基于小批量随机梯度下降法的SVM训练隐私保护方案

使用支持向量机(support vector machine,SVM)处理敏感数据时,隐私保护很重要,已有SVM隐私保护方案基于批量梯度下降法(batch gradient descent,BGD)进行训练,计算开销巨大.针对该问题,提出基于小批量随机梯度下降法(mini-batch stochastic gradient descent,Mini-batch SGD)的SVM隐私保护方案.首先,设计基于Mini-batch SGD的SVM训练算法;然后在此基础上,对模型权重进行乘法扰动,利用大整数分解问题困难假设确保模型的隐私性,使用同态密码体制对数据加密后再执行SVM训练,之后运用同态哈希函数进行验证;最终构建了SVM隐私保护方案.针对安全威胁,论证了数据隐私性、模型隐私性、模型正确性.对方案进行仿真实验和分析,结果表明,该方案在分类性能接近已有方案的情况下,其计算时间开销平均节约了92.4%.

基于监督下降法的短偏移距瞬变电磁快速反演研究

短偏移距瞬变电磁法(简称SOTEM)通常采用传统式基于物理建模的反演方法,反演效率较低,不易灵活融入先验信息,而基于数据驱动的反演方法能够提高反演精度与效率,泛化能力却难以保证。为了提高SOTEM数据反演的精度和效率,并兼顾可靠的泛化能力,本文探索了一种融合物理建模与数据驱动的反演方法,将机器学习中监督下降法应用于SOTEM数据反演中。基于监督下降法的SOTEM数据反演分为线下训练和线上预测,线下训练时通过合理的训练集灵活融入先验信息,获得隐含模型特征的平均下降方向,线上预测时借助物理建模函数和训练所得下降方向,在传统反演框架下完成模型参数重建。文中利用层状大地模型构建训练集和测试集,实现了基于监督下降法的SOTEM数据一维反演,并与传统Occam算法进行了对比。结果表明:基于监督下降法的SOTEM反演效率大幅提升,反演精度较高,具有良好的泛化能力。

基于梯度下降法的大房郢水库洪水预报模型参数率定及适用性研究

大房郢水库长期承担合肥市的防洪、供水任务,准确可靠地开展洪水预报对当地防汛抗旱工作具有重要意义。分别采用新安江模型和前期影响雨量(antecedent precipitation index,API)模型构建大房郢水库入库洪水预报模型,基于梯度下降法对模型参数进行优选,并以方案合格率作为评价指标,对2种模型在该水库的适用性进行分析。结果表明:新安江模型和API模型预报方案合格率均为90.7%,预报精度达到甲等;2种模型在不同预报项目中各有优势,对于洪峰和峰现时差,API模型预报效果更好,预报合格率分别为88.9%和100%,较新安江模型分别提高6.7%和5.9%;对于径流深,新安江模型预报效果更为理想,预报合格率可达94.4%,相对于API模型其提升幅度约13.3%。此外,API模型更适用于单式洪水预报,而新安江模型则更适用于复式洪水预报。研究成果可为提升大房郢水库入库洪水预报精度提供理论依据。

基于监督下降法的大地电磁二维反演及应用研究

传统的大地电磁二维反演方法较为成熟,但仍存在反演结果依赖初始模型和正则化参数选取、容易陷入局部极小值等问题。监督下降法是一种学习平均下降方向来预测数据残差的机器学习算法。本文尝试采用监督下降法解决传统的大地电磁二维反演存在的问题,基于监督下降法理论开发了大地电磁二维反演算法,设计理论模型合成算例验证了算法的正确性,并对西藏高原实测数据进行反演,检验了监督下降法的实用性。理论模型合成数据和实测数据反演结果表明,相较于传统的非线性共轭梯度反演,基于监督下降法的反演具有收敛速度快、反演效果好、抗噪能力强等特点。

坩埚下降法生长2英寸镱掺杂钙铌镓石榴石单晶

本文通过坩埚下降法生长了直径2英寸(1英寸=2.54 cm)的4.2%镱离子掺杂钙铌镓石榴石(Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12))晶体,获得的晶体外观完整,无明显瑕疵。通过XRD测试分析了晶体的结构,该晶体为立方晶系,晶胞参数a=b=c=12.493。将该晶体定向切割获得了10 mm×10 mm×1 mm的(420)面薄片,对薄片进行两面研磨抛光得到最终样品。通过X射线衍射、紫外可见光分光光度计、荧光光谱仪等对该样品进行性能表征,结果表明获得的晶体摇摆曲线半峰全宽为43″,在近红外波长范围内透过率达到了80%,在935 nm处吸收峰半峰全宽为47.15 nm,吸收截面达到了1.53×10^(-20)cm^(2),用980 nm激光器对该样品进行激发,在1031 nm处得到发射峰,对应Yb^(3+)由^(2)F_(5/2)激发态到^(2)F_(7/2)基态的跃迁。

尺寸效应对坩埚下降法生长氟化钙晶体影响机制的数值模拟分析

高质量大尺寸氟化钙晶体是深紫外光刻、空天相机等高端应用不可或缺的光学材料,同时制备高质量大尺寸晶体也是晶体生长领域的难题。本文以数值手段分别模拟了3、7和20英寸(1英寸=2.54 cm)氟化钙晶体在不同生长阶段的传热、流动及相变过程。结果表明,晶体尺寸增加大幅加强熔体流动强度,而且造成坩埚外壁散热部分的面积急剧增加,由此引发固液界面局部凹陷、径向温差增大、晶体边缘-中心温差翻转、生长界面附近的轴向温梯大幅衰减等问题。此外,本文还就大尺寸氟化钙晶体生长中的坩埚下降速率和发热体功率的优化控制策略进行了探讨。

基于变增益最速梯度下降法的表贴式永磁同步电机位置修正策略

滑模观测器具有响应速度快、鲁棒性强等优点,已广泛应用于表贴式永磁同步电机无位置传感器的中、高速控制系统。然而,具有固定参数的滑模观测器很难在宽速度范围内保持一致的估算精度,而采用基于速度观测器带宽限制的方法进行噪声和扰动抑制会降低电机的动态性能。针对上述问题,该文首先分析滑模观测器估算表贴式永磁同步电机转子位置的误差产生机理,提出一种新型位置误差观测器,主要思想是基于磁链观测进行位置误差连续估算,并采用最速梯度下降法对积分过程进行反馈校正;然后,通过变增益循环迭代优化提高位置误差观测器的速度与准确性;最后搭建表贴式永磁同步电机加载测试平台进行实验,结果验证了所提方法具有位置观测精度高、鲁棒性强的特点。

Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12)晶体的坩埚下降法生长及光学性能研究

使用坩埚下降法成功生长出了镱离子掺杂钙铌镓石榴石晶体(Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12))。通过XRD测试分析了晶体的结构,该晶体为立方晶系,晶胞参数a=b=c=12.471。对该晶体进行了拉曼光谱、透过光谱、吸收和发射光谱、荧光寿命等测试,计算了该晶体的吸收截面、发射截面、增益截面等。研究了在空气中退火对该晶体吸收光谱、发射光谱、荧光寿命的影响,退火前在935 nm处吸收截面为1.82×10^(-20)cm^(2),退火后降低为1.40×10^(-20)cm^(2),退火前在1031 nm处的发射截面为0.56×10^(-20)cm^(2),退火后降低为0.40×10^(-20)cm^(2),退火前荧光衰减时间为1.42 ms,退火后为1.32 ms。结果表明,Yb∶Ca_(3)(NbGa)_(5)O_(12)单晶在空气中退火会对晶体的激光性能造成不利影响。

基于模糊解耦的坩埚下降法晶体生长炉温度控制系统

针对坩埚下降法晶体生长炉温度控制系统存在的非线性、滞后性、多温区耦合性等问题。设计了模糊解耦控制器来对生长炉上、下两个温区的温度进行控制,该控制器能够根据上、下温区的实时温度误差以及温度误差变化率,调节两个温区加热棒的功率。与传统解耦和PID算法相比,该方法具有不依赖被控对象的精确数学模型,计算量小,算法设计简单等特点。通过仿真将该方法分别与传统PID算法和传统解耦PID算法进行比较,仿真结果表明,该方法具有很好的动态性能、解耦能力和鲁棒性,有利于提升晶体生长炉的控温精度和加热效率。

一种新型的分数阶梯度下降法在深度神经网络中的应用

文章基于Caputo分数阶微积分,提出了一种新型的适用于神经网络模型训练的分数阶梯度下降法。该算法通过改变积分区间下界,成功将分数阶阶次拓展到了(0, 2)区间,增加了阶次的选择范围,同时,本文基于梯度裁剪机制,从遗憾函数的角度证明了该算法的收敛性,保证了算法的理论可行性。最后,基于CIFAR-10公开数据集的数值实验表明,在选择了合适的阶次的情况下,本文所提出的算法相比于传统的整数阶梯度法,能够获得更快的收敛速度和更高的收敛精度。

基于梯度下降法的永磁同步电机弱磁控制仿真

永磁同步电机在运行过程中,弱磁轨迹若出现偏差会直接影响电机的运行效果。为提升电机运行质量,提出基于梯度下降法的永磁同步电机弱磁控制方法。分析永磁同步电机弱磁控制影响因素,建立永磁电机稳态电压方程与电磁转矩方程,获取永磁同步电机的弱磁移动轨迹。基于分析结果制定弱磁控制策略,结合梯度下降法在电机输出电流、电流被限制的情况下,计算电流的下降梯度与转矩角度,辨识电流的缩减方向,实现永磁电机的弱磁控制。实验结果表明,使用上述方法开展电机弱磁控制时,能够有效测试出电机直、交轴电流输出,电机转速能够达到电机期望转速,说明其控制效果较好。

基于压缩感知的加速近端梯度下降法

运用图像处理技术对卫星、侦察机和无人机侦察获取的图像进行校正和去噪等处理,可以提高战场环境影像和打击目标图像清晰度,有利于提升战场侦察监视效能。基于压缩感知技术能够以远小于奈奎斯特采样率从少量的测量值中重构出原信号的基本原理,提出了一种基于压缩感知的加速近端梯度下降(DAPG)图像去噪重构算法,并证明了该算法的收敛性。试验结果表明,与4种传统算法相比,该算法重构的图像有效提高了清晰度,其目标特征更加明显。

求解大型线性最小二乘问题的贪婪随机坐标下降法

贪婪随机坐标下降法(GRCD)是求解大型线性最小二乘问题的有效迭代方法之一。本文在GRCD算法中引入松弛因子,构造了一种含参数的贪婪随机坐标下降法。并证明了当线性最小二乘问题的系数矩阵为列满秩时该方法依期望的收敛性。数值实验表明,当选取适当的松弛因子时,该算法在迭代步数和计算时间比GRCD方法更有效。

坩埚下降法生长大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体的宏观缺陷

Bi_(12)GeO_(20)晶体是一种多功能光电材料,在可见光范围内具有高速光折变响应,以及良好的压电、声光、磁光,旋光和电光等性能。目前,提拉法生长Bi_(12)GeO_(20)晶体,存在生长成本高、晶锭形状不规则、生长产率低、晶体光学质量差和有效晶体截面小等问题。本研究率先采用改进的坩埚下降法,在铂金坩埚和空气气氛中生长大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体。通过各种分析测试方法研究生长获得的Bi_(12)GeO_(20)晶体中宏观缺陷的形态、分布和成分构成,探讨了晶体生长过程中主要宏观缺陷的形成过程和成因。坩埚下降法生长的Bi_(12)GeO_(20)晶体存在两种主要宏观缺陷:枝蔓状和管状包裹体。其中,枝蔓状包裹体与铂金溶蚀后的析晶相关,而管状包裹体与铂金析出、接种界面不稳定性和温度波动有关。本研究提出了消除坩埚下降法生长晶体中宏观缺陷的技术途径,通过降低生长控制温度、缩短高温熔体保持时间和优选籽晶等措施,可重复地生长光学质量良好、55 mm×55 mm×80 mm的大尺寸Bi_(12)GeO_(20)晶体,显著提升晶体的光学透过性能。

基于块坐标下降法的神经网络学习算法

针对当前一阶优化算法收敛速度慢,对学习率依赖性强和二阶优化方法复杂度高等问题,利用神经网络固有的可分性,提出递归最小二乘与梯度下降的混合算法(Hybrid Recursive Least-Squares with Stochastic Gradient Descent, HRLSGD),将原本复杂的网络模型分解为更易解决的低维优化问题。实验结果表明,HRLSGD的收敛速度优于主流的一阶优化算法,对于学习率的鲁棒性更高。

热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化

随着CeF_(3)晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF_(3)单晶的需求日益急迫,而CeF_(3)熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF_(3)熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF_(3)晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明:当发热体长度与坩埚长度相适应时,更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF_(3)晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。

坩埚下降法生长的大尺寸BaF_(2)∶Y闪烁晶体的闪烁性能及辐照损伤研究

本文使用垂直坩埚下降法制备了40 mm×40 mm×350 mm的BaF_(2)∶5%Y(摩尔分数)晶体,并对晶体样品进行了掺杂含量、闪烁性能、光学性能和辐照损伤的研究。距离籽晶端0~300 mm范围内的Y3+掺杂浓度(摩尔分数)为5.1%±0.9%。晶体样品的平均光输出为2 100 ph/MeV,在662 keV处的最优能量分辨率为10.1%。经60Co放射源辐照累积剂量1 Mrad后,样品在波长220 nm处的透过率由辐照前的87.3%下降至83.5%,在波长300 nm处的透过率由91.8%下降至89.9%。BaF_(2)∶Y晶体的抗辐照性能差于BaF_(2)晶体,经过累积剂量辐照后,BaF_(2)∶Y晶体对波长300 nm光的吸收明显增强。

基于块坐标下降法的有砟轨道大机捣固维修经济决策模型及算法

为了更好地利用检修数据指导轨道维修决策计划,在预防性维修理念下提出1种基于块坐标下降法的有砟轨道大机捣固维修经济决策模型及算法。考虑多种捣固模式下不同的捣固效果和相应成本,以轨道质量年末保持值和维修经济成本为决策目标,结合大机养修效率和现场实际条件,建立大机捣固维修经济决策模型;采用块坐标下降算法,以并行计算为主要思路并通过聚类算法调整捣固区段的连续性,实现最佳捣固模式、捣固时机和捣固区段的高效求解。依托某120 km·h~(-1)、50 km试验区段在某年份的实测数据,验证模型及算法有效性。结果表明:依据模型及算法得出的维修计划,采用09-32型捣固车开展单捣、双捣2种捣固模式后,每年可较实际平推捣固计划分别节省18%和15%的费用,改良型大机捣固质量指数MTQI的年末平均值从实际平推捣固计划的6.5 mm分别降低约0.80和1.35 mm;模型及算法能够快捷有效地制定符合线路实际的大机捣固维修计划,不仅实现了大机作业的连续捣固,还较大幅度提升了捣固维修的经济性。

基于批量梯度下降法的混凝土破坏准则参数研究

为解决混凝土破坏准则中参数的系统误差导致混凝土破坏强度预测精度不足问题,本文利用批量梯度下降法对混凝土破坏准则参数进行重新拟合,选取的破坏准则分别为Ottosen准则、Hsieh-Ting-Chen准则、Willam-Warnke准则,得出3种破坏准则根据新参数拟合的破坏包络曲面、拉压子午线和偏平面内破坏迹线近似重合。结果表明:新参数下3种混凝土破坏准则近似描述了相同的混凝土破坏包络曲面,证明利用批量梯度下降计算破坏准则参数的有效性。通过批量梯度下降法,可根据有限的实验样本重新计算不同破坏准则参数,得出最接近真实破坏曲面的参数最优解,为破坏准则研究的参数计算提供新途径。

基于梯度下降法的异步电机离线参数辨识方法

针对异步推进电机辨识过程中电机电压和电流幅值和相位计算不准确而导致的电机参数辨识精度低的问题,提出了一种基于梯度下降法的异步电机参数辨识算法;通过向定子电阻中通入不同电压,得到能够辨识电机的定子电阻、转子电阻以及互感的相关电机采样数据。通过三次函数拟合的方式对逆变器的理论电压进行修正以提高转子电阻的辨识精度;通过梯度下降法对电机交流电压和交流电流的波形进行数值分析,得到准确的正弦数据幅值和相位并求解得到功率因数,进而求得更加准确的电机转子电阻、漏感以及互感。在基于TMS320F28379D的自主研发变频器中对一台7.5 kW的电机进行了辨识实验,证明了该离线辨识算法的辨识精度。