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基于异构系统的多级并行稀疏张量向量乘算法

计算机学报 2024年第2期47卷 441-455页

作者：陈玥丹肖国庆阳王东金纪勇龙军李肯立中南大学大数据研究院湖南大学深圳研究院湖南大学信息科学与工程学院国家超级计算长沙中心之江实验室基础理论研究院—应用数学与机器智能研究中心

张量在许多实际应用中被用来表示大规模、多源、高维、多模态的数据.稀疏张量分解作为挖掘数据中隐藏信息的有效方法之一，已被广泛应用于机器学习、文本分析、生物医疗等研究领域中.稀疏张量向量乘(Sparse Tensor-VectorMultiplication... 详细信息

张量在许多实际应用中被用来表示大规模、多源、高维、多模态的数据.稀疏张量分解作为挖掘数据中隐藏信息的有效方法之一，已被广泛应用于机器学习、文本分析、生物医疗等研究领域中.稀疏张量向量乘(Sparse Tensor-VectorMultiplication,SpTV)是张量分解中最基础、耗时最多的运算之一.为加速大数据和人工智能相关应用的运行效率，本文提出了基于CPU-GPU异构结构的多级并行SpTV加速算法.首先，为了将SpTV运算映射到混合、多级并行的分布式CPU-GPU异构多/众核构架，本文设计了一种多维并行SpTV划分方法，采用面向节点级并行的N-1维张量划分和面向GPU线程级并行的矩阵划分，充分利用计算节点间和节点内的多级并行计算能力.其次，设计了一种基于稀疏张量纤维的压缩存储格式，压缩稀疏张量的内存占用，优化SpTV运算的计算和访存模式.最后，提出了基于多流并行的异构高效SpTV算法，进一步设计了稀疏张量的细粒度划分方法、多流并行运行机制和基于张量块排序的多流并行优化技术，实现了SpTV运算中通信开销和计算开销的相互重叠与隐藏.实验结果表明，与相关工作aeSpTV相比，所提出的SpTV算法在所有测试数据集上最高能够获得3.28倍的加速比.

关键词： CPU-GPU 异构并行计算多级并行稀疏张量张量运算

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益肺宣肺降浊方抗血管性痴呆的作用机制研究

中国药房 2024年第18期35卷 2207-2212页

作者：卓桂锋陈炜张金枝黄德庆袁炳茂蒲珊珊朱小敏廖乃彬苏明阳陈湘怡符钰岚吴林广西中医药大学第一附属医院脑病科南宁530022 广西中医药大学第一临床医学院南宁530022 广西中医药大学壮医药学院南宁530200 广西中医药大学科学实验中心南宁530200

目的探讨益肺宣肺降浊方(YFXF)抗血管性痴呆(VD)的作用机制。方法通过网络药理学方法获取YFXF差异表达作用靶点(YDEGs);利用列线图模型从YDEGs中筛选高风险基因;基于高风险基因从广义线性、支持向量机、极限梯度上升和随机森林模型中筛... 详细信息

目的探讨益肺宣肺降浊方(YFXF)抗血管性痴呆(VD)的作用机制。方法通过网络药理学方法获取YFXF差异表达作用靶点(YDEGs);利用列线图模型从YDEGs中筛选高风险基因;基于高风险基因从广义线性、支持向量机、极限梯度上升和随机森林模型中筛选最优机器学习模型。采用双侧颈总动脉闭塞术构建大鼠VD模型,并随机分为模型组、YFXF组(12.18 g/kg,以生药总量计),另设假手术组,每组6只。评价YFXF对VD大鼠行为学(以逃避潜伏期和穿越平台次数为指标)、大脑皮层组织病理形态学变化以及分泌磷酸蛋白1(SPP1)/磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(又名Akt)信号通路相关蛋白及SPP1 mRNA表达的影响。结果共获得6个YDEGs,其中SPP1、CCL2、HMOX1、HSPB1可能是VD的高风险基因;基于高风险基因的广义线性模型预测准确性最高(曲线下面积为0.954)。与模型组比较,YFXF可显著缩短VD大鼠的逃避潜伏期,显著增加穿越平台次数(P<0.05);可改善大脑皮层组织神经元固缩和坏死等病理损伤,显著降低SPP1蛋白及mRNA的表达水平(P<0.05),显著升高PI3K、Akt蛋白的磷酸化水平(P<0.05)。结论VD高风险基因SPP1、CCL2、HMOX1和HSPB1可能是YFXF的重要作用靶点;YFXF可能通过下调SPP1蛋白及mRNA的表达、激活PI3K/Akt信号通路来发挥抗VD作用。

关键词：益肺宣肺降浊方血管性痴呆网络药理学列线图模型机器学习模型 SPP1/PI3K/Akt信号通路

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杉木无性系与实生苗木材物理力学性能差异研究

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西南林业大学学报（自然科学） 2024年第2期44卷 209-215页

作者：陈奎刘衡王钟秦武明广西国有高峰林场广西南宁530001 中国林业科学研究院热带林业实验中心广西崇左532600 广西大学林学院广西南宁530004

为揭示杉木无性系与实生苗木材物理力学性能的差异,以26年生杉木无性系和实生苗人工林木材为研究对象,对其不同圆周方位(南北向)、不同高度位置的主要物理力学性能进行测定,考察木材强度品质系数,综合评定杉木无性系和实生苗木材的材质... 详细信息

为揭示杉木无性系与实生苗木材物理力学性能的差异,以26年生杉木无性系和实生苗人工林木材为研究对象,对其不同圆周方位(南北向)、不同高度位置的主要物理力学性能进行测定,考察木材强度品质系数,综合评定杉木无性系和实生苗木材的材质等级。结果表明:除冲击韧性外,杉木无性系木材的密度、干缩率、差异干缩、湿胀率(全干−气干)、硬度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度和横纹抗压强度均高于实生苗木材;圆周方位对杉木无性系与实生苗木材物理力学强度影响不显著;树高对杉木无性系木材气干密度、吸水率,实生苗木材基本密度、气干密度、吸水率、横纹抗压强度、硬度影响极显著,对无性系木材基本密度、全干密度、体积湿胀率,实生苗木材全干密度、体积湿胀率影响显著,对2种木材其他物理力学强度影响不显著;2种木材的气干密度、端面硬度、横纹抗压强度和顺纹抗压强度随树高增加呈现先降低后升高的趋势;除干缩性外,2种木材各物理力学性质指标均在国产材中属低等级;2种杉木木材综合品质系数较高,均为高等级材。

关键词：杉木无性系实生苗木材力学性能差异

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基于区块链共识激励机制的新型联邦学习系统

信息安全学报 2024年第1期9卷 15-32页

作者：米波翁渊黄大荣刘洋重庆交通大学信息科学与工程学院重庆400074

随着云存储、人工智能等技术的发展,数据的价值已获得显著增长。但由于昂贵的通信代价和难以承受的数据泄露风险迫使各机构间产生了“数据孤岛”问题,大量数据无法发挥它的经济价值。虽然将区块链作为承载联邦学习的平台能够在一定程度... 详细信息

随着云存储、人工智能等技术的发展,数据的价值已获得显著增长。但由于昂贵的通信代价和难以承受的数据泄露风险迫使各机构间产生了“数据孤岛”问题,大量数据无法发挥它的经济价值。虽然将区块链作为承载联邦学习的平台能够在一定程度上解决该问题,但也带来了三个重要的缺陷:1)工作量证明(Proof of Work,POW)、权益证明(Proof of Stake,POS)等共识过程与联邦学习训练过程并无关联,共识将浪费大量算力和带宽;2)节点会因为利益的考量而拒绝或消极参与训练过程,甚至因竞争关系干扰训练过程;3)在公开的环境下,模型训练过程的数据难以溯源,也降低了攻击者的投毒成本。研究发现,不依靠工作量证明、权益证明等传统共识机制而将联邦学习与模型水印技术予以结合来构造全新的共识激励机制,能够很好地避免联邦学习在区块链平台上运用时所产生的算力浪费及奖励不均衡等情况。基于这种共识所设计的区块链系统不仅仍然满足不可篡改、去中心化、49%拜占庭容错等属性,还天然地拥有49%投毒攻击防御、数据非独立同分布(Not Identically and Independently Distributed,Non-IID)适应以及模型产权保护的能力。实验与论证结果都表明,本文所提出的方案非常适用于非信任的机构间利用大量本地数据进行商业联邦学习的场景,具有较高的实际价值。

关键词：联邦学习区块链共识算法模型产权保护投毒攻击

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面向边缘计算的并发数据流接转控制模型

计算机应用 2024年

作者：张明付乐王海峰临沂大学信息科学与工程学院

为提高边缘计算应用场景中数据的传输效率，以及有效管理的并发数据流量，设计一种面向边缘计算的并发数据流接转控制模型。首先，基于数据平面开发套件的绕过内核、多核处理和多网口收发数据包等特点，实现对数据流的并发接收和转发处... 详细信息

为提高边缘计算应用场景中数据的传输效率，以及有效管理的并发数据流量，设计一种面向边缘计算的并发数据流接转控制模型。首先，基于数据平面开发套件的绕过内核、多核处理和多网口收发数据包等特点，实现对数据流的并发接收和转发处理；其次，通过以模型预测控制为核心建立系统模型，利用状态预测对控制输入优化并及时反馈调整，从而实现对数据流量的控制；最后提出一种加权轮询算法，根据缓冲区的大小和最近使用时间等因素分配权重，实现数据流负载均衡。实验结果表明，该模型能够有效控制边缘网络环境中的实时数据流速，控制误差在-1%到2%之间。在实际应用场景中边缘节点的数据流发送码率较传统Linux内核转发提高了约15.9%，传输质量和数据包时延也得到相应改善。该接转控制模型能够满足边缘集群和物联网数据中心对低延迟和高带宽的需求，在消减峰值负载的同时可优化关键计算资源。

关键词：边缘计算并发数据流数据平面开发套件模型预测控制负载均衡

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中国沿海红树林树高变异与环境适应机制

植物生态学报 2024年第4期48卷 483-495页

作者：盘远方潘良浩邱思婷邱广龙苏治南史小芳范航清广西海洋科学院(广西红树林研究中心) 广西红树林保护与利用重点实验室广西北海536000

深入理解中国沿海红树林树高变异及其机制,可以为中国沿海红树林修复、造林及重建红树林生态系统提供科学依据。该研究以1990-2022年发表的所有关于中国土壤、气候和潮差与红树林树高相关的文献为研究资料,建立红树林树高与环境因子数据... 详细信息

深入理解中国沿海红树林树高变异及其机制,可以为中国沿海红树林修复、造林及重建红树林生态系统提供科学依据。该研究以1990-2022年发表的所有关于中国土壤、气候和潮差与红树林树高相关的文献为研究资料,建立红树林树高与环境因子数据库,对比红树林树高和环境因子在广西与东南沿海之间的差异,并分析环境因子与红树林树高的关系及影响广西沿海与东南沿海红树林树高的关键因子。结果表明:(1)广西沿海红树林树高显著低于东南沿海的红树林。(2)广西与东南沿海的环境因子存在显著差异,其中年降雨量、平均潮差、土壤盐度在广西最高;土壤pH、土壤全氮含量和土壤全磷含量在广西最低。(3)除年降雨量、土壤有机质含量与红树林树高相关性不显著外,其余环境因子与红树林树高显著相关。其中,平均潮差、土壤pH和土壤盐度与红树林树高显著负相关;年平均气温、土壤密度、土壤全氮含量和土壤全磷含量与红树林树高显著正相关。(4)结构方程模型结果显示,平均潮差、土壤全磷含量和土壤pH是影响红树林树高最关键的环境因子,年降雨量和年平均气温可直接影响红树林树高或通过调控其他环境因子之间相互关系从而间接影响红树林树高。(5)线性混合效应模型显示,年平均气温、平均潮差和土壤盐度是限制广西沿海红树林树高的主要因素;而东南沿海地区(除福建外)红树林的树高主要受到土壤因子限制。

关键词：红树林树高环境因子结构方程模型线性混合效应分析中国沿海

多智能体系统基于自适应控制下的二分-分量一致性

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控制与决策 2024年第5期39卷 1754-1760页

作者：华彩凤马忠军李科赞桂林电子科技大学数学与计算科学学院广西桂林541004 桂林电子科技大学广西应用数学中心广西桂林541004 桂林电子科技大学广西密码学与信息安全重点实验室广西桂林541004

二分-分量一致性是指网络系统中部分具有相似特性智能体的某些分量随时间推移趋于相同的值,而剩余智能体的某些分量则随时间趋于相反的值,是一种弱于恒同一致和二分一致的动力学行为.为此,对符号网络上非线性多智能体系统的二分-分量一... 详细信息

二分-分量一致性是指网络系统中部分具有相似特性智能体的某些分量随时间推移趋于相同的值,而剩余智能体的某些分量则随时间趋于相反的值,是一种弱于恒同一致和二分一致的动力学行为.为此,对符号网络上非线性多智能体系统的二分-分量一致性问题展开研究.首先,针对多智能体系统中各智能体之间存在的合作关系或竞争关系,设计有效的自适应牵制控制器;随后,基于Lyapunov稳定性理论和矩阵理论,导出该非线性系统二分-分量一致性得以实现的充分条件;最后,通过数值模拟验证理论结果.

关键词：网络系统非线性多智能体系统自适应控制二分-分量一致

益肺宣肺降浊方通过影响脑源性神经营养因子改善血管痴呆记忆的作用机制

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世界中医药 2024年第12期19卷 1737-1742页

作者：陈炜匡龙娇胡跃强吴林朱健敏袁炳茂洪煌钟朱小敏蒋凌飞江西中医药大学研究生院南昌330004 广西中医药大学第一附属医院脑病科南宁530023 广西中医药大学研究生院南宁530001 广西中医药大学科学实验中心南宁530001

目的:探讨益肺宣肺降浊方及通过影响脑源性神经营养因子(BDNF)改善血管痴呆记忆的作用机制。方法:将Wistar大鼠随机分为假手术组,模型组,益肺宣肺降浊方低剂量组,益肺宣肺降浊方中剂量组,益肺宣肺降浊方高剂量组,石杉碱甲组,每组15只。... 详细信息

目的:探讨益肺宣肺降浊方及通过影响脑源性神经营养因子(BDNF)改善血管痴呆记忆的作用机制。方法:将Wistar大鼠随机分为假手术组,模型组,益肺宣肺降浊方低剂量组,益肺宣肺降浊方中剂量组,益肺宣肺降浊方高剂量组,石杉碱甲组,每组15只。其中除假手术组外均构建大脑中动脉栓塞法(MCAO)大鼠血管性痴呆模型。益肺宣肺降浊方低剂量组、中剂量组、高剂量组分别给予1.25、2.5、5 g/kg的益肺宣肺降浊方灌胃,假手术组和模型组给予同等体积的生理盐水灌胃,石杉碱甲组给予3 mg/kg的石杉碱甲灌胃。各组每日灌胃1次,持续给药4周后,进行Morris水迷宫试验检测动物神经行为学;Morris水迷宫结束后,获取大鼠海马组织,通过TUNEL染色检测海马组织细胞凋亡情况;用免疫组织化学检测海马组织中BDNF表达。结果:Morris水迷宫行为学结果显示,与模型组比较,不同剂量的益肺宣肺降浊方组的逃避潜伏期显著减少(P<0.05),穿越平台次数明显增加(P<0.05);TUNEL结果表明益肺宣肺降浊方可有效抑制海马神经元凋亡(P<0.05);免疫组织化学结果显示益肺宣肺降浊方显著上调大鼠海马组织中BDNF的表达(P<0.05)。结论:益肺宣肺降浊方可改善血管痴呆大鼠的学习和记忆功能障碍,其作用机制与抑制神经元凋亡和上调BDNF表达有关。

关键词：益肺宣肺降浊方血管痴呆脑源性神经营养因子海马神经元凋亡

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家庭智能电器负荷调度和能量分配优化算法

浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 790-798页

作者：刘迪迪杨文宇廖志贤张泉景胡聪广西师范大学电子与信息工程学院广西桂林541004 广西师范大学广西类脑计算与智能芯片重点实验室广西桂林541004 西华师范大学教育信息技术中心四川南充637009 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室广西桂林541004

为了解决家庭用电高额能耗问题和提高用户供用电收益,针对家庭中具有用电差异性的负荷进行能量调度.根据可转移属性,将家庭用电负荷分为2个类别:弹性负荷和非弹性负荷.联合分布式可再生能源和储能设备构建智能电器用电负荷调度优化模型... 详细信息

为了解决家庭用电高额能耗问题和提高用户供用电收益,针对家庭中具有用电差异性的负荷进行能量调度.根据可转移属性,将家庭用电负荷分为2个类别:弹性负荷和非弹性负荷.联合分布式可再生能源和储能设备构建智能电器用电负荷调度优化模型,基于李雅普诺夫优化理论提出时变电价下的家庭用户多电器能量分配算法.所提算法充分考虑了不同智能电器的用电负荷响应及调度优化问题.理论性能分析证明,所提算法能够在不需要系统的先验统计信息的情况下使优化目标渐近最优.对所提算法的用户收益提升能力进行仿真验证,结果表明,相较于未考虑各家用智能电器实际需求和可容忍时延的分配算法,所提算法可将用户收益提高11.2%.

关键词：智能电器调度优化李雅普诺夫优化能量分配需求响应