果表明深度图卷积网络的引入以及线性特征与非线性特征的融合可以有效提高miRNA-疾病关联预测性能。(3)本文基于提出的miRNA-疾病关联预测模型GA-DeepGCN,结合MVC框架开发了miRNA-疾病关联预测的Web服务平台。该平台集成实现了miRNA-疾病关联数据库查询功能和在线预测功能,用户可根据miRNA或疾病信息查看经过HMDD等数据库验证的关联,也可直接在线预测疾病相关的miRNA,有助于用户能够快速直观地观察本文模型的预测功能和效果。综上所述,本文采用生成对抗网络插补相似性矩阵中的缺失值,并结合非负矩阵分解方法和深度图卷积网络实现了miRNA和疾病的线性特征和深层非线性拓扑特征的融合,进一步丰富了特征空间,有效预测了潜在miRNA-疾病关联。与现就方法相比,GA-Deep GCN可以更好地预测疾病相关的miRNA,为疾病诊断和治疗领域的研究提供有效的靶点信息。

关键词： miRNA-疾病关联生成对抗网络深度图卷积网络非负矩阵分解拓扑结构特征

机构自由度公式的基本形式、自由度分析及其物理内涵

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机械工程学报 2015年第13期51卷 69-80页

作者：杨廷力沈惠平刘安心戴建生常州大学现代机构研究中心常州213016 中国人民解放军解放军理工大学南京210007 伦敦大学国王学院

对近十年提出的7种自由度(Degree of freedom,DOF)公式及其主要特点进行回顾。给出基于约束分析的DOF公式的统一形式与基于运动分析的DOF公式的基本形式。给出基于运动分析的DOF计算方法与基于约束分析的DOF计算方法。基于DOF公式,确定... 详细信息

对近十年提出的7种自由度(Degree of freedom,DOF)公式及其主要特点进行回顾。给出基于约束分析的DOF公式的统一形式与基于运动分析的DOF公式的基本形式。给出基于运动分析的DOF计算方法与基于约束分析的DOF计算方法。基于DOF公式,确定机构的拓扑结构特征,如机构的DOF、动平台的方位特征集及其维数、独立位移方程数、过约束度、冗余自由度,判定消极运动副与选取驱动副等。揭示DOF公式的物理内涵,即DOF公式表述了机构DOF、拓扑结构与运动方位特征三者之间的映射关系,而机构的拓扑结构和方位特征的运动过程不变性是构建这一映射关系的理论基础。

关键词：并联机构自由度拓扑结构方位特征约束分析运动分析拓扑结构特征

基于傅里叶描述子的耦合串联机构构型尺度融合设计

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中国机械工程 2019年第18期30卷 2191-2197页

作者：朱留宪吕浩韩远飞赵萍李祥云西南交通大学机械工程学院成都610031 四川工程职业技术学院四川省高温合金切削工艺技术工程实验室德阳618000 合肥工业大学机械工程学院合肥230009

利用傅里叶变换方法,提出了耦合串联连杆机构的构型尺度融合设计方法,针对给定目标运动对其上各点的轨迹进行谐波分析,识别出包含最少数量谐波分量的最简轨迹,通过这些谐波分量的数量、幅值以及频率等特征信息便可反演得到耦合串联机构... 详细信息

利用傅里叶变换方法,提出了耦合串联连杆机构的构型尺度融合设计方法,针对给定目标运动对其上各点的轨迹进行谐波分析,识别出包含最少数量谐波分量的最简轨迹,通过这些谐波分量的数量、幅值以及频率等特征信息便可反演得到耦合串联机构的拓扑结构特征和尺度参数信息,解决了耦合串联机构的运动综合问题,并给出了相应的算例证明所提方法的有效性。

关键词：耦合串联机构运动综合构型尺度融合设计傅里叶描述子谐波分析拓扑结构特征

基于单开链的纯转动三自由度并联机器人机型设计方法

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中国机械工程 2005年第9期16卷 819-822页

作者：杭鲁滨王彦吴俊刘安心杨廷力上海交通大学上海200030 东南大学南京210096 解放军理工大学南京210007 南京金陵石化公司南京210036

基于有序单开链理论与方法,提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程;给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型;按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入-... 详细信息

基于有序单开链理论与方法,提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程;给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型;按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入-输出控制解耦性、拓扑对称性等特性,对所得到纯转动三自由度并联机构进行分类,依不同设计要求,推荐优选机型。

关键词：并联机器人并联机构拓扑结构特征机型设计

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我国股票关联网络的动态演化研究

系统工程学报 2014年第2期29卷 192-201页

作者：黄玮强庄新田姚爽东北大学工商管理学院辽宁沈阳110819 沈阳化工大学经济与管理学院辽宁沈阳110142

利用最小生成树算法构建动态演化的我国股票关联网络.实证研究关联网络拓扑结构特征的动态演化规律、市场整体及个股价格行为与网络拓扑结构特征间的内在关系.结果表明:网络节点度和点强度服从无标度分布;随着时间的推进,股票间的价格... 详细信息

利用最小生成树算法构建动态演化的我国股票关联网络.实证研究关联网络拓扑结构特征的动态演化规律、市场整体及个股价格行为与网络拓扑结构特征间的内在关系.结果表明:网络节点度和点强度服从无标度分布;随着时间的推进,股票间的价格波动关联关系呈现越来越强的稳定性;市场收益性越高及市场收益波动越小,网络平均距离就越大,股票间的价格波动关联性就越弱.较大的市场收益波动会导致网络变得更加收缩.绝大多数股票的收益率与其对应网络节点的度或点强度值呈负相关关系.市场中同行业的股票间易产生价格波动关联,验证了行业分类标准在投资组合构建中的参考价值.

关键词：股票关联网络最小生成树拓扑结构特征收益性波动性

资本市场对外开放过程中的预期效应、套利效应与政策效应——基于沪港通事件的分析

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上海财经大学学报（哲学社会科学版） 2018年第4期20卷 93-110页

作者：方艳贺学会吴文彬上海对外经贸大学金融管理学院上海201620 上海财经大学金融学院上海200433

作为我国资本市场对外开放的又一里程碑,沪港通的成功开启不仅对沪港两市的联动性产生了深远影响,还给我国资本市场带来了一系列连锁的市场效应。文章利用复杂网络中的MST与PMFG算法检验分析了沪港通所带来的这一系列效应,并采用了事件... 详细信息

作为我国资本市场对外开放的又一里程碑,沪港通的成功开启不仅对沪港两市的联动性产生了深远影响,还给我国资本市场带来了一系列连锁的市场效应。文章利用复杂网络中的MST与PMFG算法检验分析了沪港通所带来的这一系列效应,并采用了事件分析法和Placebo检验法验证分析结论的稳健性。研究表明:(1)在沪港通宣告前和开通后,市场内的关联度明显大于市场间的关联度,两地市场存在一定的分离,而在公示期市场内的关联度明显小于市场间的关联度,市场在一定程度上出现融合。(2)在公示期间两地资本市场的关联程度增加,市场表现出了显著的预期效应。(3)开通后两地市场关联度在短期内呈现增加趋势或维持在较高水平,市场呈现出了一定的短期套利效应;在内地单方面政策的影响下,两地市场关联度降低,市场展现出了相应的政策效应。该结论将对资本市场中投资者的理性投资具有一定的启发和指导意义。

关键词：沪港通预期效应套利效应政策效应复杂网络拓扑结构特征

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高速公路关键服务设施判定与功能分析

公路 2019年第10期64卷 162-167页

作者：裴玉龙张枭东北林业大学交通学院哈尔滨市150040 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海市200125

为了适应新形势下公路运输的发展要求,国内部分省份在地方设计规范中对服务设施进行了等级划分,但划分依据中对服务设施在公路网内的中心地位缺少考虑。基于黑龙江省高速公路网,求解服务设施之间的距离可达性矩阵,使用原始法构建L空间... 详细信息

为了适应新形势下公路运输的发展要求,国内部分省份在地方设计规范中对服务设施进行了等级划分,但划分依据中对服务设施在公路网内的中心地位缺少考虑。基于黑龙江省高速公路网,求解服务设施之间的距离可达性矩阵,使用原始法构建L空间下的服务设施拓扑网络。通过节点度、介数中心度和交通量等指标判定关键服务设施。根据功能可达性分析关键服务设施的功能配置薄弱项,并提出完善意见。

关键词：道路工程拓扑结构特征复杂网络关键服务设施