上海大学学报(自然科学版)

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1. 催化氧化降解挥发性有机物研究进展

焦正, 吴明红

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 1-18. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2350

摘要（1264）

HTML （197）

PDF（pc）（35235KB）（474）

总结了典型的挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)的来源、分类以及降解 VOCs 的纳米催化剂的主要种类和制备方法, 简述了纳米催化剂颗粒、结构和形貌等对催化活性的影响, 以及负载型贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂处理卤烃、芳香烃、含氧有机化合物、脂肪烃和含氮(硫)有机化合物的研究现状, 并归纳了 CO 和水蒸气对催化氧化 VOCs 反应的影响. 最后, 展望了挥发性有机物催化氧化消除的研究方向.

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2. 基于 MOF 模板法合成 Ce 掺杂 Co₃O₄ 富氧空位纳米花及其气敏性能

何永超, 李飞, 颜炳君, 何新华, 浦娴娟, 宁珠凯, 程伶俐, 焦正

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 19-30. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2284

摘要（1844）

HTML （19）

PDF（pc）（12625KB）（170）

Co₃O₄ 纳米材料在气体传感器应用中, 存在灵敏度不高、响应恢复时间长等问题. 采用简单的溶剂热法制备了 Ce 掺杂的 Co 基金属有机骨架 (metal organic framework, MOF) 前体. 通过热处理成功合成了 Ce 掺杂 Co₃O₄ 纳米花, 并通过 X 射线衍射 (X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜 (scanning electron microscope, SEM)、X 射线光电子能谱 (X-ray photoelectron spectroscope, XPS)、能量色散光谱 (energy dispersive spectroscope, EDS) 等表征方法, 对材料进行了物相形貌分析. 结果显示: Ce 掺杂能有效改变 Co₃O₄ 的氧分布态, 提高其氧空位含量, 由此材料制成的传感器显示出了优异的传感性能; 在 190 °C 操作温度下, 该传感器对 100×10^-6 正丁醇的响应值可达 87.79, 且其计算所得理论检出限可达 122×10^-9 .

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3. 柴油和镉污染对土壤酶活性和微生物数量的影响

何紫晨, 胡雪峰, 陆思文, 赵景龙, 兰国俊, 李梅, 张伟杰

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 31-39. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2233

摘要（1378）

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PDF（pc）（5154KB）（119）

利用盆栽实验, 研究了土壤柴油污染、镉污染和柴油+镉复合污染对土壤酶活性和微生物数量的影响. 实验土壤为上海郊区无污染水稻土, 通过不同的处理, 共设计了对照(CK)、低量柴油(CYL)、高量柴油(CYH)、低量镉(CdL)、高量镉(CdH)、高量柴油+高量镉(CYH+CdH)和高量柴油+高量镉+苗(CYH+CdH+P) 7 个处理组. 结果表明: CYH 和 CYH+CdH 处理增加了土壤脲酶(urease, UR)的活性, 最高可达 CK 组的 5.25 和 2.63 倍, 且土壤微生物数量也有相应增加; CYH、CYL 和 CYH+CdH 处理对脱氢酶(dehydrogenase, DE)活性有显著抑制作用; 镉的单污染对脱氢酶活性的影响较小, CdL 处理甚至有激活效应.

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4. 典型草本植物对 Cd-Zn-Cu 污染河道底泥的修复

沈佳怡, 高铭晶, 刘钰, 黄洵, 郭浩, 张新颖

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 40-48. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2260

摘要（1374）

HTML （6）

PDF（pc）（6844KB）（57）

以上海市某典型黑臭城市河道底泥为研究对象, 利用 6 种典型草本植物对 Cd-Zn-Cu 复合污染河道底泥进行了修复实验研究, 并考察了白三叶、高羊茅、黑麦草、披碱草、籽粒苋以及紫花苜蓿对底泥中重金属的耐受性、富集转运特征和修复效果. 结果表明: 除白三叶外, 其余 5 种实验植物对底泥中的重金属均有良好的耐受性; 黑麦草对 Cd 和 Zn 的吸收能力较强, 其体内 Zn 含量高达 707.69 mg/kg; 披碱草对 Cu 的吸收能力较强; 除紫花苜蓿对 Zn 的积累外, 其余 5 种实验植物对重金属的积累主要在地下部分; 高羊茅和黑麦草对 Cd 与 Zn 的富集系数均大于 1, 且对 Cd、Zn 及 Cu 的提取效率分别在 7%、6% 及 2% 以上, 说明这 2 种实验植物对 Cd-Zn-Cu 复合污染河道底泥具有较大的修复潜力.

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5. 华东某水库表层沉积物氨氮释放贡献量分析

朱宜平, 高佩玥, 赵一赢, 王菲菲, 黄鑫, 李怀正

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 49-56. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2331

摘要（1246）

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PDF（pc）（7107KB）（154）

通过对华东某水库进行现场水样采样, 并结合沉积物氨氮释放试验, 分析水库典型区域表层沉积物、上覆水和间隙水中总氮、氨氮含量, 揭示氮素组成的时空分布特征和表层沉积物对上覆水氨氮的影响. 结果表明: 库内氨氮和总氮呈现明显的季节变化, 且冬季明显高于夏季; 表层沉积物中总氮的质量浓度高于上覆水, 沉积物氨氮扩散通量为 0.18$\sim$0.53 mg/(m$^{2}\cdot $d), 低于污染严重水库一个数量级; 底泥-间隙水-上覆水的氨氮热力学分配过程中, 表层沉积物对氨氮具有吸附作用, 可一定程度上缓冲突发氨氮污染问题, 但水流强扰动也能短时促进底泥中氨氮向水体扩散.

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6. 新型好氧 W1-2 菌株降解四溴双酚 A 的性能

杨书娴, 胡星

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 57-66. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2267

摘要（3601）

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PDF（pc）（8423KB）（177）

W1-2 菌株是以好氧活性污泥为菌源, 以四溴双酚 A(tetrabromobisphenol A, TBBPA)驯化筛选得到的一株新型好氧降解菌株. 16S rDNA 序列表明, W1-2 菌株属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.), 主要以酶降解的模式去除 TBBPA. 在 30 ℃、pH=7、 150 r/min 和无其他碳源辅助的条件下, W1-2 菌株对 10 mg/L TBBPA 5 d 的好氧降解率可达 91.4%. 温度、转速、pH 值及 TBBPA 的质量浓度均会影响 W1-2 菌株的降解特性, 其中 pH 值对降解率的影响最大. W1-2 菌株最适宜降解和生长的环境条件为 150 r/min、30~ 35 ℃, TBBPA 质量浓度为 10 mg/L 和 pH=8. 此外, W1-2 菌株也是为数不多的无需其他碳源支持、能在高 TBBPA 质量浓度(30 mg/L)和低氧(0 r/min)条件下仍保持高降解能力的好氧降解菌株. 对 W1-2 菌株的研究, 为探究好氧环境下能降解 TBBPA 的微生物的修复提供了新的视角.

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7. 铜离子掺杂钒基配位聚合物的制备及其超级电容器性能

高云, 植传威, 刘峂欣, 吕丽萍

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 67-79. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2221

摘要（1383）

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PDF（pc）（16319KB）（73）

通过两步微波和离子交换的方法得到一种直径约为 1.5 μm 的微球形貌铜离子掺杂钒基配位聚合物 (V-Cu-HHTP). 聚合物中部分取代的 Cu$^{2+}$提高了配位聚合物的导电性和结构稳定性, 并提供 V、Cu 的协同效应, 在用于超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能. 在 1 A$\cdot$g$^{-1}$ 的电流密度下, V-Cu-HHTP 表现出 287 F$\cdot$g$^{-1}$ 的比容量, 在 10 A$\cdot$g$^{-1}$ 的大电流密度下循环 3 000 圈后, V-Cu-HHTP 的电容保持率仍有 98.6%, 比相同测试条件下未掺杂的 V-HHTP 电极表现优异 (比容量为 227 F$\cdot$g$^{-1}$, 电容保持率为 94.2%). 选取 V-Cu-HHTP 作为正极, 活性炭 (activated carbon, AC) 作为负极, 组装非对称超级电容器 V-Cu-HHTP//AC, 电压窗口达到 1.6 V. V-Cu-HHTP//AC 在功率密度为 795.0 W$\cdot$Kg$^{-1}$ 时, 最大能量密度为44.1 Wh$\cdot$Kg$^{-1}$, 优于许多钒基超级电容器. 优异的电化学性能归因于: 双金属配位聚合物的设计为体系提供了优异的协同效应, 提高了结构稳定性; Cu 离子掺杂提高了导电性; V-Cu-HHTP 的多孔特征为体系暴露更多活性位点, 提供优异的双电层电容特性.

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8. 上海市亚微米颗粒物中水溶性含氮组分的分布特征

张玉莹, 陈浩, 冯加良

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 80-90. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2232

摘要（1266）

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PDF（pc）（2728KB）（126）

细颗粒态无机和有机含氮组分的形成、转化、传输和沉降在大气氮循环中发挥重要作用. 为了解上海亚微米颗粒物(PM$_{1}$)中含氮物质的质量浓度、组成及季节变化特征, 使用大流量采样器采集了 2017—2018 年 66 个 PM$_{1}$ 样品, 并应用离子色谱仪和紫外/可见光光度计分析了水溶性无机离子和水溶性有机氮(water-soluble organic nitrogen, WSON)的质量浓度. 结果表明: 上海 PM$_{1}$中NH$_{4}^{+}$-N、NO$_{3}^{-}$-N、WSON 的年平均质量浓度分别为 1.79、0.97、0.41 μg/m³; NH$_{4}^{+}$-N 对水溶性总氮(water-soluble total nitrogen, WSTN)的贡献最高(56%), NO$_{3}^{-}$-N 次之(31%), WSON 为 13%. 上海PM$_{1}$中含氮组分的质量浓度存在冬季最高、夏季最低的季节变化趋势, 但NH$_{4}^{+}$-N、NO$_{3}^{-}$-N 和 WSON 对 WSTN 贡献的季节变化存在明显的不同, NH$_{4}^{+}$-N 在不同季节变化较小, NO$_{3}^{-}$-N 表现出显著的冬高(38%)、夏低(18%)的特点, 而 WSON 夏季最高(22%)、冬季最低(8%). 正矩阵因子分解(positive matrix factorisation, PMF)法的源解析结果表明: 二次反应和生物质燃烧贡献了上海 PM$_{1}$ 中 WSON 的 48%, 燃煤贡献了 11%, 植物源挥发性有机化合物二次转化贡献了 20%, 餐饮和机动车贡献了 21%. WSON 的来源有显著的季节变化.

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9. 共价有机骨架/碳纳米管复合材料中锂离子吸附与传输特性的分子模拟

徐毅, 崔致远, 吴凡, 袁彬

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 91-101. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2224

摘要（1384）

HTML （9）

PDF（pc）（10756KB）（162）

利用分子模拟方法对共价有机骨架 (covalent organic framework, COF)/碳纳米管(carbon nanotube, CNT) 复合材料 COF@CNT 中锂离子 (Li$^{+})$ 的吸附与传输特性开展研究, 明确了 Li$^{+}$ 的吸附位点与吸附顺序, 得到了相应的吸附能, 并观察 COF@CNT 的表观形貌变化. 当达到饱和吸附状态时, COF@CNT 的体积变化率仅为 0.25, 平均电压保持在 2.00 V 以上, 而理论容量则高达 1 402.47 mAh/g. 此外, Li$^{+}$ 在 COF@CNT 内部的电导率大于其在单纯 CNT 中电导率的实测值. 模拟结果可为此类体系的实际应用提供理论基础.

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10. CMK-3 介孔碳材料的功能化及其湿敏性能

张志伟, 樊煜, 马志恒, 李润龙, 郝晨冉, 徐甲强

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 102-110. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2262

摘要（709）

HTML （9）

PDF（pc）（9644KB）（117）

介孔材料广泛应用于储能、催化和湿度传感领域. 以有序介孔氧化硅材料 SBA-15 为模板, 通过纳米铸造法制备出比表面积大于 1 000 m²/g 的 CMK-3 介孔碳材料, 并采用过硫酸铵 (ammonium persulfate, APS) 氧化法对其进行了羧基功能化改性. 利用傅里叶变换红外光谱仪 (Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、透射电子显微镜 (transmission electron microscope, TEM)、X 射线衍射仪 (X-ray diffraction, XRD)、全自动比表面积和孔隙度分析仪对材料进行了表征. 研究结果表明, 功能化前后的 CMK-3 介孔碳材料都具有良好的有序介孔结构. 石英晶体微天平 (quartz crystal microbalance, QCM) 湿敏测试结果表明, 在羧基功能化改性后该材料对不同的湿度环境均有较好的响应, 材料的湿敏性能得到了显著增强, 特别是在 97%RH 高湿度的测试中获得了高达 1 600 Hz 的响应, 在高湿度传感器方面有较好的应用前景.

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11. Nb 对氢在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中扩散行为的作用

马星星, 陈业新, 张华伟

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 111-120. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2236

摘要（3685）

HTML （5）

PDF（pc）（10017KB）（87）

采用电化学氢渗透方法研究氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 和 Fe-13Cr-6Al-2Mo-0.5Nb 合金中的扩散行为, 分析了 0.5%Nb(质量分数, 下同)对氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中扩散行为的作用. 研究结果表明: 当在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中添加 0.5%Nb 后, 合金的晶粒得到细化, 同时合金中析出大量弥散分布的细小 Fe$_{2}$Nb 相. 0.5%Nb 的添加大幅度降低了氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中的表观扩散系数, 使氢原子在合金中的扩散激活能提高了 50.3%. Nb 原子通过提高合金中的氢陷阱浓度, 有效降低了氢原子在 FeCrAlMo 基合金中的扩散速率.

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12. 二硫化钼-氧化石墨烯纳米粒子的添加量对水性聚氨酯丙烯酸树脂涂层防腐蚀性能的影响

王江宇, 郭小凤, 石磊, 陈立全, 王旭, 刘立起

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 121-131. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2249

摘要（3840）

HTML （14）

PDF（pc）（19280KB）（170）

金属腐蚀给世界经济带来巨大损失, 防止金属腐蚀成为人们关注的焦点. 采用一种简单的方法合成二硫化钼-氧化石墨烯 (molybdenum disulfide-graphene oxide, MoS$_{2}$-GO), 将其作为纳米填料加入水性聚氨酯丙烯酸树脂 (waterborne polyurethane acrylic, WPUA) 涂层, 解决金属腐蚀的问题. 首先, 利用氨基丙基三乙氧基硅烷 (aminopropyltriethoxysilane, APTES) 对二硫化钼进行改性合成硅烷偶联剂改性二硫化钼 (molybdenum disulfide modified by silane coupling agent, A-MoS$_{2}$); 然后, 将 A-MoS$_{2}$ 与氧化石墨烯 (graphene oxide, GO) 在 N, N-二甲基甲酰胺 (dimethyl formamide, DMF) 中进行反应得到 MoS$_{2}$-GO 纳米粒子; 最后, 按照不同添加量 (0%、0.2%、0.4%、0.6%、 0.8% 和 1.0%) 将其加入 WPUA 涂层. 结果显示: MoS$_{2}$-GO 纳米粒子成功合成, 对比发现其中 0.4%MoS$_{2}$-GO/WPUA 涂层的表面平整致密, 接触角为 99.67$^{\circ}$; 在 3.5% NaCl 溶液中浸泡 28 d Bode 图中 $\vert Z\vert _{0.01{\rm Hz}}$ 为 3.19$\times $10$^{7} \Omega\cdot $cm², Nyquist 图为 1 个半圈, 相角图表现为 90$^{\circ}$ 的单峰, 表明具有更好的防腐蚀性能.

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13. 碱热耦合的膨润土-花岗岩岩屑混合物膨胀特性

秦爱芳, 胡宏亮

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 132-144. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2238

摘要（3607）

HTML （7）

PDF（pc）（7320KB）（105）

在高放废物处置库的运营过程中, 核废料的衰变热和混凝土老化产生的碱性孔隙水均会对缓冲回填材料的工作性能产生影响. 为了研究碱热耦合对缓冲回填材料膨胀特性的影响, 采用高庙子 (Gaomiaozi, GMZ) 膨润土和花岗岩岩屑混合材料, 选用 NaOH 溶液模拟碱性孔隙水, 利用水浴锅提供恒温溶液, 并将溶液在自主研制的耐腐蚀固结仪中不断循环, 分别开展 25 和 50 ${^\circ}$C 两种温度以及 0.1、0.5 和 1.0 mol/L 3 种碱性溶液浓度下的膨胀力试验, 获得了各试样的膨胀力时程曲线. 试验结果表明: 当温度相同时, 试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随碱性溶液浓度的增加而降低; 当同一浓度碱性溶液入渗时, 试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随掺岩率的增大而降低; 相同掺岩率及入渗碱性溶液浓度的试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随温度的升高而降低. 碱性溶液对膨胀力的衰减程度随溶液浓度的增加而增大, 随温度的升高而增大. 对于膨润土-花岗岩岩屑混合物, 在相同入渗溶液浓度和相同反应温度下, 膨胀力衰减率随掺岩率的增大而降低.

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14. 流体饱和多孔热弹性对称平面的动力学分析

朱媛媛, 杨骁, 吴海涛

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 145-156. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2264

摘要（1337）

HTML （10）

PDF（pc）（9060KB）（78）

在几何非线性和热局部平衡条件下, 研究不可压流体饱和多孔热弹性半平面在受到表面温度载荷作用下的动力学特性. 首先, 基于多孔介质混合物理论, 考虑几何非线性的影响, 给出了问题的数学模型; 然后, 提出了一种综合数值计算方法, 该方法通过微分求积法和二阶后向差分格式分别在空间域和时间域离散数学模型, 利用 Newton-Raphson 法求解非线性代数方程组, 从而可得到问题的数值结果. 研究表明, 本方法是有效可靠的, 且具有计算量小、精度高等优点. 最后, 考虑了材料参数和几何非线性的影响研究了流体饱和多孔热弹性半平面在表面温度载荷作用下的热力学特性.

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15. 基于内联关系的方面级情感分析方法

张克, 张文俊, 朱蕴文, 邢毅雪

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 157-169. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2265

摘要（1395）

HTML （11）

PDF（pc）（2643KB）（108）

方面级情感分析 (aspect-based sentiment analysis, ABSA) 旨在预测给定文本中特定目标的情感极性. 研究表明, 利用注意力机制对目标及其上下文进行建模, 可以获得更有效的情感分类特征表达. 然而, 目前常用的方法是通过对特定目标使用平均向量来计算该目标上下文的注意权值, 这类方法无法突出文本中个别单词对于整个句子的重要性. 因此, 提出了一种基于内联关系的方面级情感分析方法, 该方法可以对目标和上下文进行建模, 将关注点放在目标的关键词上, 以学习更有效的上下文表示. 首先使用门控循环单元 (gated recurrent unit, GRU) 对方面信息和句中单词进行融合分布式表达; 然后将分布式表达输入到结合注意力机制的长短时记忆网络 (long short-term memory network, LSTM), 通过查询机制来增加内联关系的权重, 最终得到方面级情感分类. 该模型在公开数据集上进行的实验结果表明, 该方法是有效的, 精确度均超过基线模型.

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16. 一种结合文章信息的新闻评论情感分析方法

杨一璞, 朱永华, 高海燕, 高文靖

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (1): 170-178. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2252

摘要（3945）

HTML （22）

PDF（pc）（3191KB）（220）

新闻评论表达了人们对新闻事件的看法与态度, 因此对新闻评论进行分析具有潜在的应用价值. 传统的情感分析方法仅对评论文本进行分析, 忽略了新闻文章主题及语义信息对评论的影响. 针对这个问题, 提出了一种基于支持向量机和 $K$ 均值聚类的情感分析方法, 将新闻文章信息对评论情感的影响因素引入到新闻评论的情感分类中. 实验结果证明了该方法在新闻评论情感分析任务中的有效性.

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17. 基于流形假设的骨架序列动作识别算法

彭亚新, 赵倩

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 179-200. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2316

摘要（1602）

HTML （164）

PDF（pc）（6801KB）（181）

骨架数据是通过对动作的空间几何位置进行编码获取,可以避免冗余背景信息的干扰, 是动作识别领域常用的数据类型之一.现有骨架数据的动作识别主要分为经典的骨架数据表征和基于深度学习的骨架动作识别应用.相较于传统欧氏度量下的识别方法,流形为更好地研究非线性结构提供了重要数学工具. 然而,目前仍缺乏利用流形假设对骨架数据进行动作识别的相关总结. 因此,从骨架表示、轨迹时间对齐、动作序列表征以及动作分类 4 个关键步骤出发,系统地总结了基于流形假设的动作识别工作,对比了各项工作在基准数据集上的表现. 最后,根据当前动作识别工作的发展趋势,对流形假设在动作识别方向上的进一步改进进行了展望.

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18. 考虑停车位置和步行成本的双起点单讫点通勤均衡分析

唐廷彩, 姜锐

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 201-214. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2363

摘要（1128）

HTML （16）

PDF（pc）（1242KB）（74）

考虑来自两处不同居住地的通勤者, 经由两条完全不重叠的含有瓶颈的道路,到达同一个工作地上班的问题, 引入两组通勤者对于停车位的竞争,在瓶颈模型的基础上, 构造停车位置函数,建立了考虑步行成本的出发时间选择模型.根据两组通勤者通勤高峰开始及结束的早晚关系, 将均衡状态分为 4 种情形, 并进一步考虑通勤者准点到达时刻, 分为 14 种子情形,推导得出了通勤者的出发和到达曲线. 最后,通过算例分析了两组通勤者时间价值相同且两条道路的瓶颈通行能力相同的条件下,均衡态随步行速度、出行人数变化的情况.

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19. 车辆进小区的瓶颈效应及其对路段交通流的影响

盛哲, 周文海, 高庆飞, 董力耘

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 215-225. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2292

摘要（1570）

HTML （11）

PDF（pc）（2464KB）（103）

车辆提前减速进入居民小区会形成一个交通瓶颈, 尤其在晚高峰期间会明显降低道路通行能力. 基于考虑慢启动效应的 VDR(velocity dependent randomization) 模型, 并引入期望时间反映车辆进入小区前的提前减速行为, 研究了单向单车道和双向两车道两种情况. 模拟结果显示: 当入区概率较大时, 存在一个临界进车概率, 当进车概率大于临界值时, 出现一个流量平台. 临界进车概率及其对应的流量值随入区概率的增加而减小; 当进车概率小于临界值时, 双向两车道系统流量要大于单向单车道. 双向两车道时路段上存在 3 个瓶颈, 即小区入口以及上下游路口. 小区入口与路口保持一定距离, 可减少瓶颈之间的干扰, 则小区入口位置的变化对道路通行能力的影响不明显.

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20. 基于语音能量比的解决频域ICA次序不确定性问题的算法

王志强, 王涛, 金志文

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 226-237. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2239

摘要（1306）

HTML （8）

PDF（pc）（3504KB）（74）

随着人工智能物联网(artificial intelligence & internet of things, AIoT)的发展, 硬件技术的飞速进步, 更多的智能音箱进入人们的生活, 人机交互方式也从早期的遥控变成了人声控制. 但设备中麦克风采集到的语音信号往往含有大量噪声和干扰人声, 为此需对麦克风采集到的语音进行语音分离处理. 常用的技术有频域独立成分分析(independent component analysis, ICA), 但是频域ICA存在次序不确定性问题, 即将分离出的源1分量分类到源2通道, 将分离出的源2分量分类到源1通道, 从而导致分离性能大大降低. 为此, 提出一种基于语音能量比来解决频域ICA中次序不确定性问题的算法, 有效地提高了分离性能. 在SiSEC(Signal Separation Evaluation Campaign)、ChiME(Challenge for Computational Hearing in Multisoure Environments)数据集上对分离性能进行实验, 所得结果比已有算法均有提升, 且针对强混响环境下的混合信号依然保持良好的分离性能.

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21. 基于改进樽海鞘群算法的到达时间差定位

马一鸣, 石志东, 赵康, 贡常磊, 单联海

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 238-249. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2237

摘要（3892）

HTML （8）

PDF（pc）（991KB）（135）

针对室内到达时间差(time difference of arrival, TDOA)位置估计中的非线性最优化问题, 提出用改进的樽海鞘群算法搜索目标位置. 通过选择最优主基站构造改进的适应度函数, 使适应度函数可以更好地反映解的优劣程度, 提高了搜索精度. 在初始樽海鞘种群中引入近似解, 使全局搜索的步骤得到简化, 加快了算法前期收敛速度. 采用自适应跟随策略更新追随者位置, 解决局部开发低效问题, 加快了算法后期收敛速度. 仿真结果表明, 基于改进樽海鞘群算法的 TDOA 定位技术相比其他元启发式算法具有更高的定位精度和更快的收敛速度.

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22. 基于颜色复杂度和结构张量的恰可察觉失真模型

王闯, 王永芳, 练俊杰

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 250-260. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2276

摘要（1801）

HTML （9）

PDF（pc）（13888KB）（95）

图像的恰可察觉失真(just noticeable distortion, JND)阈值是指人眼能够察觉的最小失真, 通常被用于去除图像/视频压缩中的视觉冗余. 针对 JND 模型对颜色和结构特征利用不充分的问题, 提出了一种基于颜色复杂度和结构张量的 JND 模型. 首先, 计算图像的颜色复杂度, 将其转换为与视觉敏感度相关的权值, 和对比掩蔽模型结合以提升模型的准确性; 然后, 利用结构张量对局部特征进行表示, 建立基于局部结构特征的调制因子, 估计结构不规则区域的视觉冗余程度; 最后, 将基于颜色复杂度的 JND 模型和基于结构张量的调制因子结合, 建立基于颜色复杂度和结构张量的 JND(complexity structure tensor based JND, CSJND)模型. 实验结果表明, 相比于已有的模型, 该模型在主观感知质量相同的前提下, 能使 PSNR 值明显降低; 该模型更加符合人眼的视觉特性, 能更准确地估计出 JND 阈值.

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23. 基于深度学习的图像抠图技术

王榕榕, 徐树公, 黄剑波

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 261-269. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2287

摘要（1567）

HTML （48）

PDF（pc）（5423KB）（433）

图像抠图(image matting)技术是图像编辑技术的基础, 广泛应用于影视后期制作和日常生活. 基于深度学习的图像抠图网络, 通过输入的原图和三元图来估计每个像素的 $\alpha$ 值. 在原下、上采样的图像抠图技术基础上, 针对抠图数据集图像差异较大容易造成网络收敛较慢的问题, 在每个卷积层后加入了批量标准化(batch normalization, BN)层, 对输入数据进行归一化操作, 加快模型收敛速度, 同时参数更新方向更符合数据集整体特性; 针对抠图任务需要更关注物体边缘部分的特点, 使用可变形卷积(deformable convolution)层替换普通卷积层. 可变形卷积层会根据不同输入数据自适应学习卷积核形状, 有效扩大感受野范围, 在细节部分有更好的预测效果.

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24. 基于分层标注的中文嵌套命名实体识别

金彦亮, 谢晋飞, 吴迪嘉

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 270-280. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2283

摘要（1728）

HTML （27）

PDF（pc）（1410KB）（211）

中文命名实体识别在中文信息处理中扮演着重要的角色. 在中文信息文本中, 许多命名实体内部包含着嵌套实体. 然而, 已有研究大多聚焦在非嵌套实体识别, 无法充分捕获嵌套实体之间的边界信息. 采用分层标注方式进行嵌套命名实体识别(nested named entity recognition, NNER), 将每层的实体识别解析为一个单独的任务, 并通过Gate过滤机制来促进层级之间的信息交换. 利用公开的1998年《人民日报》NNER语料进行了多组实验, 验证了模型的有效性. 实验结果表明, 在不使用外部资源词典信息的情况下, 该方法在《人民日报》数据集上的F1值达到了91.41%, 有效提高了中文嵌套命名实体识别的效果.

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25. 基于图拉普拉斯的多标签类属特征选择

吴喆君, 黄睿

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 281-290. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2243

摘要（3916）

HTML （6）

PDF（pc）（794KB）（113）

多标签特征选择能够有效去除冗余特征并提升分类精度, 是解决"维数灾难"问题的有效方法. 然而, 已有的多标签特征选择算法是对所有标签选择出相同的特征, 忽略了标签与特征之间的内在联系. 事实上, 每个标签都具有反映该标签特有属性的特征, 即类属特征. 提出一种基于图拉普拉斯的多标签类属特征选择(multi-label label-specific feature selection based on graph Laplacian, LSGL)算法. 对于每个类别标签, 基于拉普拉斯映射获得数据的低维嵌入, 再通过稀疏正则化获得数据空间到嵌入空间的投影矩阵, 接着通过分析矩阵系数确定每个标签相应的类属特征, 最后使用类属特征进行分类. 在 5 个公共多标签数据集上的多标签特征选择与分类实验结果证明了所提算法的有效性.

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26. 钨/石墨烷/钨第一壁材料缺陷与力学性能的第一性原理计算

郭顺, 张兆春, 谢耀平, 郭海波

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 291-303. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2240

摘要（1257）

HTML （7）

PDF（pc）（9998KB）（126）

托卡马克装置是实现可控热核聚变的主要装置之一, 而第一壁材料在确保托卡马克装置稳定运行的过程中起着至关重要的作用. 钨金属已被广泛使用作为第一壁材料, 但是聚变反应产生的氦原子在进入钨晶体后易形成"氦气泡"和点缺陷, 严重影响托卡马克装置第一壁材料的稳定性. 首次设计将钨/石墨烷/钨体系作为第一壁材料. 第一性原理计算结果表明, 钨/石墨烷/钨第一壁材料中的界面可以捕获氦原子和空位, 且能促进自填隙钨原子与空位复合, 从而降低钨体相中的缺陷密度; 弹性常数计算结果表明, 石墨烷层的存在可以提高钨金属的柯西压力值($C' $)和各向异性因子($A$), 使第一壁材料的延展性得以提高, 且不易出现裂纹, 但是在相同温度下钨/石墨烷/钨第一壁材料的力学模量有所下降; 利用准简谐德拜模型计算吉布斯自由能 $G^*$、定容热容$C_\mathrm V$、熵($S$)等热力学函数结果表明, 钨/石墨烷/钨第一壁材料的热力学稳定性与纯钨金属相比有所下降.

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27. 不同结构 ZnO 的可控合成及其对气敏性能的影响

李绅, 周荻雯, 何新华, 李飞, 宁珠凯, 焦正

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 304-313. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2285

摘要（1846）

HTML （9）

PDF（pc）（13569KB）（148）

材料的微观形貌是影响其气敏性能的主要因素. 低维结构材料因反应时的团聚问题, 极大地限制了其应用. 因此, 通过设计合成多级结构的纳米材料来提高性能至关重要. 通过控制水热时间、阴离子表面活性剂柠檬酸钠的浓度以及 pH 值来调节形貌, 在水热条件下成功合成了多级片球状、片花状以及馒头状 3 种形貌的 ZnO 纳米材料. 通过对气敏性能进行测试, 发现多级片球状形貌具有较好的气体敏感性. 在 340 ${^\circ}$C 时, 对 100$\times10^{-6}$ 正丁醇的气敏响应达到 238, 比相同条件下的乙醇高 2.12 倍, 显示出了较好的选择性. 通过研究多级结构的生长机理及传感机制, 为设计多级体系结构 ZnO 高性能气敏材料提供了数据依据.

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28. 面向遥感图像的小样本目标检测改进算法研究

李成范, 赵俊娟

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 314-323. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2352

摘要（1496）

HTML （19）

PDF（pc）（6200KB）（191）

针对传统的遥感图像目标检测中面临的小样本以及目标样本分布不均衡等问题, 提出了一种基于改进的卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的遥感图像小样本目标检测算法. 首先, 该算法利用 $K$ 近邻($K$-nearest neighbor, kNN)回归分别对每个点和卷积层提取特征构建局部邻域; 同时, 通过最大池化聚合所有局部特征进行全局特征表示; 最后, 采用全连接层与缩放指数型线性单元(scaled expected linear unit, SELU)激活函数计算各类别对应的概率并分类. 实验结果表明, 该算法能够更有效地融合局部特征, 提高了遥感图像小样本目标识别与检测的精度, 同时保持信息的非局部扩散.

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29. 磁耦合谐振式超导无线输电频率特性

代朋, 韩淑伦, 周迪帆, 郭艳群, 蔡传兵

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 324-332. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2320

摘要（1345）

HTML （3）

PDF（pc）（2722KB）（124）

传统无线输电系统在低频条件下的传输效率较低, 限制了其在电动汽车、水下潜艇等低频大功率无线输电场景的应用. 针对此问题, 提出使用高温超导线圈替代铜线圈的解决方案. 通过理论分析和实验验证, 研究了不同工作频率下超导与铜无线输电系统的传输特性. 结果表明, 超导线圈相比于铜线圈具有更低的电阻和更高的品质因数, 在低频条件下超导线圈具有独特优势, 同时证明了在低频工作的无线输电系统中, 使用超导线圈可大幅提升系统的输出功率和传输效率.

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30. 电荷比特的超强藕合实现及量子态转移

俞静, 周沫, 黄堂友, 郝敏佳, 陈玺

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 333-346. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2345

摘要（1200）

HTML （5）

PDF（pc）（1951KB）（90）

基于超导量子电路中光与物质相互作用强度的可调性, 研究了库珀对盒子(Cooper-pair box, CPB)与LC谐振电路耦合的电路模型, 证明了可以通过减小CPB的约瑟夫森能量和增加LC谐振子阻抗, 实现光与物质的超强耦合(ultra-strong coupling, USC)和深度强耦合(deep-strong coupling, DSC)相互作用. 在此基础上, 进一步提出了具有一定抗噪性的 USC 双比特超导电路模型, 并以该模型作为非相干中介实现了两个Transmon系统间的量子态转移(quantum-state transfer, QST). 研究结果为在超导量子系统中实现USC相互作用提供了新的方案, 并有望进一步应用于量子调控、量子模拟和量子信息处理等领域.

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31. $\bf\Lambda _{\bf c} \textbf{(2880)}^{\bf +} \textbf{2}$D波激发态的强衰变

李阳, 张爱林

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (2): 347-356. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2324

摘要（1173）

HTML （36）

PDF（pc）（1851KB）（259）

在$^3P_0 $模型框架下, 计算$\Lambda _{c} (2880)^+$作为2D波激发态的衰变宽度和分支比, 确定其量子态并探究内部激发模式. 计算结果表明: $\Lambda _{c} (2880)^+$有可能是2D激发态$\Lambda _{{c}2} \big(\frac{3}{2}^+\big)$, $J^P=\frac{3}{2}^+$, 且$n_\rho =1$、$l_\lambda =2$, 为径向$\rho $激发、轨道$\lambda $激发的激发模式, 总衰变宽度${\it\Gamma}_{total} =18.53$ MeV, 分支比比值$R={\it\Gamma}(\Lambda _{c}(2880)^+\to \Sigma _{c}(2520)\pi)$/${\it\Gamma}(\Lambda _{c} (2880)^+\to \Sigma _{c} (2455)\pi)=0.16$; 也可能是2D激发态$\Lambda _{{c}2}^{'}\big(\frac{3}{2}^+\big)$, $J^P=\frac{3}{2}^+$, 且$n_\lambda =1$、$l_\lambda =2$, 为径向$\lambda $激发、轨道$\lambda $激发的激发模式, 总衰变宽度${\it\Gamma} _{total} =1.69$ MeV, 分支比比值$R={\it\Gamma}(\Lambda _{c} (2880)^+\to \Sigma_{c}(2520)\pi )$/${\it\Gamma} (\Lambda_{c} (2880)^+\to \Sigma_{c}(2455)\pi )=0.10$.

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32. 材料信息学——数据驱动的材料研发

张统一

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 357-360. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2370

摘要（2105）

HTML （200）

PDF（pc）（587KB）（398）

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33. 基于 Jaya 优化标定的高精度数据采集方法

张合生, 焦鹏, 胡琪睿, 蔡江乾, 胡顺波, 曹贺, 欧阳求保

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 361-371. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2372

摘要（1829）

HTML （31）

PDF（pc）（1195KB）（124）

材料基因组工程融合高通量实验、高通量计算和数据库及人工智能技术, 能加速实现新材料的研发. 然而, 如何快速且可靠地从实验设备中采集数据是材料基因组工程的重要问题. 针对高精度数据采集系统标定数据时间不同步的问题, 以线性模型作为采集数据处理参数的模型, 以设备显示值作为数据采集真实值, 构建数据处理参数寻优的目标函数; 基于 Jaya 优化算法实现了模型参数优化搜索; 最后以设备温度数据采集为例, 构建了高精度数据采集系统并进行实验验证. 实验结果表明, 采用优化后的模型参数, 数据采集平均误差仅为 0.13 ${^\circ}$C, 精度可达 99.89%, 相比于非优化模型参数, 平均误差降低了 63.20%, 显著提高了数据采集精度.

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34. 结合上下文词汇匹配和图卷积的材料数据命名实体识别

陈茜, 武星

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 372-385. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2377

摘要（1857）

HTML （25）

PDF（pc）（1294KB）（200）

材料领域的文献中蕴含着丰富的知识, 利用机器学习和自然语言处理等手段对文献进行数据挖掘是研究热点. 命名实体识别(named entity recognition, NER)是高效利用挖掘和抽取数据中信息的首要步骤. 为了解决现有实体识别方法中存在的向量表示无法解决一词多义、模型常提取上下文特征而忽略全局特征等问题, 提出了一种基于上下文词汇匹配和图卷积命名实体识别方法. 该方法首先利用 XLNet 获取文本的上下文动态特征, 其次利用长短期记忆网络并结合文本上下文匹配词汇的图卷积神经网络(graph convolutional network, GCN)模型分别获取上下文特征与全局特征, 最终经过条件随机场输出标签序列. 2 种不同语料对模型进行验证的结果表明, 该方法在材料数据集上的精确率、召回率和 F1 值分别达到 90.05%、88.67% 和 89.36%, 可有效提升命名实体识别的准确率.

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35. 基于自然语言处理的材料领域知识图谱构建方法

魏晓, 王晓鑫, 陈永琪, 张惠然

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 386-398. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2380

摘要（2193）

HTML （39）

PDF（pc）（6137KB）（305）

如何将材料领域知识与机器学习技术相结合是材料智能研究迫切需要解决的问题. 知识图谱(knowledge graphs, KGs)作为一种高效的知识组织模型, 可以有效地对材料领域知识进行表示、组织和推理, 从而提升材料机器学习算法的智能水平. 研究了基于自然语言处理技术的材料领域知识自动获取方法, 提出了基于双向门控循环单元-图神经网络-条件随机场(bidirectional-gated recurrent unit-graph neural network-conditional random field, Bi-GRU-GNN-CRF) 的材料实体关系联合抽取方法, 以及基于改进 TextRank 算法的材料工艺知识抽取方法, 实现了从专利、论文等材料文献中自动获取材料实体、关系、工艺流程等材料领域知识. 实验结果表明, 所提出的材料知识获取方法具有较好的精度和召回率, 能够有效提升材料知识图谱的知识覆盖度. 基于该方法构建的材料领域知识图谱的知识覆盖率达到了80%, 能够为材料智能研发提供更加全面的知识支撑. 同时, 构建了非调制特殊钢、铝基复合材料、热障陶瓷涂层材料 3 个材料领域知识图谱, 并进行了应用探索, 进一步验证了知识图谱为材料研发提供知识支撑的可能性.

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36. 材料基因组工程专用数据库

岳溪朝, 冯燕, 刘健, 于烨泳, 席慷杰, 钱权

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 399-412. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2388

摘要（2533）

HTML （58）

PDF（pc）（6883KB）（406）

材料数据具有多源、异构、高维等特点, 收集纷繁复杂的材料数据, 建立材料基因工程专用数据库, 是实现数据驱动的新材料研发的基础. 以材料数据的规范化表示、机器学习建模及模型跨域部署、材料数据隐私保护下的机器学习、利用知识图谱从材料数据库到知识库等材料基因专用数据库的若干核心技术为基础, 介绍了材料基因数据库平台的系统架构及实现、平台超算部署及运行. 最后以反钙钛矿负膨胀材料为例, 介绍了材料基因工程数据库平台从数据归档到机器学习建模, 再到逆向设计, 以及最终实验验证的整个流程.

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37. 基于区块链的数据版权保护与组合竞拍

徐宇钦, 钱权

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 413-426. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2376

摘要（1713）

HTML （16）

PDF（pc）（3954KB）（90）

基于区块链、数字水印以及密封递价拍卖的组合竞拍算法, 设计并实现了一套数据版权保护与组合竞拍系统. 首先, 采用去中心化的区块链技术, 结合智能合约来存储数据版权的上链记录、版权交易记录等, 通过共识机制使得网络中的各个节点在互不信任的情况下达成共识, 提升了版权管理系统的公信力. 其次, 数字水印作为一种特殊的编码, 能够将水印信息隐藏在数据中, 通过验证水印信息就可甄别版权归属. 结果表明, 所设计的数字水印模块对原始数据大小增加很少, 且可高效地实现数字水印的嵌入和提取. 最后, 设计了一种组合竞拍算法来自动化地为版权拥有者挑选出最优的出价组合, 实现数据版权的价值交换.

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38. 基于卡尔曼滤波的含噪声小样本数据处理方法

刘芬, 范洪强, 吕涛, 李谦, 钱权

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 427-439. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2379

摘要（1871）

HTML （18）

PDF（pc）（1783KB）（140）

提出一种基于卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波的小样本噪声数据处理方法. 首先, 通过物理模型或经验公式建立系统模型. 然后, 利用系统模型预测模型数据. 最后, 采用观测数据修正模型数据, 达到平滑数据噪声的效果. 实验结果表明, 对于BC500耐候钢腐蚀增重数据, 用差分整合移动平均自回归(autoregressive integrated moving average, ARIMA)模型和随机森林(random forest, RF)模型进行腐蚀增重预测时, 经卡尔曼滤波降噪后, 决定系数$R^2$平均提升6.4%, 而经扩展卡尔曼滤波降噪后, $R^2$平均提升4.9%, 验证了本方法的有效性.

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39. 聚丙烯复合材料老化数据集成学习

武星, 高进, 丁鹏

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 440-450. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2382

摘要（1603）

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PDF（pc）（4113KB）（194）

聚丙烯复合材料老化实验周期长, 且单次实验采集的数据样本少, 使用传统机器学习方法进行预测的准确度较低. 为了解决聚丙烯复合材料老化数据样本少与预测准确性低的问题, 提出了一种虚拟样本生成(virtual sample generation, VSG)的集成学习预测方法. 首先, 对聚丙烯复合材料老化数据使用高斯混合模型(Gaussian mixed model, GMM)虚拟样本生成方法平滑生成验证有效的虚拟样本; 然后, 使用生成后的数据集建立集成学习预测模型, 该模型包含随机森林(random forest, RF)、极端梯度提升(extreme gradient boosting, XGBoost)算法、轻量级梯度提升机(light gradient boosting machine, LightGBM)算法以及分类梯度提升(categorical boosting, CatBoost)算法. 实验表明: 集成学习模型的 LightGBM 算法与 CatBoost 算法性能最优, 在测试数据上均方误差为 0.001 3 与 0.000 1, 比 RF 算法与 XGBoost 算法分别高出 0.4 与 0.2. 聚丙烯复合材料老化虚拟样本生成与集成学习方法可以有效解决实验周期长、单次实验采集的数据样本少的问题, 并可取得比单一机器学习算法更优的性能.

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40. 小样本分散数据的回归建模和多目标优化

姚煜, 胡涛, 付建勋, 胡顺波

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 451-462. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2387

摘要（2378）

HTML （22）

PDF（pc）（5003KB）（266）

小样本分散数据上的回归对建模有一定挑战, 利用高斯过程对其回归进行建模, 即采用极大似然估计进行核函数的超参数学习, 通过后验来计算回归结果并预测出目标函数的均值和方差. 在此基础上结合方差的多目标优化, 在进行材料逆向设计的同时能对设计结果的不确定性进行估计. 对 1215MS 非调质钢和三点弯混凝土数据集进行了实验验证. 实验结果表明, 对于三点弯混凝土平均有 50% 实验数据落在预测的 95% 置信区间内, 高斯过程回归 (Gaussian process regression, GPR) 模型可以较好地度量分散小样本数据的不确定性, 进行合理预测. 对于 1215MS 非调质钢数据集, 在高斯过程回归模型的基础上, 运用带精英策略的非支配遗传算法 (elitist non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ) 进行多目标优化, 将材料的力学性能以及所对应的方差作为优化目标, 在考虑最优力学性能的同时兼顾不确定因素对实验结果的影响, 得到最优帕累托解集, 以此作为下次实验的候选点, 辅助材料设计和制备优化.

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2022年，第28卷