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贝叶斯程序分析

电子学报 2024年第4期52卷 1155-1172页

作者：张昕王冠成吴宜谦陈逸凡李天驰张羿凡熊英飞高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学) 北京100871 北京大学计算机学院北京100871

程序分析在软件开发和维护中发挥着关键作用.然而,传统基于逻辑的程序分析方法在处理现代复杂、大规模和动态特性丰富的软件系统时往往效果有限,其根源在于软件系统中的不确定性.研究人员针对具体的程序分析问题提出了一系列新的技术,... 详细信息

程序分析在软件开发和维护中发挥着关键作用.然而,传统基于逻辑的程序分析方法在处理现代复杂、大规模和动态特性丰富的软件系统时往往效果有限,其根源在于软件系统中的不确定性.研究人员针对具体的程序分析问题提出了一系列新的技术,其特征是在传统逻辑分析的基础上结合概率信息来捕获软件系统中的不确定性.通过总结和抽象这些已有工作,本文提出了贝叶斯程序分析框架,其核心思想是结合程序分析和贝叶斯统计推断,通过建模和更新关于程序的概率分布来推断有关程序行为的信息.贝叶斯程序分析采用概率逻辑编程来同时处理概率信息和逻辑信息,用统一的方式捕获了现有的多项不同工作,也能泛化到程序缺陷定位和差异调试等非传统程序静态分析任务上.本文给出了贝叶斯程序分析框架的定义,展示了该框架在程序分析和相关领域的应用,并展望了未来发展方向.

关键词：程序分析逻辑编程概率逻辑编程贝叶斯网络贝叶斯推断

合作-竞争混合型多智能体系统的虚拟遗憾优势自博弈方法

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软件学报 2024年第2期35卷 739-757页

作者：张明悦金芝刘坤西南大学计算机信息科学学院&软件学院重庆400715 北京大学计算机学院北京100871 高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学) 北京100871

合作-竞争混合型多智能体系统由受控的目标智能体和不受控的外部智能体组成.目标智能体之间互相合作,同外部智能体展开竞争,应对环境和外部智能体的动态变化,最终完成指定的任务.针对如何训练目标智能体使他们获得完成任务的最优策略的... 详细信息

合作-竞争混合型多智能体系统由受控的目标智能体和不受控的外部智能体组成.目标智能体之间互相合作,同外部智能体展开竞争,应对环境和外部智能体的动态变化,最终完成指定的任务.针对如何训练目标智能体使他们获得完成任务的最优策略的问题,现有工作从两个方面展开:(1)仅关注目标智能体间的合作,将外部智能体视为环境的一部分,利用多智能体强化学习来训练目标智能体.这种方法难以应对外部智能体策略未知或者动态改变的情况;(2)仅关注目标智能体和外部智能体间的竞争,将竞争建模为双人博弈,采用自博弈的方法训练目标智能体.这种方法主要针对单个目标智能体和单个外部智能体的情况,难以扩展到由多个目标智能体和多个外部智能体组成的系统中.结合这两类研究,提出一种基于虚拟遗憾优势的自博弈方法.具体地,首先以虚拟遗憾最小化和虚拟多智能体策略梯度为基础,设计虚拟遗憾优势策略梯度方法,使目标智能体能更准确地更新策略;然后,引入模仿学习,以外部智能体的历史决策轨迹作为示教数据,模仿外部智能体的策略,显式地建模外部智能体的行为,来应对自博弈过程中外部智能体策略的动态变化;最后,以虚拟遗憾优势策略梯度和外部智能体行为建模为基础,设计一种自博弈训练方法,该方法能够在外部智能体策略未知或者动态变化的情况下,为多个目标智能体训练出最优的联合策略.以协同电磁对抗为研究案例,设计具有合作-竞争混合特征的3个典型任务.实验结果表明,同其他方法相比,所提方法在自博弈效果方面有至少78%的提升.

关键词：多智能体强化学习虚拟遗憾最小化自博弈动态决策

ChatModeler:基于大语言模型的人机协作迭代式需求获取和建模方法

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计算机研究与发展 2024年第2期61卷 338-350页

作者：靳东明金芝陈小红王春晖北京大学计算机学院北京100871 高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学) 北京100871 上海高可信计算重点实验室(华东师范大学) 上海200050 内蒙古师范大学计算机科学与技术学院内蒙古010011

需求获取和建模是需求工程中的关键步骤,影响后续系统设计与实现.传统的需求获取和建模方法通常由需求提供者、需求分析师等多类干系人共同协作、反复迭代完成,需要耗费大量的人力.如何减轻需求提供者与需求分析师的负担、提高获取和建... 详细信息

需求获取和建模是需求工程中的关键步骤,影响后续系统设计与实现.传统的需求获取和建模方法通常由需求提供者、需求分析师等多类干系人共同协作、反复迭代完成,需要耗费大量的人力.如何减轻需求提供者与需求分析师的负担、提高获取和建模的效率有着重要意义.现有工作中有的使用知识库来提供更多知识,以辅助获取或者建模,有的利用自然语言处理等技术对获取或者建模过程进行自动化,但是它们并没有减轻需求提供者的负担.利用大语言模型(large language models,LLMs)的生成能力,提供了一种人机协作的迭代式需求获取和建模框架ChatModeler.具体来说,根据真实世界中需求团队的分工及协作关系,将部分需求提供者、需求分析师等角色的工作由大语言模型承担,而需求提供者只需要进行确认.为大语言模型扮演的各种角色进行了提示词设计,该提示词会随需求的元模型而变化.ChatModeler在7个需求案例上与3种需求模型的自动建模方法进行了14组对比实验,证明了ChatModeler在降低需求提供者的负担和生成高质量需求模型2个方面上的优越性.

关键词：需求工程需求诱导大语言模型人机协作提示工程

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联合方面注意力交互的图文方面类情感识别

北京航空航天大学学报 2024年第2期50卷 569-578页

作者：赵一成王素格廖健何东欢山西大学计算机与信息技术学院太原030006 山西大学计算智能与中文信息处理教育部重点实验室太原030006

随着多媒体的快速发展,单纯采用文本的方面类情感分析,不能准确识别用户所表达的情感。而现有图文数据的方面类情感分析方法仅考虑图文模态间的交互,忽略图文数据的不一致性和相关性。因此,提出联合方面注意力交互网络(JAAIN)模型的图... 详细信息

随着多媒体的快速发展,单纯采用文本的方面类情感分析,不能准确识别用户所表达的情感。而现有图文数据的方面类情感分析方法仅考虑图文模态间的交互,忽略图文数据的不一致性和相关性。因此,提出联合方面注意力交互网络(JAAIN)模型的图文方面类情感识别方法。所提方法针对图文数据的不一致性与相关性,通过多层次融合方面信息和图文信息,去除与给定方面无关的文本和图像,增强给定方面的图文模态数据的情感表示,将文本数据情感表示、图像数据情感表示及方面类情感表示进行拼接融合与全连接,实现图文方面类情感判别。在数据集Multi-ZOL上进行实验,实验结果表明:所提模型能够提升图文方面类情感判别的性能。

关键词：方面类情感分析注意力机制多模态情感分析情感表示多模态融合

通过触觉编码和声音为视力障碍者提供远程虚拟陪伴

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生物化学与生物物理进展 2024年第1期51卷 158-176页

作者：葛松黄轩拓林衍旎李沿橙董问天党卫民徐晶晶伊鸣许胜勇北京大学电子学院教育部纳米器件物理与化学重点实验室北京100871 北京大学信息科学技术学院北京100871 北京大学第六医院北京大学精神卫生研究所国家卫生健康委员会精神卫生学重点实验室(北京大学)国家精神心理疾病临床医学研究中心(北京大学第六医院)北京100191 山东大学微电子学院济南250100 北京大学基础医学院神经生物学系神经科学研究所神经科学重点实验室北京大学公共卫生学院北京100191

目的现有的人工视觉装置分为植入式装置和体外辅助装置两种,但它们都有一些不足之处。植入式装置需要手术植入、会造成不可恢复创伤;体外辅助装置指令相对简单、应用场景较为单一、过于依赖人工智能(AI)的判断不能提供足够的安全性。本... 详细信息

目的现有的人工视觉装置分为植入式装置和体外辅助装置两种,但它们都有一些不足之处。植入式装置需要手术植入、会造成不可恢复创伤;体外辅助装置指令相对简单、应用场景较为单一、过于依赖人工智能(AI)的判断不能提供足够的安全性。本文提出了一种将周边环境信息转化成头颈部触觉指令、并辅助以语音交互的系统,其有效性、安全性、信息量等均优于现有体外辅助技术,同时也具有低成本、低风险、适合多种生活和工作场景等优势。方法该系统借助最新的远程无线网络通讯技术、芯片技术,利用前方人员随身佩戴的微小型电子设备、摄像头和感应器,以及云端庞大的数据库和计算能力,后台人员可以实时、充分地远程(比如跨越城市)了解前方的现场景象、环境参数和人员状态等信息,通过对比云端数据库和内存数据库、AI辅助识别和人工综合分析,快速获得最合理的行动方案,并将行动指令及时传给前方人员,实现盲人导航功能。同时,也用语音互动对话提供人文关怀、情感寄托。结果本文首次提出了“远程虚拟陪伴概念”,并演示了相应的硬件和软件以及多种生活场景下的测试效果。除了可以实现基础的导航功能,比如帮助视觉障碍人群完成在超市购物、咖啡厅寻座、街道行走,以及完成更加复杂的拼图、日常娱乐打牌功能,还可以满足骑行等速度相对快的移动指令要求。结论实验结果表明,这种“远程虚拟陪伴”装置适用大量场景和需求,不仅可以用于视觉障碍人群出行、购物、娱乐,也可用于陪伴老人出行、辅助野外探险或旅行等,具有广泛的发展和应用前景。

关键词：人工视觉辅助远程虚拟伴侣触觉代码盲人导航

条带状铁建造消失之谜:铁-硅互层机制研究进展与展望

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地学前缘 2024年第1期31卷 111-126页

作者：王瑞敏沈冰北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

条带状铁建造(banded iron formation, BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关... 详细信息

条带状铁建造(banded iron formation, BIF)是指以铁-硅韵律层结构为特征的化学沉积岩。BIF不仅是重要的铁资源,也是记录早期地球演化、早期微生物活动和大气-海洋氧化还原状态的重要载体。BIF的出现和消失与重要环境事件的演变密切相关。BIF在>3.8 Ga首次出现,并在第一次大氧化事件前大量形成,在1.8~0.8 Ga沉积中断,而在成冰纪雪球地球冰期中复现,最终消失在显生宙的氧化海洋中。传统模型认为BIF的出现与消失主要受控于海洋中Fe(Ⅱ)离子的含量。在1.8~0.8 Ga期间,构造-岩浆-热液活动减弱,海洋氧化还原剧变(氧化/硫化)导致海水中的Fe(Ⅱ)被大量耗尽,BIF消失。然而,地球化学证据表明中元古代深海区域仍处于铁化状态,即Fe(Ⅱ)可以稳定存在的氧化还原状态;沉积学证据也表明中元古代仍有大量的铁岩沉积。这些富铁沉积的大量出现,表明中元古代的海洋仍具有沉积铁岩/富铁层的条件,只是不再出现BIF这种“铁-硅互层”的韵律沉积。因此,BIF在1.8~0.8 Ga的沉积中断并不是由Fe(Ⅱ)耗尽造成的,而很可能与海水中铁-硅循环变化导致“铁-硅互层”沉积模式的改变有关。本文对BIF的地质学特征进行了概述,深入探讨了BIF中富铁-富硅层的沉积模式,并从Fe(Ⅱ)的来源差异和Fe(Ⅱ)的氧化差异及Fe(Ⅲ)的保存差异3方面全面综述了BIF “铁-硅互层”机制的研究进展。在此基础上,尝试找出解决中元古代BIF消失之谜的可能方向。最后,对BIF的成因机制所承载的前寒武纪铁-硅生物地球化学循环、早期地球演化过程和早期生命信息等方面提出展望。

关键词：条带状铁建造铁循环硅循环韵律层沉积前寒武纪

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扩散年代学:进展与展望

地质学报 2024年第3期98卷 862-875页

作者：李扬吴黎光李献华造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871 岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

地质年代学为地球与行星科学研究提供时间坐标,以定量解析地质过程先后关系和时间尺度。历经百余年发展,定年技术在研究对象、测试效率、空间分辨率和时间分辨率等维度均得到大幅度提高,地质年代学研究已从仅提供时代约束过渡到更加强... 详细信息

地质年代学为地球与行星科学研究提供时间坐标,以定量解析地质过程先后关系和时间尺度。历经百余年发展,定年技术在研究对象、测试效率、空间分辨率和时间分辨率等维度均得到大幅度提高,地质年代学研究已从仅提供时代约束过渡到更加强调对地质过程时间尺度与节律的研究,进而约束地质事件的驱动机制和互馈机理。然而,基于放射性同位素衰变的绝对定年技术精度存在物理极限,不能无限提高,且其时间分辨率一般随年龄增加而变差,难以满足深时地质研究的高时间分辨率需求,发展时间分辨率不受绝对年龄约束的相对定年技术是地质年代学的重要发展方向。本文围绕扩散年代学这一具有重要发展前景的相对定年技术,在系统回顾其理论模型和测量技术的基础上,重点对制约扩散年代学准确性和精确性的问题,如扩散系数的不确定性、扩散初始条件假设、浓度曲线的测试质量以及误差评估等进行了探讨。本文还对扩散年代学近年来在岩浆储存与运移、成矿时间尺度与节律和变质过程等领域取得的部分重要进展予以评述。精确的扩散系数是开展扩散年代学研究的前提,以石英中的Ti为例,不同实验给出的扩散系数差异超过3个数量级,据此计算的花岗岩岩浆在固相线上的储存时间从几十年变化到百万年尺度,显著影响我们对岩浆储存状态的理解。高质量的元素浓度剖面测量是扩散年代学的关键,因石英Ti含量的高空间分辨率精准测量较为困难,CL灰度常被作为Ti含量的替代指标,但这需要考虑Al等元素对CL灰度的影响,并严格评估Ti含量校正曲线和扩散剖面空间尺度不匹配对定年结果的影响。高温变质过程U-Pb定年通常给出较为离散的表观年龄,并被解释为变质过程具有较长的持续时间,这一定程度上可以通过高温下同位素体系因扩散引起的不封闭予以解释。展望未来,进一步完善扩散年代学在高温体系中的研究,拓展在中低温条件下的应用,并与绝对定年深度结合,是扩散年代学的重要发展方向,也是实现深时地质研究高时间分辨率解析的必由之路。

关键词：相对定年时间分辨率扩散系数

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嵌入式系统的需求描述综述

软件学报 2024年

作者：陈小红刘少彬金芝北京大学计算机学院上海市高可信计算重点实验室(华东师范大学) 高可信软件技术教育部重点实验室(北京大学)

随着嵌入式系统的广泛应用,其需求正变得越来越复杂,需求分析成为嵌入式系统开发的关键阶段,如何准确地建模和描述需求成为首要问题.系统地调研嵌入式系统的需求描述,并进行全面的比较分析,以便更深入地理解嵌入式系统需求的核心关注点... 详细信息

随着嵌入式系统的广泛应用,其需求正变得越来越复杂,需求分析成为嵌入式系统开发的关键阶段,如何准确地建模和描述需求成为首要问题.系统地调研嵌入式系统的需求描述,并进行全面的比较分析,以便更深入地理解嵌入式系统需求的核心关注点.首先采用系统化文献综述方法,对1979年1月–2023年11月间发表的相关文献进行识别、筛选、汇总和分析.通过自动检索和滚雪球等检索过程,筛选出150篇与主题密切相关的文献,力求文献综述的全面性.其次,从需求描述关注点、需求描述维度、需求分析要素等方面,分析现有嵌入式需求描述语言的表达能力.最后,总结现有嵌入式系统软件需求描述所面临的挑战,并针对嵌入式软件智能合成任务,提出对嵌入式系统需求描述方法表达能力的要求.

关键词：嵌入式系统需求描述需求描述语言需求分析系统需求

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图知识蒸馏综述:算法分类与应用分析

软件学报 2024年第2期35卷 675-710页

作者：刘静郑铜亚郝沁汾处理器芯片全国重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 浙江大学计算机科学与技术学院浙江杭州310027

图数据,如引文网络,社交网络和交通网络,广泛地存在现实生活中.图神经网络凭借强大的表现力受到广泛关注,在各种各样的图分析应用中表现卓越.然而,图神经网络的卓越性能得益于标签数据和复杂的网络模型,而标签数据获取困难且计算资源代... 详细信息

图数据,如引文网络,社交网络和交通网络,广泛地存在现实生活中.图神经网络凭借强大的表现力受到广泛关注,在各种各样的图分析应用中表现卓越.然而,图神经网络的卓越性能得益于标签数据和复杂的网络模型,而标签数据获取困难且计算资源代价高昂.为了解决数据标签的稀疏性和模型计算的高复杂性问题,知识蒸馏被引入到图神经网络中.知识蒸馏是一种利用性能更好的大模型(教师模型)的软标签监督信息来训练构建的小模型(学生模型),以期达到更好的性能和精度.因此,如何面向图数据应用知识蒸馏技术成为重大研究挑战,但目前尚缺乏对于图知识蒸馏研究的综述.旨在对面向图的知识蒸馏进行全面综述,首次系统地梳理现有工作,弥补该领域缺乏综述的空白.具体而言,首先介绍图和知识蒸馏背景知识;然后,全面梳理3类图知识蒸馏方法,面向深度神经网络的图知识蒸馏、面向图神经网络的图知识蒸馏和基于图知识的模型自蒸馏方法,并对每类方法进一步划分为基于输出层、基于中间层和基于构造图知识方法;随后,分析比较各类图知识蒸馏算法的设计思路,结合实验结果总结各类算法的优缺点;此外,还列举图知识蒸馏在计算机视觉、自然语言处理、推荐系统等领域的应用;最后对图知识蒸馏的发展进行总结和展望.还将整理的图知识蒸馏相关文献公开在GitHub平台上,具体参见:https://***/liujing1023/Graph-based-Knowledge-Distillation.

关键词：图数据图神经网络知识蒸馏

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