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分布式训练系统及其优化算法综述

计算机学报 2024年第1期47卷 1-28页

作者：王恩东闫瑞栋郭振华赵雅倩山东海量信息技术研究院济南250101 浪潮(北京)电子信息产业有限公司北京100875 浪潮电子信息产业股份有限公司济南250101

人工智能利用各种优化技术从海量训练样本中学习关键特征或知识以提高解的质量,这对训练方法提出了更高要求.然而,传统单机训练无法满足存储与计算性能等方面的需求.因此,利用多个计算节点协同的分布式训练系统成为热点研究方向之一.本... 详细信息

人工智能利用各种优化技术从海量训练样本中学习关键特征或知识以提高解的质量,这对训练方法提出了更高要求.然而,传统单机训练无法满足存储与计算性能等方面的需求.因此,利用多个计算节点协同的分布式训练系统成为热点研究方向之一.本文首先阐述了单机训练面临的主要挑战.其次,分析了分布式训练系统亟需解决的三个关键问题.基于上述问题归纳了分布式训练系统的通用框架与四个核心组件.围绕各个组件涉及的技术,梳理了代表性研究成果.在此基础之上,总结了基于并行随机梯度下降算法的中心化与去中心化架构研究分支,并对各研究分支优化算法与应用进行综述.最后,提出了未来可能的研究方向.

关键词：分布式训练系统 (去)中心化架构中心化架构算法 (异)同步算法并行随机梯度下降收敛速率

基于Sentinel-2时序数据的广东省英德市茶园分类研究

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1136-1143页

作者：陈盼盼任艳敏赵春江李存军刘玉北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097

茶叶是一种高附加值的经济作物,是我国南方山区乡村振兴的主要抓手。由于毁林种茶等破坏行为,导致森林资源破坏并引发水土流失等生态环境问题。快速准确获取茶园的空间分布对于政府监管和茶叶产业的规划发展至关重要。由于研究区天气多... 详细信息

茶叶是一种高附加值的经济作物,是我国南方山区乡村振兴的主要抓手。由于毁林种茶等破坏行为,导致森林资源破坏并引发水土流失等生态环境问题。快速准确获取茶园的空间分布对于政府监管和茶叶产业的规划发展至关重要。由于研究区天气多阴雨,茶园分布较为分散,与森林等植被光谱较为接近等原因,导致基于卫星影像提取茶园挑战性较大。为了摸清英德市的茶园空间分布,系统分析了中高分辨率的多光谱Sentinel-2影像数据,结合多时序多特征信息在茶园提取中的应用潜力。以英德市全境为研究区,选用2019年—2021年的9期Sentinel-2影像数据,详细分析了茶树生长的物候特征,进一步探究了茶园和其他地类在多时序中的特征变化,采用Relief算法对所有特征进行重要性排序。根据特征排序结果,选取特征权重值加权90%的特征因子,即7个植被指数特征和2个纹理特征,通过不同的组合排序构建了9种茶园分类场景,采用RF算法对所有分类场景进行精度评价,选取最佳分类场景,进一步探讨了RF分类算法和SVM分类算法对茶园提取的可行性。结果表明:(1)在进行英德市茶园提取时,2月和10月是采用多时相构造茶园多特征的最佳组合,可能因2月茶树处于萌芽期长出部分嫩绿的新叶易于和森林植被区分且在10月前后由于茶园进行了修剪其特征也较明显,因此两时相特征融合易于区分茶园。(2)RF分类方法与SVM分类方法相比,后者的精度较高,其总体精度达到91.56%,Kappa系数为0.89,生产者精度和用户精度分别为80.22%和84.56%。该研究为快速高效获取英德市茶园空间分布信息提供了一种高效的方法,同时为政府在进行茶叶产业规划、管理提供了数据支持。

关键词：茶园 Sentinel-2 时序特征机器学习分类

低碳目标下计及电动汽车V2G的虚拟电厂优化调度方法

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电信科学 2024年

作者：于卓门进宝王军吕海欧阳红北京中电普华信息技术有限公司

环保理念以及新型电力系统的技术进步促使了风电、光伏等分布式能源和电动汽车等保有量大规模快速增长。考虑电动汽车到电网能量互动（Vehicle to Grid， V2G）对多元化能源发电出力随机性及波动性的平抑作用，以及提升风/光电的消纳水... 详细信息

环保理念以及新型电力系统的技术进步促使了风电、光伏等分布式能源和电动汽车等保有量大规模快速增长。考虑电动汽车到电网能量互动（Vehicle to Grid， V2G）对多元化能源发电出力随机性及波动性的平抑作用，以及提升风/光电的消纳水平，本文采用虚拟电厂技术实现对二者的统一协调管理，进而结合电动汽车全生命周期碳排放数量和分布式能源运行时碳排放数量，构建电动汽车参与的虚拟电厂整体多目标优化模型，采用粒子群优化算法对该模型进行求解，从而优化系统运行成本及碳排放成本。在结合真实数据配置的算例模型上进行实验分析，实验结果表明本文提出的优化模型可以有效调度虚拟电厂各要素，充分发挥电动汽车V2G入网充放电带来的运行和碳排放收益，其可以为低碳目标背景下电网系统的安全稳定运行提供技术参考。

关键词：低碳目标虚拟电厂电动汽车入网分布式能源粒子群优化

低碳目标下计及电动汽车V2G的虚拟电厂优化调度方法

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电信科学 2024年第7期40卷 175-184页

作者：于卓门进宝王军吕海欧阳红北京中电普华信息技术有限公司北京100192

促使风电、光伏等分布式能源和电动汽车保有量快速增长。考虑电动汽车到电网(vehicle to grid,V2G)能量互动对多元化能源发电出力随机性及波动性的平抑作用,以及提升风/光电的消纳水平,采用虚拟电厂(virtual power plant,VPP)技术实现... 详细信息

促使风电、光伏等分布式能源和电动汽车保有量快速增长。考虑电动汽车到电网(vehicle to grid,V2G)能量互动对多元化能源发电出力随机性及波动性的平抑作用,以及提升风/光电的消纳水平,采用虚拟电厂(virtual power plant,VPP)技术实现对二者的统一协调管理,进而结合电动汽车全生命周期碳排放数量和分布式能源运行时碳排放数量,构建电动汽车参与的虚拟电厂整体多目标优化模型,采用粒子群优化算法对该模型进行求解,从而优化系统运行成本及碳排放成本。在结合真实数据配置的算例模型上进行实验分析,实验结果表明,提出的优化模型可以有效调度虚拟电厂各要素,充分发挥电动汽车V2G入网充放电带来的运行和碳排放收益,可以为低碳目标背景下电网系统的安全稳定运行提供技术参考。

关键词：低碳目标虚拟电厂电动汽车入网分布式能源粒子群优化

高分光学影像动态阈值云/阴影检测方法及应用

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遥感信息 2024年第1期39卷 139-145页

作者：魏孔亮刘效江马博文梁师航天宏图信息技术股份有限公司北京100195

云和阴影对遥感图像在目视解译、地物识别分类等应用中有非常重要的影响,由于它们的遮挡作用,导致被遮挡地区的地物信息无法被准确识别。另外,在热红外温度反演方面,云也会对温度反演产生一定程度的影响。因此,识别云和阴影是遥感应用... 详细信息

云和阴影对遥感图像在目视解译、地物识别分类等应用中有非常重要的影响,由于它们的遮挡作用,导致被遮挡地区的地物信息无法被准确识别。另外,在热红外温度反演方面,云也会对温度反演产生一定程度的影响。因此,识别云和阴影是遥感应用的必要前提。文章利用云像元在不同波段的特征表现,基于云像元表观反射率的统计值,通过构建严格的光谱阈值条件来分离确定的云像元和非云像元,再对云像元进行缓冲区扩展,结合局部区域动态阈值的方法,确定云对象和阴影对象的具体分割阈值,解决了常规采用固定阈值造成的云和阴影检测时产生大量漏检和误检的问题,可为国产高分数据在云和阴影检测技术上提供技术支撑。

关键词：云检测阴影检测动态阈值高分数据表观反射率高分光学影像

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基于多形态学成分分析的图像融合

同济大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 10-17页

作者：马晓乐王志海胡绍海北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

将多尺度分解与稀疏表示相结合,提出了一种基于多形态学成分分析(MCA)的图像融合算法。采用基于联合稀疏表示(JSR)的方法融合卡通子图像中的冗余和互补信息,并利用基于方向特征的方法融合具有更多细节信息和噪声的纹理子图像。结果表明... 详细信息

将多尺度分解与稀疏表示相结合,提出了一种基于多形态学成分分析(MCA)的图像融合算法。采用基于联合稀疏表示(JSR)的方法融合卡通子图像中的冗余和互补信息,并利用基于方向特征的方法融合具有更多细节信息和噪声的纹理子图像。结果表明,提出的图像融合算法在主观视觉效果和客观评价指标上均优于先进的图像融合算法。

关键词：图像融合多尺度分解形态学成分分析(MCA) 联合稀疏表示(JSR)

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一种消减多模态偏见的鲁棒视觉问答方法

北京大学学报（自然科学版） 2024年第1期60卷 23-33页

作者：张丰硕李豫李向前徐金安陈钰枫北京交通大学计算机与信息技术学院北京100044

为了增强视觉问答模型的鲁棒性,提出一种偏见消减方法,并在此基础上探究语言与视觉信息对偏见的影响。进一步地,构造两个偏见学习分支来分别捕获语言偏见以及语言和图片共同导致的偏见,利用偏见消减方法,得到鲁棒性更强的预测结果。最后... 详细信息

为了增强视觉问答模型的鲁棒性,提出一种偏见消减方法,并在此基础上探究语言与视觉信息对偏见的影响。进一步地,构造两个偏见学习分支来分别捕获语言偏见以及语言和图片共同导致的偏见,利用偏见消减方法,得到鲁棒性更强的预测结果。最后,依据标准视觉问答与偏见分支之间的预测概率差异,对样本进行动态赋权,使模型针对不同偏见程度的样本动态地调节学习程度。在VQA-CP v2.0等数据集上的实验结果证明了所提方法的有效性,缓解了偏见对模型的影响。

关键词：视觉问答数据集偏差语言偏见深度学习

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基于奇异值分解的隐式后门攻击方法

软件学报 2024年第5期35卷 2400-2413页

作者：吴尚锡尹雨阳宋思清陈观浩桑基韬于剑北京交通大学计算机与信息技术学院北京100091

深度神经网络训练时可能会受到精心设计的后门攻击的影响.后门攻击是一种通过在训练集中注入带有后门标志的数据,从而实现在测试时控制模型输出的攻击方法.被进攻的模型在干净的测试集上表现正常,但在识别到后门标志后,就会被误判为目... 详细信息

深度神经网络训练时可能会受到精心设计的后门攻击的影响.后门攻击是一种通过在训练集中注入带有后门标志的数据,从而实现在测试时控制模型输出的攻击方法.被进攻的模型在干净的测试集上表现正常,但在识别到后门标志后,就会被误判为目标进攻类.当下的后门攻击方式在视觉上的隐蔽性并不够强,并且在进攻成功率上还有提升空间.为了解决这些局限性,提出基于奇异值分解的后门攻击方法.所提方法有两种实现形式:第1种方式是将图片的部分奇异值直接置零,得到的图片有一定的压缩效果,这可以作为有效的后门触发标志物.第2种是把进攻目标类的奇异向量信息注入到图片的左右奇异向量中,也能实现有效的后门进攻.两种处理得到的后门的图片,从视觉上来看和原图基本保持一致.实验表明,所提方法证明奇异值分解可以有效地利用在后门攻击算法中,并且能在多个数据集上以非常高的成功率进攻神经网络.

关键词：后门攻击奇异值分解进攻成功率隐蔽性

典型饲用氨基酸的太赫兹光谱检测与密度泛函理论指认分析

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1269-1276页

作者：梁爽王莹赵文文张志勇岳健民李斌山西农业大学农业工程学院山西太谷030801 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 联想(北京)信息技术有限公司北京100085

为探索用于畜禽饲喂低蛋白日粮的典型氨基酸太赫兹波段指纹特性及其与分子结构相关性,本文基于太赫兹时域光谱技术和密度泛函理论(DFT)对蛋氨酸等6种饲用氨基酸开展了实验测量和理论振动计算分析。首先,制备了氨基酸实验样本,测量了它们... 详细信息

为探索用于畜禽饲喂低蛋白日粮的典型氨基酸太赫兹波段指纹特性及其与分子结构相关性,本文基于太赫兹时域光谱技术和密度泛函理论(DFT)对蛋氨酸等6种饲用氨基酸开展了实验测量和理论振动计算分析。首先,制备了氨基酸实验样本,测量了它们在0.5~2.0 THz的太赫兹吸收光谱,发现:蛋氨酸在1.48和1.54 THz、赖氨酸在0.95和1.67 THz、色氨酸在1.2和1.4 THz、苏氨酸在1.42 THz、组氨酸在1.4 THz、异亮氨酸在1.41和1.51 THz处呈现明显吸收特性;然后,利用GaussView软件构建了6种氨基酸单分子结构,应用DFT理论的B3LYP杂化泛函方法,结合6-311G(d,p)基组优化结构,计算获得其太赫兹波段的频谱特征,发现:蛋氨酸在1.51 THz、赖氨酸在0.89和1.68 THz、色氨酸在0.67和1.39 THz、苏氨酸在1.4 THz、组氨酸在1.4 THz、异亮氨酸在1.56和1.75 THz处有一定吸收,与实际实验测量吸收峰位基本吻合;最后,利用Gaussian软件分析了6种氨基酸在0.5~2.0 THz波段各吸收峰处的振动模式,发现:蛋氨酸1.51 THz处吸收峰源自其甲基团的面内摇摆振动;赖氨酸0.89和1.68 THz处吸收峰源自其羧基官能团的旋转和氨基官能团的面内摇摆振动;色氨酸1.39 THz处吸收峰源自其羧基官能团的面外弯曲振动;苏氨酸1.4 THz处吸收峰源自其羧基官能团的面外弯曲和氨基官能团的面内摇摆振动;组氨酸1.4 THz处吸收峰源自其氨基官能团的面内摇摆和整体摇摆振动;异亮氨酸1.56 THz处吸收峰源自其甲基团和氨基官能团的整体摇摆和羧基官能团的面外摇摆振动、1.75 THz处吸收峰源自其甲基团的整体摇摆和羧基官能团的面外摇摆振动。该研究为利用太赫兹光谱技术开展典型饲用氨基的快速定性定量研究提供理论参考。

关键词：低蛋白日粮氨基酸太赫兹密度泛函