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基于迭代协作学习框架的信誉医学参与方选择

计算机研究与发展 2024年第9期61卷 2347-2363页

作者：陆枫李炜顾琳刘帅王润衡任宇飞戴小海廖小飞金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心(华中科技大学) 武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 中澳能源信息学和需求响应技术联合研究中心(悉尼大学) 悉尼2006 分布式与高性能计算中心(悉尼大学) 悉尼2006 悉尼大学计算机学院悉尼2006 华中科技大学同济医学院附属同济医院计算机中心武汉430030

联邦学习和群智学习等协作学习技术,能够在保护数据隐私的条件下充分利用分布在各地的分布式数据深度挖掘数据中所蕴含的知识,拥有非常广阔的应用前景,尤其是在强调隐私惯例和道德约束的医疗健康领域.任何协作工作都需要选择可靠的参与... 详细信息

联邦学习和群智学习等协作学习技术,能够在保护数据隐私的条件下充分利用分布在各地的分布式数据深度挖掘数据中所蕴含的知识,拥有非常广阔的应用前景,尤其是在强调隐私惯例和道德约束的医疗健康领域.任何协作工作都需要选择可靠的参与方,协作学习中全局模型的性能在很大程度上取决于参与方的选择.然而,现有研究在选择参与方时都没有对不同机构医疗数据中存在的异质性加以直接关注.导致包含稳定性在内的全局模型的性能难以得到保障.提出了从信誉的角度尝试探索求解该问题.以迭代协作学习的方式尽可能挑选出具有良好信誉的参与方进行协作学习,以获得稳定可靠的高性能全局模型.首先,提出了一个描述医疗机构数据质量的AI信誉值指标AMP(AI medical promise),以帮助其在医疗领域中形成良好的AI生态.其次,建立了一个基于后向选择的迭代协作学习(colback-learning)框架.在单次协作学习任务中,利用后向选择方法以多项式时间复杂度迭代计算出性能良好且稳定的全局模型,完成AMP计算和积累.在AMP信誉值计算中,制定了一个综合考虑全局性能指标的评分函数,以针对医疗领域更有效地指导全局模型的训练.最后,使用真实医疗数据模拟多样化的协作学习场景.实验表明,colback-learning能够选择可靠参与方训练得到性能良好的全局模型,模型的性能稳定性比现有最好的参与方选择方法提高了1.3~6倍.全局模型的可解释性与集中式学习保持了较高的一致性.

关键词：协作学习联邦学习参与方选择数据贡献区块链神经网络

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CO_(2)/C_(3)H_(6)O在金属氧化物耦合吡咯氮生物炭表面的共/竞吸附机理研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第2期52卷 206-217页

作者：汪辉春花昌豪陈萍顾明言龚成邹帅汪一安徽工业大学能源与环境学院安徽马鞍山243002 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

本研究采用密度泛函理论,通过比较吸附量、吸附能以及态密度和电荷差分密度的分析,探究了不同金属氧化物耦合吡咯氮生物炭(CN5@MOx,MOx=ZnO、CaO、Na2O)表面CO_(2)与C_(3)H_(6)O(CO_(2)&C_(3)H_(6)O)的吸附机理。首先从CO_(2)/C_(3)H_(... 详细信息

本研究采用密度泛函理论,通过比较吸附量、吸附能以及态密度和电荷差分密度的分析,探究了不同金属氧化物耦合吡咯氮生物炭(CN5@MOx,MOx=ZnO、CaO、Na2O)表面CO_(2)与C_(3)H_(6)O(CO_(2)&C_(3)H_(6)O)的吸附机理。首先从CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分方面计算了其在CN5@MOx表面吸附量和吸附能,计算结果表明,在333 K、100 kPa时CN5@Na2O表面对CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分吸附量分别为3.65、15.34 mmol/g,吸附能分别为-145.86、-132.47 kJ/mol,均高于CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分在CN5@CaO及CN5@ZnO表面吸附。得出Na2O掺杂吡咯氮生物炭对CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分吸附效果最优。进一步研究了CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@MOx表面共/竞吸附及机理。计算结果表明,CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@Na2O、CN5@CaO、CN5@ZnO表面吸附存在临界温度(分别为333、353、393 K),超过临界温度以后CO_(2)&C_(3)H_(6)O共存体系在CN5@MOx表面吸附量较CO_(2)/C_(3)H_(6)O单组分有所提高。CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@Na2O、 CN5@CaO、 CN5@ZnO表面吸附能分别比CO_(2)或C_(3)H_(6)O单组分吸附时至少高141.59、112.77、31.75 kJ/mol,CN5@MOx表面对CO_(2)和C_(3)H_(6)O的吸附表现为协同促进作用,且CN5@Na2O对CO_(2)&C_(3)H_(6)O共同吸附效果最佳。采用电荷差分密度和态密度分析CO_(2)&C_(3)H_(6)O在CN5@MOx表面协同吸附作用机理,得出CO_(2)的吸附作用力是通过C_(3)H_(6)O与CO_(2)的间接相互作用产生的,Na2O中Na与C_(3)H_(6)O电子云重叠,发生电荷转移,增强了两者间相互作用力,CN5@Na2O表面C_(3)H_(6)O与CN5在p轨道主要共振峰结合能较CN5@ZnO低了3.43 eV,使得C_(3)H_(6)O在CN5@Na2O表面吸附最稳定。

关键词：吡咯氮生物炭金属氧化物 CO_(2) C_(3)H_(6)O

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考虑多品位能源互补的综合能源系统分级规划策略

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高电压技术 2024年第4期50卷 1457-1467,I0021-I0025页

作者：杨志豪苗世洪涂青宇刘沆华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院武汉430074 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 国网湖南省电力有限公司经济技术研究院长沙410004

为加强综合能源系统(integrated energy system,IES)的设备间配合和能源站的站间配合,实现能源的高效生产与灵活分配,构建了一种集中-分布式能源站结构,并在此基础上提出了考虑多品位能源互补的IES分级规划策略。首先,基于能源站分工的... 详细信息

为加强综合能源系统(integrated energy system,IES)的设备间配合和能源站的站间配合,实现能源的高效生产与灵活分配,构建了一种集中-分布式能源站结构,并在此基础上提出了考虑多品位能源互补的IES分级规划策略。首先,基于能源站分工的思想,建立集中-分布式能源站结构,并在其中引入热电解耦的改进燃气轮机线性化模型;然后,基于集中-分布式能源站结构和能源枢纽(energy hub,EH)理论,建立考虑多品位能源互补的IES能量耦合模型;最后,以最小化系统总体成本为目标函数,建立IES分级规划模型,确定系统中各能源站的设备配置情况与线路规划情况。算例分析表明:所提的集中-分布式能源站结构可以更好地发挥IES多能耦合的优势,由IES分级规划得到的系统拥有更好的经济性与更低的能源传输损耗。

关键词：综合能源系统分级规划燃气轮机多能互补梯级利用

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基于3D受限自组装构筑中空介孔氧化硅/碳复合微球

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高分子学报 2024年第5期55卷 604-613页

作者：王勉邓仁华朱锦涛华中科技大学化学与化工学院能量转换与存储材料化学教育部重点实验室材料化学与服役失效湖北省重点实验室武汉430074

发展简单、高效、可控的方法来制备中空介孔微球是介孔材料领域的研究热点.本工作结合嵌段共聚物的三维受限自组装(3D-CSA)和自模板碳化策略,建立了一种构筑中空介孔微球的新方法.首先,采用乳液-溶剂挥发法实现嵌段共聚物与全氟辛烷(PFO... 详细信息

发展简单、高效、可控的方法来制备中空介孔微球是介孔材料领域的研究热点.本工作结合嵌段共聚物的三维受限自组装(3D-CSA)和自模板碳化策略,建立了一种构筑中空介孔微球的新方法.首先,采用乳液-溶剂挥发法实现嵌段共聚物与全氟辛烷(PFO)在3D受限空间的分级组装,获得了核-壳结构微球,其中壳层由微相分离的嵌段共聚物构成.然后,在壳层的连续相选择性地复合氧化硅,既实现了无机框架的负载,又实现了对连续相聚合物链选择性交联.对复合微球进行煅烧处理后,实现了壳层连续相聚合物的选择性碳化,获得了中空介孔氧化硅/碳复合微球.本研究系统地阐述了核-壳型分级结构微球的形成机理和必备条件,研究了氧化硅前驱体添加量和嵌段共聚物分子量对中空介孔氧化硅/碳复合微球形貌的影响,为制备中空介孔微球材料提供了一种简便、可控的方法.

关键词：嵌段共聚物三维受限自组装中空微球介孔微球

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DFT方法研究木质素单体及二聚体的结构与拉曼光谱

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 76-81页

作者：王方原韩森叶松银珊李树王新强桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004 广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

木质素是自然界中第二丰富的天然聚合物,广泛存在于各种陆地植物的木质部中,利用木质素拉曼光谱对植物种类进行快速无损鉴别具有重要的应用价值。但由于木质素大分子构型非常复杂,对其拉曼特征光谱的仿真研究一直存在困难。利用Gaussian... 详细信息

木质素是自然界中第二丰富的天然聚合物,广泛存在于各种陆地植物的木质部中,利用木质素拉曼光谱对植物种类进行快速无损鉴别具有重要的应用价值。但由于木质素大分子构型非常复杂,对其拉曼特征光谱的仿真研究一直存在困难。利用Gaussian16W中包含的B3LYP密度泛函方法结合6-311G(d, p)基组,构建出三种木质素单体及其三种同种木质素单体构成的二聚体以及三种异种木质素单体构成的二聚体,提出了一种利用木质素的三种基本结构单体及其二聚体仿真分析木质素大分子拉曼光谱特征的方法。首先计算了三种单体的基本构型、轨道能级和电子空间分布,并分析了三种木质素单体拉曼光谱和振动模式的特点。随后利用不同组合方式的β-O-4二聚体的光谱谱峰特征,解释了特征谱峰信号位置漂移的成因,提出了判断木质素大分子信号特征的主要依据。研究结果表明,1 712 cm^(-1)谱峰信号最强且位置稳定,振动归属为碳碳双键伸缩振动,该振动归属引起的特征峰可以作为木质素大分子最主要的信号特征;1 642 cm^(-1)谱峰信号振动归属为芳香环骨架振动,仅受芳香环甲基数量影响产生劈裂,该振动归属引起的特征峰不仅可以作为识别木质素大分子最主要的信号特征也可以作为木质素内三种单体含量的判据;1 352 cm^(-1)谱峰信号振动归属为HCCH原子链摇摆振动,附近的特征峰受单体种类和聚合方式共同影响,在木质素大分子拉曼光谱中会形成信号包络,可以作为鉴别木质素的一个辅助判据。该研究对于复杂分子的光谱特征及其物理机制的仿真具有一定的借鉴价值,同时也能为植物检材的拉曼光谱分析方法提供理论指导。

关键词：木质素拉曼光谱振动模式二聚体

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基于泄漏率预测模型的蝶阀密封性能研究

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第7期52卷 99-105页

作者：熊江帆卜玉兵张国军许国良中广核工程有限公司核电安全技术与装备全国重点实验室华中科技大学能源与动力工程学院

为提高事故工况下安全壳隔离阀的密封性能，以某DN250蝶阀为研究对象，提出一种泄漏率预测方法．联合微细尺度下的密封副接触界面间隙流动的数值仿真和宏观尺度下的密封副力学变形特性仿真，建立了泄漏率与各种因素之间的定量关系．通... 详细信息

为提高事故工况下安全壳隔离阀的密封性能，以某DN250蝶阀为研究对象，提出一种泄漏率预测方法．联合微细尺度下的密封副接触界面间隙流动的数值仿真和宏观尺度下的密封副力学变形特性仿真，建立了泄漏率与各种因素之间的定量关系．通过与实验测量结果比较验证了模型的有效性．将该模型应用于密封性能影响因素分析，结果表明：减小密封面粗糙度、增大密封副过盈量，严格防止阀板负角度位移发生等，可以有效控制蝶阀的泄漏率，而材料硬度对泄漏率的影响并不显著．在分析的基础上，提出以泄漏率为直接指标确定阀门密封副最小过盈量的方法，可有效指导阀门密封副的设计与维护．

关键词：蝶阀泄漏率预测模型粗糙度过盈量

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水下固体火箭发动机复杂多相流场数值模拟

中国造船 2024年第4期 216-229页

作者：周娟杨丹华中科技大学船舶与海洋工程学院华中科技大学船舶和海洋湖北省水动力重点实验室

由于固体火箭发动机在水下工作时与水环境之间存在剧烈的传热、传质现象，其工作特性与在大气环境中有很大不同。为了获取水下固体火箭发动机的工作特性，建立了其二维轴对称模型，采用高雷诺数k-ε湍流模型对N-S方程进行封闭，利用可... 详细信息

由于固体火箭发动机在水下工作时与水环境之间存在剧烈的传热、传质现象，其工作特性与在大气环境中有很大不同。为了获取水下固体火箭发动机的工作特性，建立了其二维轴对称模型，采用高雷诺数k-ε湍流模型对N-S方程进行封闭，利用可以求解相间掺混的Mixture多相流模型对流场进行数值模拟，研究水下固体火箭发动机燃气射流流场的非定常演化过程及推力变化规律。对不同水深条件下的水下高速射流进行数值模拟，获取了射流典型界面演化规律；通过对不同水深条件下物理场的对比，获取了环境背压对推力变化与流场特性的影响规律。

关键词：固体火箭发动机水下燃气射流多相流 CFD数值模拟

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融合多尺度特征的蜗杆表面缺陷检测

光学精密工程 2024年第11期32卷 1746-1758页

作者：王蕾郭文平陈欣慰夏珉华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430070

为了改善蜗杆齿顶表面缺陷检测依赖人工检测,检测效率低下以及检测成本高昂的现状,对基于机器视觉的自动化检测方法展开研究。设计了蜗杆缺陷采集系统,针对不同缺陷发生率不同提出了数据增广策略。在YOLOv7的基础上改进算法,针对不同缺... 详细信息

为了改善蜗杆齿顶表面缺陷检测依赖人工检测,检测效率低下以及检测成本高昂的现状,对基于机器视觉的自动化检测方法展开研究。设计了蜗杆缺陷采集系统,针对不同缺陷发生率不同提出了数据增广策略。在YOLOv7的基础上改进算法,针对不同缺陷的尺寸分布差异,引入渐进特征金字塔重构颈部网络,提升模型的多尺度特征融合能力;为减少蜗杆非缺陷位置对检测结果的干扰,引入注意力机制进一步加强模型的缺陷关注能力;最后改进回归损失函数为SIOU,在网络训练中加入考虑标注框和预测框的方向,进一步提升网络的检测精度。通过对比消融实验证明了上述改进的有效性。在参数量下降20.7%的情况下,文本所提出的算法相较于YOLOv7算法精度提升了3.3%;和YOLOR,YOLOv5m等多种算法相比,本算法的检测性能最优,基本满足蜗杆表面缺陷自动化检测需求。

关键词：机器视觉表面缺陷 YOLOv7 特征金字塔

面向时变目标协同跟踪的多自主无人船分层有限时间优化调控

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控制与决策 2024年

作者：葛明峰李一凡刘智伟谷志威陈谦华中科技大学图像信息处理与智能控制教育部重点实验室中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院华中科技大学人工智能与自动化学院

针对多自主无人船(ASVs)系统的时变多目标协同跟踪问题，本文提出一种新型分层有限时间优化调控算法。设计一个反映多ASVs系统在跟踪过程中能量消耗的目标函数，接着开发一个有限时间优化估计器(FTOE)，以在ASV形成特定编队同时遵循期... 详细信息

针对多自主无人船(ASVs)系统的时变多目标协同跟踪问题，本文提出一种新型分层有限时间优化调控算法。设计一个反映多ASVs系统在跟踪过程中能量消耗的目标函数，接着开发一个有限时间优化估计器(FTOE)，以在ASV形成特定编队同时遵循期望轨迹的情况下最小化目标函数。同时，目标轨迹是可变的，不恒定的。在有限时间本地控制器(FTLC)中，通过跟踪FTOE，多ASVs系统的航行状态可以在有限时间内以最小化目标函数的方式稳定在多个预定的各种时变轨迹附近。给出了有限时间稳定性的证明，并计算了沉降时间。最后，仿真结果证明了所提出的分层算法的有效性。

关键词：时变参考信号的优化多目标编队跟踪多自主无人船(ASVs)系统有限时间优化控制