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求解加权偏MaxSAT问题的通用子句加权方法

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计算机学报 2024年第6期47卷 1341-1354页

作者：郑迥之何琨华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

最大可满足性问题(Maximum Satisfiability Problem,MaxSAT)是著名的可满足性问题(Satisfiability Problem,SAT)的优化形式,也是一个经典的NP难组合优化问题.加权偏MaxSAT(Weighted Partial MaxSAT,WPMS)是最一般的一类MaxSAT问题,其中包含了必须要满足的硬子句,对应了优化问题中的约束条件,以及带权重的软子句,对应了优化问题中的优化目标.WPMS旨在满足所有硬子句的同时最大化被满足软子句的权重之和.工业场景中和学术领域中的许多优化问题都能够转化成WPMS问题进行求解,因此WPMS具有广泛的应用领域和重要的研究意义.局部搜索方法是求解WPMS问题的一种著名且被广泛研究的非完备方法.子句加权技术是WPMS局部搜索算法中常用的一种有效且关键的技术,通过为子句赋予动态权重并在搜索过程中更新它们以引导搜索方向,帮助算法逃离局部最优.最先进的WPMS局部搜索算法都提出或采用了有效的子句加权技术,以帮助它们在不同的解空间中搜索.然而,现有的子句加权技术仅根据当前局部最优解更新子句动态权重,而未考虑任何历史信息,可能导致子句加权的视野局限,对搜索方向的引导不够准确.为了解决这一问题,提出了一种新的子句加权技术,称为Hist-Weighting(Clause Weighting with Historical Information),同时考虑了当前及历史信息来更新子句的动态权重,以改进子句加权机制和局部搜索算法的搜索精度和效率.具体而言,Hist-Weighting为那些同时被当前和历史局部最优解所不满足的子句赋予更大的动态权重增量,使算法更倾向于满足那些久未被满足且难以被满足的子句,提高子句加权的准确度.此外,在Hist-Weighting中,子句动态权重的增量能够根据子句中的变元得分自适应地调整,使子句加权更具有灵活性.Hist-Weighting还为子句动态权重的增量设置了上下限,保证了子句加权的稳定性.为了评估所提出的Hist-Weighting子句加权技术的性能,将其应用于三种最先进的WPMS局部搜索算法,即BandMaxSAT、SATLike3.0和CCEHC.在近五届 MaxSAT国际算法竞赛 MaxSAT Evaluation非完备组的所有WPMS算例上的实验结果表明,应用Hist-Weighting技术的改进算法相比于原算法在获胜算例数上能够提升约10%至60%,体现了所提出的Hist-Weighting子句加权技术在求解WPMS问题时的有效性.此外,通过将应用了 Hist-Weighting的改进局部搜索算法与其变体算法对比以进行消融实验,表明了 Hist-Weighting中限制动态权重增量上下限,以及使动态权重增量根据变元得分自适应调整的机制的有效性.

关键词：最大可满足性问题局部搜索子句加权技术历史信息

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融合风格迁移的对抗样本生成方法

西安交通大学学报 2024年第7期58卷 191-202页

作者：于振华殷正叶鸥丛旭亚西安科技大学计算机科学与技术学院西安710054

针对现有面向目标检测的对抗样本生成方法泛化能力弱的问题,提出了一种融合风格迁移的对抗样本生成方法。首先,提出一种新的对抗补丁生成方法,使用风格迁移方法将风格图像不同层次特征提取并融合,生成无明显物体特征且纹理丰富的对抗补... 详细信息

针对现有面向目标检测的对抗样本生成方法泛化能力弱的问题,提出了一种融合风格迁移的对抗样本生成方法。首先,提出一种新的对抗补丁生成方法,使用风格迁移方法将风格图像不同层次特征提取并融合,生成无明显物体特征且纹理丰富的对抗补丁;然后,利用梯度类激活映射方法生成目标的特征热图,对目标不同区域在目标检测模型中的关键程度进行可视化表示;最后,构建一种热图引导机制,引导对抗补丁在攻击目标的关键位置进行攻击以提高其泛化能力,生成最终对抗样本。在DroNet室外数据集上进行实验,结果表明:针对单阶段目标检测模型YOLOv5生成的对抗样本,采用所提方法计算得到的攻击成功率可达84.07%;应用于攻击两阶段目标检测模型Faster R-CNN时,采用所提方法计算得到的攻击成功率仍保持在67.65%;与现有的主流方法相比,所提方法生成的对抗样本攻击效果较好,且具有良好的泛化能力。

关键词：目标检测对抗样本风格迁移对抗补丁热图引导

基于贪心回溯的求解完全0-1背包问题局部动态规划算法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 16-21页

作者：何琨任硕郭子杰裘天宝华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074

对于具有NP难度的完全0-1背包问题,提出了一种基于贪心与回溯思想的局部动态规划算法.该算法借鉴贪心与回溯技术快速找到近似最优解,再通过局部动态规划的结果回溯逼近最优解,兼顾了算法的正确性与时间复杂度.相比于传统动态规划算法,... 详细信息

对于具有NP难度的完全0-1背包问题,提出了一种基于贪心与回溯思想的局部动态规划算法.该算法借鉴贪心与回溯技术快速找到近似最优解,再通过局部动态规划的结果回溯逼近最优解,兼顾了算法的正确性与时间复杂度.相比于传统动态规划算法,该算法在大多数情况下能够显著缩短求解时间;相较于智能算法,该算法能够保证所求解是最优解.实验结果表明:所提出的算法在绝大多数情形下均能够在更短时间内准确找到问题的最优解,并且该算法贪心地进行最大单位平均价值成分的选取,背包容量不再直接影响求解时间,因此对于背包容量极大的情况,该算法能够极大地缩短求解时间.

关键词：完全0-1背包问题 NP难度动态规划贪心回溯

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基于持续同调的高维数据聚类算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 29-35页

作者：熊正大韦逸卓熊子恒何琨华中科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉430074 武汉科技大学香涛学院湖北武汉430081

针对复杂的高维数据,提出了基于持续同调的聚类(PHBC)算法.该算法从拓扑学的角度处理数据,通过使用单纯复形来计算不同种类样本的拓扑特征,将拓扑特征转化为持续同调信息,再将持续同调信息转化为向量形式作为聚类算法的输入,使得传统聚... 详细信息

针对复杂的高维数据,提出了基于持续同调的聚类(PHBC)算法.该算法从拓扑学的角度处理数据,通过使用单纯复形来计算不同种类样本的拓扑特征,将拓扑特征转化为持续同调信息,再将持续同调信息转化为向量形式作为聚类算法的输入,使得传统聚类算法能够处理高维度的数据.实验结果表明:PHBC算法能够应对并处理多种复杂的高维数据,与多个经典的聚类方法相比,在多种聚类指标上均有一定程度的提升,并且指标的标准差更小,即聚类结果的稳定性更高.

关键词：机器学习聚类高维数据拓扑数据分析持续同调

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基于多域融合及神经架构搜索的语音增强方法

通信学报 2024年第2期45卷 225-239页

作者：张睿张鹏云孙超利太原科技大学计算机科学与技术学院山西太原030024

为进一步提高语音增强模型的自学习及降噪能力,提出基于多域融合及神经架构搜索的语音增强方法。该方法设计了语音信号多空间域映射及融合机制,实现信号实复数关联关系的挖掘;围绕模型卷积池化运算特点,提出了复数神经架构搜索机制,通... 详细信息

为进一步提高语音增强模型的自学习及降噪能力,提出基于多域融合及神经架构搜索的语音增强方法。该方法设计了语音信号多空间域映射及融合机制,实现信号实复数关联关系的挖掘;围绕模型卷积池化运算特点,提出了复数神经架构搜索机制,通过设计的搜索空间、搜索策略及评估策略,高效自动地构建出语音增强模型。实验搜索到的最优语音增强模型与基线模型的对比泛化实验中,语音质量客观评价(PESQ)、短时客观可懂度(STOI)两大指标较最优基线模型均最大提升5.6%,且模型参数量最低。

关键词：语音增强模型复数空间域映射多域融合复数神经架构搜索低成本评估

MC-NAS:一种可视化模块贡献神经架构搜索方法

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计算机工程与应用 2024年第12期60卷 118-128页

作者：张睿李吉柴艳峰太原科技大学计算机科学与技术学院太原030024

现有的神经架构搜索方法无法直观地将网络模型与候选模块以及模型识别准确率之间的关系展示出来;同时很多NAS方法可扩展性差,无法将其搜索策略扩展至任意搜索空间。针对上述挑战,提出了一种可视化模块贡献神经架构搜索方法。提出了模块... 详细信息

现有的神经架构搜索方法无法直观地将网络模型与候选模块以及模型识别准确率之间的关系展示出来;同时很多NAS方法可扩展性差,无法将其搜索策略扩展至任意搜索空间。针对上述挑战,提出了一种可视化模块贡献神经架构搜索方法。提出了模块贡献这个概念,并通过分析贡献计算过程的窘境给出了任意搜索空间下的统一采样原则,利用统一的贡献度指导原则给出了不同搜索空间的贡献度计算策略。针对特定的约束条件通过动态网络规划算法生成神经网络体系结构。大量的实验结果表明该算法在任意搜索空间中的有效性。使用CIFAR-10、CIFAR-100和ImageNet16-120数据集在NAS-Bench-201基准测试上平均准确率达到了93.33%、71.07%、42.69%。

关键词：神经架构搜索动态网络规划可视化模块贡献链式搜索空间 cell-based搜索空间

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基于误差分治的神经网络验证

软件学报 2024年第5期35卷 2307-2324页

作者：董彦松刘月浩董旭乾赵亮田聪于斌段振华西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071

随着神经网络技术的快速发展,其在自动驾驶、智能制造、医疗诊断等安全攸关领域得到了广泛应用,神经网络的可信保障变得至关重要.然而,由于神经网络具有脆弱性,轻微的扰动经常会导致错误的结果,因此采用形式化验证的手段来保障神经网络... 详细信息

随着神经网络技术的快速发展,其在自动驾驶、智能制造、医疗诊断等安全攸关领域得到了广泛应用,神经网络的可信保障变得至关重要.然而,由于神经网络具有脆弱性,轻微的扰动经常会导致错误的结果,因此采用形式化验证的手段来保障神经网络安全可信是非常重要的.目前神经网络的验证方法主要关注分析的精度,而易忽略运行效率.在验证一些复杂网络的安全性质时,较大规模的状态空间可能会导致验证方法不可行或者无法求解等问题.为了减少神经网络的状态空间,提高验证效率,提出一种基于过近似误差分治的神经网络形式化验证方法.该方法利用可达性分析技术计算非线性节点的上下界,并采用一种改进的符号线性松弛方法减少了非线性节点边界计算过程中的过近似误差.通过计算节点过近似误差的直接和间接影响,将节点的约束进行细化,从而将原始验证问题划分为一组子问题,其混合整数规划(MILP)公式具有较少的约束数量.所提方法已实现为工具NNVerifier,并通过实验在经典的3个数据集上训练的4个基于ReLU的全连接基准网络进行性质验证和评估.实验结果表明,NNVerifier的验证效率比现有的完备验证技术提高了37.18%.

关键词：神经网络模型抽象符号传播线性近似分治

Oldroyd-B黏弹性液滴弹跳行为的改进SPH模拟

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计算力学学报 2024年第2期41卷 359-364页

作者：许晓阳周亚丽西安科技大学计算机科学与技术学院西安710054

基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SP... 详细信息

基于光滑粒子流体动力学SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的弹跳行为进行了模拟与分析。首先,为了解决SPH模拟黏弹性自由表面流出现的张力不稳定性问题,联合粒子迁移技术提出了一种改进SPH方法。然后,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击固壁面产生的铺展行为进行了改进SPH模拟,与文献结果的比较验证了方法的有效性。最后,通过降低Reynolds数捕捉到了液滴的弹跳行为;并在此基础上,分析了液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴弹跳行为的影响。结果表明,改进SPH方法可有效地模拟黏弹性自由表面流问题;液滴黏度比、Weissenberg数和Reynolds数对液滴最大回弹高度均有显著的影响。

关键词：光滑粒子流体动力学 Oldroyd-B黏弹性液滴张力不稳定粒子迁移技术弹跳行为

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2021至2023年人工智能领域研究热点分析述评与展望

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计算机研究与发展 2024年第5期61卷 1261-1275页

作者：魏子舒韩越刘思浩张圣宇吴飞浙江大学计算机科学与技术学院杭州310013

在当今数字化和智能化的时代背景下,人工智能(artificial intelligence,AI)已成为科技创新的重要引擎,总结探讨AI研究的最新趋势和未来发展方向具有重要的研究和现实意义.为此,对2021—2023年间在中国计算机学会(CCF)推荐的AI领域CCF-A... 详细信息

在当今数字化和智能化的时代背景下,人工智能(artificial intelligence,AI)已成为科技创新的重要引擎,总结探讨AI研究的最新趋势和未来发展方向具有重要的研究和现实意义.为此,对2021—2023年间在中国计算机学会(CCF)推荐的AI领域CCF-A类国际会议和期刊所发表论文的研究成果进行收集,并在此基础上采用文献计量学的方法论来通过关键词对研究热点进行分析,进行基于高频关键词分析研究热点、基于新增关键词分析研究趋势、基于引用量加权的关键词分析高影响力研究,可以梳理AI研究的主流方向、发现AI主要研究方向的相互联系和交叉融合的特点.此外,对当前研究热点如大语言模型(large language model,LLM)、AI驱动的科学研究(AI for Science)和视觉生成相关论文的关联热点进行分析,可以挖掘技术路径和方法论的演变,展现技术创新背后的科学理论和应用前景,从而进一步揭示AI研究的最新趋势和发展前景.

关键词：人工智能研究热点关键词统计分析数据挖掘