概率计算及混合概率计算

非位置概率数的计算机制已经成为边缘计算片上系统的新范式.本文介绍了概率计算(stochastic computing)的起源、发展和目前国内外的研究现状.针对传统概率计算存在诸如计算时延长、脉冲串信息携带效率低等问题,本文提出了二进制数-概率脉冲串混合编码的混合概率数概念,并从数的表示机理上阐释了二进制数、概率数和混合概率数的数理关系,进而揭示了混合概率计算所具备的低时延、高算力和高能效比的计算特点.本文基于40 nm CMOS工艺设计混合概率深度神经网络,该神经网络芯片在内核面积仅0.73 mm×0.73 mm的条件下,设计4544个乘累加(MAC)单元.在时钟频率400 MHz条件下,总功率为102.3 mW,其中动态功耗仅97μW.通过ASIC芯片的实验测试表明,混合概率计算作为一种全新的颠覆性计算范式,与其他确定性、可扩展和全并行等概率计算方案相比,其能效比分别提高了50倍、2.5倍和3.26倍.

动态有权图上的随机游走概率计算

图上的随机游走概率计算是传统图论与现代数据挖掘领域普遍关注的问题之一.现有工作普遍关注静态图上的随机游走概率计算,却鲜少关注与实际应用场景更贴合的权重动态图.针对动态有权图上的随机游走概率计算问题,提出了一种基于硬币翻转采样的随机游走概率计算方法.相比于传统的基于权重采样的随机游走概率计算方法,所提方法可以在保证随机游走概率计算结果无偏的前提下,同时做到近似最优的随机游走概率计算复杂度和最优的采样结构更新复杂度.作为对比,现有方法或具有较大的计算时间复杂度,或依赖于复杂的索引结构而难以在动态图上即时更新.对所提方法做出了详细的理论分析,并在真实图数据集上进行模拟实验,实验结果证实了所提方法的有效性.

基于三支决策和联系数的SFEP传递概率计算方法研究

为研究系统故障演化过程(System Fault Evolution Process,SFEP)中原因事件导致结果事件的传递概率,提出了一种基于三支决策和联系数的传递概率计算方法。根据三支决策思想将原因事件和结果事件划分为发生、不确定和不发生3种状态,将措施方案的作用划分为发生、不确定和不发生3种倾向;以联系数同异反分项系数分别代表上述3种状态和倾向,最终定量计算了传递概率范围。研究认为传递概率取决于原因事件的3种状态比例和措施方案的3种倾向比例。利用联系数的同异反分项系数分别描述了状态和倾向比例。总结了原因事件到结果事件状态的演化关系,形成了演化关系表。得到了导致结果事件3种状态的传递概率。以事件发生为目标,传递概率的最小值为导致结果事件发生的概率,最大值为前者加上不确定的概率。方法克服了原有传递概率计算面临的问题,其结果与实际情况相符。

基于拟神经突触的概率计算神经网络加速器

深度卷积神经网络是人工智能应用中最有前途的神经网络类别之一。但是与其性能相关的计算量和计算复杂度也呈现爆炸式增长,导致了实现的高功耗和巨大的硬件成本。因此,研究基于概率计算空间编码的思想,使用电路中信号线密度模拟神经突触可塑性的工作原理,将传统乘法器复杂的运算变成了简单线与的低复杂度方式,实现了一种拟神经突触概率乘法器。并以此为基础,实现了基于多段分解的空间并行高精度概率乘法器,并提出了一种以突触可塑性计算单元为基础的低复杂度、低开销的神经网络加速器。实验使用该概率乘法器基于LeNet-5网络在MNIST上和基于VGG13的CIFAR-10上分别达到了97.99%和85.21%的正确率,与传统乘法器相比,降低了面积和功耗,提升了运行速度。同比其他神经网络加速器,提高了吞吐量、面积效率、功率效率。

概率计算中数据思维的应用

概率计算是概率统计理论的重要组成部分.针对传统概率统计教学重知识传授轻数据思维引导现象,阐述了古典模型、全概率、独立和事件、小概率事件、条件概率和几何模型等概率计算中如何应用数据思维进行分析.教学实践表明,运用数据思维的整体性、量化性、互联性、价值性、动态性和图像化等特征来计算概率,可以降低概率计算的复杂度,有利于理解随机试验过程和发现概率潜藏价值,还能够促进学生数据思维意识形成和数据分析技能提升.

基于超压和冲量的爆炸冲击波杀伤概率计算模型

基于人员爆炸伤的特点,针对爆炸过程中超压、冲量的变化对人员造成的损伤,建立了用于评估人员在爆炸威力场中伤亡概率的计算模型。结合爆炸伤特点,对人员损伤情况进行分类,分析冲击波杀伤和爆炸导致的人员抛投伤。根据爆炸物相关参数,计算TNT当量以及爆炸威力场中的超压和冲量变化,采用PROBIT方法对人员伤亡概率进行评估。在此基础上,首先,分析了江苏响水天嘉宜化工有限公司“3·21”特别重大爆炸事故。结果表明,在此次爆炸事故中,由该模型计算得到的安全距离与实际情况相符。然后,对某型弹药的战场冲击波杀伤概率进行了评估,并对四种伤情特点进行了分析。该模型可用于快速计算爆炸时超压和冲量变化导致人员伤亡的概率,对于评估爆炸安全事故中的人员伤亡情况以及战场中的爆炸致伤情况有一定参考意义。

全概率公式在复杂事件概率计算中的应用

全概率公式是概率论中最基本且最重要的公式之一,它能帮助我们从简单已知事件的概率推出复杂事件的概率.“全概率公式”已经成为2019版普通高中教科书数学选择性必修第三册的重要内容,可以预见,未来在高考、强基竞赛等试题中将常看到全概率公式的身影,因此如何应用全概率公式变得非常重要.

拆分法在随机交配类概率计算中局限性的原因分析

本文对随机交配类概率计算题中常用的两种解题方法,即配子法与拆分法的解题过程进行比较,就拆分法在使用过程中局限性的原因进行分析,并归纳总结其使用前提.

概率计算树逻辑的限界模型检测

为了缓解概率计算树逻辑模型检测中的状态空间爆炸问题,提出了概率计算树逻辑的限界模型检测技术.该技术首先定义概率计算树逻辑的限界语义,并证明其正确性;之后,通过实例说明在传统限界模型检测中,以路径长度作为判断检测过程终止的标准已经失效,基于数值计算中牛顿迭代法的终止准则,设计了新的终止判断标准;然后提出基于线性方程组求解的限界模型检测算法;最后,通过3个测试用例说明,概率计算树逻辑限界模型检测方法在反例较短的情况下能够快速完成检测过程,而且比概率计算树逻辑的无界模型检测算法所需求得的状态空间要少.

含有单向环的多向环网络结构及其故障概率计算

树形拓扑结构是网状拓扑结构的特例,即空间故障树（SFT）是空间故障网络（SFN）的特殊形式。研究更广泛的系统的可靠性与影响因素的关系,将SFT理论中系统结构的树形表示改为网状表示,形成SFN。给出SFN的性质、基本结构及其与SFT转化方法。SFN的结构包括一般网络结构、多向环网络结构及含有单向环的多向环网络结构。由于单向环的特殊性,具有循环连锁发生故障的特征,无法单独构成SFN,因此将其加入多向环网络结构形成含有单向环的多向环网络结构。重点论述含有单向环的多向环网络结构的表示方法和故障概率计算方法。研究结果表明：构建的SFN可处理具有网络结构的故障发生过程,同时SFN可转化为SFT,进而可利用SFT现有理论方法分析故障过程。

不确定关系数据属性级溯源表示与概率计算

传统的数据库应用中,数据往往被假定是精确可用的,而实际中数据普遍存在不确定性.以往许多利用溯源信息追踪数据不确定性的方法往往关注元组或单一属性存在不确定性的情况,通过对元组添加唯一变量标识,用变量标识所表示的溯源信息构造布尔表达式计算结果元组概率.当元组中多个属性存在不确定性时,对元组进行标识不能帮助用户快速而准确地找到造成不确定性的源属性值.定义属性表达式,并通过属性表达式构造溯源表达式.利用该溯源表达式不仅可以准确地追溯不确定性产生的具体位置,同时还可以实现结果元组的概率计算.为保证概率计算结果的正确性,提出溯源表达式的转换算法.通过分析影响结果元组概率计算效率的因素,还提出构建共享路径表的方法,在构建过程中对原子析取式进行预计算,以提高概率计算的效率.实验部分将该方法与现有的元组级溯源信息表示方法在时间代价和空间代价方面进行比较,验证其可行性和有效性.此外,实验部分还对利用共享路径加快结果元组概率计算的有效性进行了评估.

注塑模成型零件工作尺寸的概率计算法

在分析塑料收缩率波动规律的基础上，导出了注塑模成型零件工作尺寸的概率计算公式，讨论了塑料收缩率波动范围、塑件尺寸公差、制造公差以及修模裕磨量之间的关系。研究表明，概率法计算注塑模成型零件工作尺寸比广为采用的极值计算法更为合理。

测定爆堆块度组成的新方法──体视概率计算法

应用体视学的统计分析原理，从爆堆表（断）面上随机测线与岩块相截所获得的截长组成信息出发，提出测定计算三维爆堆块度组成的新方法一体视概率计算法。室内级配试验的测定结果表明，在不进行任何校正的情况下，九次同块度级试验的测定误差均值为８．６７％，十次不同级配试验测得的块度组成与筛分值非常接近，各级含量的绝对误差均值不超过５．２６％，而用著名的Ｂａｐｏｎ方法（线段法）测定时，相应的数值分别为５９．２１％和９．１１％。

桁架结构体系破损概率计算的通用程序

本文在文献[1]的基础上进一步阐述了桁架结构体系的破损特征与自动建立破损标准、探索主要破损形式及计算其破损概率的方法,开发出通用计算机程序。通过算例,验证了计算方法的适用性及通用程序的可靠性。

基于概率计算模型改进的相关性层次遮挡裁剪算法

对复杂动态场景进行高效的可见性裁剪是实时绘制领域研究中的一个重要问题.围绕该问题开展工作,并针对相关性遮挡裁剪算法中的问题进行了改进.针对相关性层次遮挡裁剪算法存在冗余和不必要遮挡查询的问题,给出了一种概率计算模型.通过比较遮挡查询时间开销与绘制时间开销的数学期望,改进了相关性遮挡裁剪算法中遮挡查询的查询策略,从而进一步缩小了查询集合,使遮挡查询更加合理.实验结果表明,该算法对深度复杂度高、面片数量大的复杂动态场景有较好的裁剪效率,能够很好地满足实时绘制的要求.

船舶搁浅的模糊概率计算(英文)

目前 ,计算船舶搁浅的概率时常采用故障树和事件树方法 ,以确定的概率数表示底事件的发生概率。这种方法的一个不利之处在于无法考虑基本事件发生概率的不确定性 ,所以无法了解船舶搁浅概率的不确定性。本文引入了合适的模糊数表示基本事件的发生概率 ,通过模糊计算算法得到了船舶搁浅的模糊概率 ,并进行了敏度分析 ,确定了减小船舶搁浅事故发生的措施。与其他方法的计算结果比较表明 。

蠕变损伤的概率计算及参数敏感性分析

由于材料性质数据和损伤模型的分散性和不确定性 ,计算的损伤结果也产生不确定性 ,概率方法可以定量考虑不确定性的影响。本文根据确定性模型的研究工作 ,提出了新的蠕变损伤概率计算模型 ,并对影响高温构件蠕变损伤各参数进行了参数敏感性分析。

考虑组织和管理因素影响的人误概率计算方法

采用三级影响图(Influence Diagram,ID)模型,对人的失误概率计算进行了描述,模型中能考虑组织和管理因素对人误概率的影响。概率影响图最初只是作为构造和表征决策树或事件树模型的一种工具,本文按三级影响水平对产生人误的原因建立了分析模型,介绍定量求解影响图模型的方法。它可用于核电厂概率安全评价中的人误概率计算,也可用于复杂事件树的定量化,它是一种工程决策分析中的重要方法。

成团天体系统成员概率计算的有效性问题

本文提出了一个普适的衡量成团天体系统成员概率计算结果的有效性指数：Ｅ＝１－ＮΣ｛Ｐ（ｉ）［１－Ｐ（ｉ）］｝／ΣＰ（ｉ）Σ［１－Ｐ（ｉ）］｝，并以此对以Ｓａｎｄｅｒｓ方法为基础的各种成员确定模型的有效性进行了分析．从总体上说，运动学资料（自行、视向速度等）是一类有效的观测判据．

概率计算在通信信号处理系统实现中的应用

概率计算方法是一种数值表征和计算方法;在概率计算法中,传统的基本数值计算可以与数字电路中的基本逻辑门电路建立直接的映射关系。针对现代无线通信系统中数字信号处理单元面临的复杂度、功耗和运算速度等挑战,结合通信信号处理中所呈现的统计特性,概率计算方法为通信系统数字信号处理实现提供了一条新颖的技术路线。在讨论、分析了该技术在通信信号处理系统集成电路实现中应用的可行性和应用桥梁的基础上,介绍了概率计算在信号处理系统中的典型应用,最后分析了该技术在通信信号处理系统中的挑战。