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基于自适应低秩表示的多任务AUC优化算法

计算机学报 2024年

作者：孙宇辰许倩倩王子泰杨智勇黄庆明中国科学院计算技术研究所智能信息处理重点实验室中国科学院大学计算机科学与技术学院中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室中国科学院大学网络空间安全学院中国科学院大学大数据挖掘与知识管理重点实验室鹏城实验室

多任务学习是一种基于相似任务之间的关联性进行学习迁移，使得模型在数据不足场景下仍能表现出良好泛化性能的学习方法。在该领域内，大多数现有以准确率作为基准评价标准的方法只适用于平衡分布场景。然而，诸多实际应用如疾病检测、... 详细信息

多任务学习是一种基于相似任务之间的关联性进行学习迁移，使得模型在数据不足场景下仍能表现出良好泛化性能的学习方法。在该领域内，大多数现有以准确率作为基准评价标准的方法只适用于平衡分布场景。然而，诸多实际应用如疾病检测、垃圾邮件检测等，均涉及样本分布不平衡问题。针对多任务学习面向任务相关性的高要求，即当模型学习和共享不相关知识时，负迁移可能会影响模型朝着错误方向训练。因此，大多数现有方法在此类场景中无法得到有效应用。为解决该实际问题，设计一种能适用于样本不平衡场景的多任务学习算法变得尤为重要。本文提出了一种基于自适应低秩表示的多任务AUC优化算法，首先引入了对标签分布不敏感的ROC曲线下面积（AUC）作为该学习任务的评价指标，并建立了一种用于AUC优化的多任务学习算法，以提高模型在样本不平衡场景下的性能表现。同时，为进一步有效优化模型，本文将原始成对优化问题重构为逐样本极大极小优化问题，使得每一轮迭代复杂度由O(Lni，+ni，-)降低至O(L(ni，++ni，-))。针对多任务学习中存在的负迁移现象，本文引入了一种自适应低秩正则项，以消除模型冗余信息，同时提高模型的泛化性能。最后，通过与多个对比方法在四个仿真数据集和三个真实数据集Landmine、MHC-I和USPS上的比较，所有实验结果一致证明了本文所提出算法的有效性。

关键词：多任务学习 AUC优化低秩表示

分组密码算法在x64平台上的软件实现速度测试方法研究

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信息安全学报 2024年第3期9卷 59-79页

作者：季福磊张文涛毛颖颖赵雪锋中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室北京100093 中国科学院大学网络空间安全学院北京100049 国家密码管理局商用密码检测中心北京100036

密码算法的软件实现速度是衡量其实现性能的重要指标之一。在密码算法的设计和评估工作中,测试密码算法的软件实现速度是一项必不可少的工作。在国内外已有的工作中,关于如何在x64平台上进行密码算法的软件实现速度测试没有形成统一的... 详细信息

密码算法的软件实现速度是衡量其实现性能的重要指标之一。在密码算法的设计和评估工作中,测试密码算法的软件实现速度是一项必不可少的工作。在国内外已有的工作中,关于如何在x64平台上进行密码算法的软件实现速度测试没有形成统一的测试标准。本文以分组密码算法的速度测试为例,研究如何在x64平台上测试密码算法的软件实现速度。首先,我们通过实验分析在x64平台上对密码算法进行软件实现速度测试的过程中容易出现的问题。第二步,我们对目前已有的四种速度测试方法:Matsui速度测试方法,Fog速度测试方法,SUPERCOP速度测试方法和Gladman速度测试方法进行研究,对四种速度测试方法的异同进行比较,分析四种方法中存在的问题。第三步,我们采用理论分析与实验探究相结合的研究方法,研究如何降低速度测试过程中产生的波动性数据对实验结果的影响。我们对速度测试公式选择、样本量选择等问题进行了细致的研究。最终我们给出在x64平台上测试分组密码算法软件实现速度的最小值和平均值的有效方法。应用该方法得到的测试结果是稳定的(测试得到的速度随机性小,结果既不会偏大也不会偏小)、可靠(测试过程取样充分,测试得到的速度是可信的)、高效的(在保证测试结果可靠和稳定的前提下,取样量较小,测试过程耗时较少)。利用本文给出的速度测试方法,我们对AES算法和SM4算法在x64平台上的软件实现速度进行了实际测试。

关键词：密码算法 x64平台软件实现速度测试方法

面向复杂自然场景的遥感地学分区智能解译框架及初探

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地球信息科学学报 2024年

作者：王志华杨晓梅张俊瑶刘晓亮李连发董文贺伟中国科学院大学中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室

当下，面向多圈层耦合、人类干扰强烈的复杂自然场景遥感智能解译在地学研究和实际业务中常存在不好用的问题。为此，本文从遥感地学认知原理角度出发，在明晰遥感智能解译的使命是依托遥感大数据更好地辅助建立数字地球之后，认为达成... 详细信息

当下，面向多圈层耦合、人类干扰强烈的复杂自然场景遥感智能解译在地学研究和实际业务中常存在不好用的问题。为此，本文从遥感地学认知原理角度出发，在明晰遥感智能解译的使命是依托遥感大数据更好地辅助建立数字地球之后，认为达成一致的知识表征模型是解决问题的关键，进而提出遥感解译与地学认知应该耦合为一个系统，以实现“数据获取知识”与“知识引导数据”的双向驱动。在此基础上，提出以遥感地学分区为纽带的智能解译框架，以打通已有地学知识向遥感智能解译过程的输入与引导，增加解译结果与已有地学知识体系的匹配度。该框架主要依靠定量化的场景复杂性度量和地理分区知识耦合，形成面向遥感智能解译的地学分区方法以及分区样本抽样与规范，从而实现面向大区域的知识耦合下分区解译策略。通过复杂度与优化抽样实验、影像分区分割尺度优选、耕地类型细分等实验，初步揭示了本框架思路在优选样本、影像分割、耕地精细类型识别等遥感智能解译多方面均存在巨大潜力。

关键词：遥感大数据数字地球遥感智能解译信息提取地理分区/区划土地利用/覆被分类复杂自然场景场景分类地学知识图谱

基于有限差分的部分饱和双重孔隙介质弹性波模拟与分析

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物理学报 2024年第10期73卷 20-29页

作者：石志奇何晓刘琳陈德华中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 北京市海洋深部钻探测量工程技术研究中心北京100190

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期... 详细信息

双重孔隙介质模型考虑了岩石非均质性诱发的介观流对弹性波频散和衰减的影响,在非均质储层地震资料定量解释中取得良好的应用效果.基于双重孔隙介质理论模型,利用数值算法开展弹性波模拟工作不仅可以直观显示波的传播特征,同时也为后期地震反演成像工作奠定基础.本文基于Santos-Rayleigh部分饱和双重孔隙介质模型,利用交错网格有限差分算法模拟并分析了双重孔隙介质中的波场快照和波形曲线.采用Zener黏弹性模型近似表征介观流机制,结果表明Zener模型能够较好地反映快纵波传播特征,却无法表征慢纵波P3波在低频段的衰减特征.利用时间分裂法解决波动方程的刚性问题,提高计算效率.利用解析解验证了有限差分算法正确性的基础上,模拟了均匀介质和分层介质中的波场快照和波形曲线,清晰直观地反映了快纵波在地震频段的强衰减特征,与双重孔隙理论模型预测结果一致.模拟结果有助于进一步理解非均匀部分饱和孔隙介质中的弹性波传播特征.

关键词：双重孔隙介质有限差分频散与衰减

城-郊区域土壤铅(Pb)累积过程时空模拟:以中部某大城市为例

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环境科学 2024年第6期45卷 3493-3501页

作者：宋啸凡侯鹰董一帆杨勇高镇陈卫平云南大学国际河流与生态安全研究院昆明650091 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 华中农业大学资源与环境学院武汉430070

城-郊区域类型众多的高强度人类活动导致土壤Pb累积过程复杂、时空异质性高,使得揭示该类区域土壤Pb累积过程的时空变化特征十分困难.以国内中部某大城市典型城-郊区域为研究区,构建土壤Pb累积过程单元模型,基于土地利用分类和模拟结果... 详细信息

城-郊区域类型众多的高强度人类活动导致土壤Pb累积过程复杂、时空异质性高,使得揭示该类区域土壤Pb累积过程的时空变化特征十分困难.以国内中部某大城市典型城-郊区域为研究区,构建土壤Pb累积过程单元模型,基于土地利用分类和模拟结果,建立土壤Pb累积过程时空模拟方法,模拟研究区2013~2040年土壤Pb累积含量,阐明土壤Pb含量未来时空变化特征.结果表明,研究区2013年Pb含量平均值约为其所在省份表层Pb含量背景值的1.77倍,土壤Pb污染较重.2013~2040年Pb含量将持续增加,增加量较低(0.53~2.25 mg·kg^(-1))的区域位于研究区西部、北部和南部,占总面积的25.46%,增加量较高(3.98~5.70 mg·kg^(-1))的区域位于其东部,占总面积的17.14%.研究区东部林地面积的增加、水域和草地面积的减少导致了该区域土壤Pb含量较大幅度地上升;此外,土壤Pb含量的空间分布还同重要工厂和交通设施的分布高度相关.通过突破以往研究中将土地利用视为静态不变的局限,能够在一定程度上反映区域土地利用变化对重金属累积过程的影响,可为城-郊区域土壤Pb累积过程模拟提供方法,并为该城市城-郊区域土壤Pb污染管控提供依据.

关键词：城-郊区域土壤铅(Pb)含量土地利用模拟累积过程模型克里金插值时空模拟

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一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1513-1520页

作者：彭思敏夏善红刘向明高雅浩张洲威张巍邢学斌刘语斐毋正伟彭春荣中国科学院空天信息创新研究院传感技术联合国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

为降低激励电压和串扰噪声,实现高灵敏3维电场检测,该文提出一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片。其敏感结构由1组可动屏蔽电极和4组固定感应电极构成,固定感应电极两两对称,在压电驱动结构作用下可动屏蔽电极垂直振动,4组感应电极... 详细信息

为降低激励电压和串扰噪声,实现高灵敏3维电场检测,该文提出一种压电驱动单屏蔽电极3维电场传感芯片。其敏感结构由1组可动屏蔽电极和4组固定感应电极构成,固定感应电极两两对称,在压电驱动结构作用下可动屏蔽电极垂直振动,4组感应电极在待测电场作用下产生周期性的感应电流,通过测量4组感应电极的感应电流,并经过差分求和解耦方法可分别获得x,y,z坐标轴方向的电场分量。该文通过有限元仿真设计了3维电场传感芯片结构,分析了其测量的可行性,对关键结构参数进行优化设计,并设计了敏感芯片加工工艺流程。对研制的芯片进行了实验测试,结果表明,单屏蔽电极3维电场传感芯片在0~50 kV/m电场强度范围内,x,y,z 3轴输出灵敏度分别为0.2214 mV/(kV/m),0.3580 mV/(kV/m),2.1768 mV/(kV/m),3维电场的最大测量误差小于5.3%。

关键词：单屏蔽电极 3维电场垂直振动

不同营养水平下浮游细菌群落对盐度干扰的响应与稳定性

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湖泊科学 2024年第2期36卷 548-561页

作者：毛振镀王洪伟周天旭夏炎雷李化炳邢鹏吴庆龙中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049 南京信息工程大学南京210044 中国科学院大学中丹学院北京100049 中国科学院抚仙湖高原深水湖泊研究站玉溪652500

微生物群落是湖泊生态系统的重要组成部分,其结构和功能的稳定性对于生态系统正常执行功能和服务具有至关重要的作用。以营养富集和盐度增加为特征的全球变化深刻影响湖泊生态系统,揭示这些因素对微生物群落结构及其稳定性的影响机理具... 详细信息

微生物群落是湖泊生态系统的重要组成部分,其结构和功能的稳定性对于生态系统正常执行功能和服务具有至关重要的作用。以营养富集和盐度增加为特征的全球变化深刻影响湖泊生态系统,揭示这些因素对微生物群落结构及其稳定性的影响机理具有重要意义。本研究以浮游细菌群落为研究对象,开展2个营养水平和3个盐度干扰强度水平(对照组、3‰和9‰)的室内模拟实验;基于同一时间点的实验组和对照组之间细胞密度的差异,计算反应力、抵抗力、恢复力和时间稳定性等多个稳定性指标,尝试揭示群落的稳定性机制;借助细菌16S rRNA基因高通量测序对群落结构进行分析,阐明不同营养水平下浮游细菌群落不同类群对盐度干扰的响应。研究发现,浮游细菌的细胞密度和物种丰富度在盐度干扰后降低,对盐度敏感类群相对丰度减少;盐度干扰后水体中溶解性有机碳增加,促进了适应干扰后环境的浮游细菌生长。更高的干扰强度显著降低了细胞密度,导致了更低的抵抗力;盐度干扰和营养水平在反应力、恢复力和时间稳定性方面存在显著交互作用,在9‰盐度干扰下,高营养水平群落表现出最低的稳定性。多数稳定性指标之间表现出了显著的正相关,可以协同指示浮游细菌群落的稳定性;抵抗力和恢复力之间并不显著相关,但是可以从不同角度反映群落稳定性。未来淡水生态系统的富营养和盐度增加将显著降低浮游细菌群落稳定性,多个稳定性指标的应用和高频次观测有助于了解浮游细菌群落对干扰的响应与稳定性机制。

关键词：浮游细菌群落稳定性营养水平盐度干扰补偿过程

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基于边缘计算的并行密钥隔离聚合签名方案

电子学报 2024年第3期52卷 1002-1015页

作者：周利峰殷新春宁建廷扬州大学信息工程学院江苏扬州225127 扬州大学广陵学院江苏扬州225128 福建师范大学计算机与网络空间安全学院福建福州350007 中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室北京100093

无线医疗传感器网络的出现为患者的治疗带来了极大的便利.但是,无线医疗传感器网络中往往都使用不可信的公共信道进行数据通信并且只有唯一的云服务器处理大量的医疗数据,这就导致了通信安全、隐私保护、密钥泄露、云服务器计算负担过... 详细信息

无线医疗传感器网络的出现为患者的治疗带来了极大的便利.但是,无线医疗传感器网络中往往都使用不可信的公共信道进行数据通信并且只有唯一的云服务器处理大量的医疗数据,这就导致了通信安全、隐私保护、密钥泄露、云服务器计算负担过大、延迟高等问题.此外,现有的大多数无证书聚合签名方案无法抵抗完全选择密钥攻击.针对上述问题,本文提出一种适用于无线医疗传感器网络基于边缘计算的无证书并行密钥隔离聚合签名方案.方案引入边缘计算的架构使得签名的验证和聚合过程在更靠近终端用户的边缘层进行,在降低中心云服务器计算负担的同时还能有效的保护患者的隐私.本文方案继承了无证书和密钥隔离技术的优点,同时避免了复杂的证书管理、密钥托管以及密钥暴露等问题.在随机预言模型下证明了本文方案可以抵抗完全选择密钥攻击、Type I攻击以及Type II攻击.性能分析表明,与相关无证书签名方案相比,本文方案的计算开销至少可降低74.03%,通信开销至少可降低25%.

关键词：无线医疗传感器网络无证书聚合签名并行密钥隔离边缘计算随机预言模型完全选择密钥攻击

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菌丝–砂复合轻质土的静力强度特性研究

岩石力学与工程学报 2024年

作者：苟乐宇李飒张先伟天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室

聚苯乙烯颗粒或废弃轮胎与砂土混合得到的轻质土工材料被广泛应用于岩土工程，但其轻质填充材料会对环境产生危害。近年来，以农业废弃物麦麸为轻质材料、砂土为骨料、Pleurotus ostreatus菌丝为胶结材料组成的菌丝-砂复合轻质土(P. ost... 详细信息

聚苯乙烯颗粒或废弃轮胎与砂土混合得到的轻质土工材料被广泛应用于岩土工程，但其轻质填充材料会对环境产生危害。近年来，以农业废弃物麦麸为轻质材料、砂土为骨料、Pleurotus ostreatus菌丝为胶结材料组成的菌丝-砂复合轻质土(P. ostreatus MBLS)，因其质量轻、无污染等优势受到了广泛的关注。本文对P. ostreatus MBLS进行了静力三轴排水剪切，研究了不同基质含量、有效围压以及菌丝对MBLS的强度特性的影响。试验发现基质材料的增加会降低P. ostreatus MBLS的密度和抗剪强度。菌丝的加入提升了试样的抗剪强度，限制了试样的体变，使得P. ostreatus MBLS表现出一定的结构性，但提升程度存与有效围压大小有关。菌丝对试样强度与变形的作用在低围压条件下(约100 kPa)和小应变阶段更显著。P. ostreatus MBLS的制备方法简单且无环境污染风险，是浅层回填土工材料的潜在替代物，为岩土工程的低碳化建设提供理论指导与技术支持。

关键词：土力学轻质土菌丝三轴剪切试验强度结构性