三值光学计算机中SJ-MSD加法器的设计与实现

本文介绍三值光学计算机的一种新型并行加法器—SJ-MSD加法器的设计与实现.介绍判断一组三值逻辑变换能够实现并行无连续进位二进制MSD数加法的充分条件(沈氏充分性定理).给出了构成SJ-MSD加法器的五个三值逻辑变换:S1、S2、J1、J2和J3(简称SJ变换),及其操作规则(简称SJ规则),并依据沈氏充分性定理推证了SJ变换和SJ规则构成MSD并行加法器的可靠性.尔后又详细阐述了SJ-MSD加法器在三值光学计算机原型系统SD16上的设计方案和实现方法,并阐述了流水计算和多数据共享SJ-MSD加法器的实现方法.文中最后详细介绍了对SJ-MSD加法器的测试实验.与先期的TW-MSD加法器相比,SJ-MSD加法器减少占用处理器位数约25%,有效提高了三值光学处理器的使用率.

运算-数据文件——应用三值光学计算机的关键技术

介绍编写三值光学计算机应用程序的关键技术.首先将运算规则和大量原始数据合并在一个特殊文件中,然后在应用程序中使用专门的扩充指令将该文件送至三值光学计算机进行处理.这个特殊文件被称为运算-数据文件(简称SZG文件).采用一个多心洋葱图描述了拥有电子处理器和三值光学处理器的异构系统编程平台,该平台能体现SZG文件的重要作用.介绍了SZG文件的起源、发展、SZG文件的格式和生成方法,以及对程序语言的必要扩充.最后通过一个具体示例,介绍使用SZG文件的过程,并在三值光学计算机软件模拟系统中对该示例进行了测试.测试结果表明,所编制的应用程序运行正常,计算结果正确.这种编程技术对建立包含多种类处理器之异构系统的编程环境有很好的借鉴作用.

基于环境DNA宏条形码技术的赣江下游(南昌段)鱼类多样性

随着人类活动对自然生态系统的负面影响不断加剧,无创性生物多样性评估变得越来越重要。本研究旨在利用环境DNA宏条形码技术研究赣江下游南昌段鱼类多样性,并从不同季节(春、夏、秋、冬)、不同水层(上层、中层和下层)和不同取样位置(近岸和离岸)比较鱼类环境DNA信息的物种组成和多样性。结果表明:利用环境DNA宏条形码技术在赣江下游南昌段检测到鱼类114种,其中83种为历史记录种。不同季节的鱼类环境DNA信息的多样性和组成显示出极显著差异。上层水检测到的鱼类物种数分别显著多于中层水和下层水,且中层水和下层水检测到的鱼类在上层水中绝大多数都被检测到。上层水、中层水和下层水的鱼类环境DNA信息的多样性和组成不具有显著性差异。近岸检测到鱼类物种数多于离岸的,鱼类多样性指数无显著性差异,但群落结构具有显著性差异。RDA分析表明,赣江下游鱼类环境DNA受温度和pH的影响较大。本研究能够为基于环境DNA宏条形码的赣江鱼类资源的调查提供基线数据,并对后续赣江鱼类资源环境DNA宏条形码监测实施不同目的的采样策略提供依据;可为使用环境DNA宏条形码技术研究流水系统鱼类多样性提供技术参考,为环境DNA宏条形码技术应用的标准化流程提供依据。

三值光学计算机

三值光学计算机是2017年3月问世的通用型光电混合计算机系统。它用无光态和偏振方向正交的两个偏振光态表示信息,用旋光器和偏振片来改变这三个光态,进而完成三值逻辑运算和MSD(modifiedsigned-digitrepresentations)冗余表达数值的二进制并行加法运算。这种新型计算机具有处理器位数众多、处理器位可以分组独立使用、处理器位的计算功能可重构等优势;还以非易失随机存储器件为基础,构建了与处理器频繁交换大量数据的双空间存储器系统;为便于编制发挥这些特色的应用程序,采用SZG文件为程序员遮蔽三值光学处理器与传统电子处理器的差别,构成了保持传统编程技术的新编程平台。目前,针对快速傅里叶变换、元胞自动机等典型算法,验证了这种新型计算机的加速能力。

利用沉积物和水体的环境DNA检测鱼类物种多样性的差异

环境DNA(environmental DNA,eDNA)调查因其敏感且能提供高分辨率的群落组成数据,正越来越多地被用于生物多样性的监测。但环境DNA研究评估不同的环境样本类型如何影响物种的可检测性仍然很少。在此,我们利用线粒体细胞色素b基因的环境DNA宏条形码比较了鄱阳湖中沉积物和水体的鱼类群落组成。结果显示:沉积物样本注释到6目10科18种,水体样本中注释到5目7科13种。沉积物和水体环境DNA共同注释到8种鱼类(32%)。本研究注释到的鱼以鲤科鱼类居多,且以小型、湖泊定居型、杂食性鱼类为主。沉积物样本中检测到的鱼类的多样性高于水体中的。鱼类环境DNA有垂直分布差异。本研究得出结论,在进行环境DNA调查时需要仔细考虑环境样本类型。建议在使用环境DNA进行鱼类资源研究时,取样策略采取沉积物样本和水体样本相结合将会更有意义。

SD16的三值逻辑光学运算器理论和结构

为推进三值光学计算机产业化应用,同时提高现有运算器的效率和稳定性,本文论述了三值逻辑光学运算器(Ternary Optical Logic Unit,TOLU)的相关理论、工作原理和实际结构.依据降值设计理论,设计了基元特征结构,优化后形成了简洁的TOLU的光路和电路结构,并以制作成功的TOLU为核心,建成三值光学计算机原型系统SD16.在此基础上,提出了运算器实现18种三值逻辑运算基元的重构方法及重构码生成的创新思想,分析了复合运算基元的重构码,建立了复合运算基元与行运算器的关联,解决了任意三值逻辑运算器重构码生成的关键技术难题.实验表明,SD16的三值逻辑光学运算器的构造理论和结构切实可行,运算结果准确,运行稳定可靠,同时验证了三值光学运算器位数众多、按位可分配、按位可重构的优势.

C-V2X下基于信用卡风险评估的中继选择算法

针对车载协作通信中由于中继的自私行为会导致通信系统数据传输速率低的问题,提出一种基于信用卡社交网络用户信任度评估的最优中继选择算法。首先,建立一个综合社交网络和物理层的D2D中继协作双层模型,模型刻画了车辆节点人为属性。再从业务需求节点角度,利用信用卡风险评估方式对中继用户的信任度进行评估,并通过决策论对用户进行信任等级划分;从中继用户的角度,对信任度较好的用户进行激励补偿。最后,筛选出信任度高价格合理的最优中继。数值分析结果表明,相比于仅对积极中继用户进行选择的算法,该算法的通信系统数据传输率提高了10%左右。

医护一体化管理模式在糖尿病患者护理中的效果观察

目的探析医护一体化管理模式在降低糖尿病患者护理中的应用效果。方法选取我院于2017年1月~2018年6月收治的240例糖尿病患者作为主要研究对象,采用随机数字表法将其分为对照组和观察组,各120例。给予对照组患者常规护理,观察组运用医护一体化管理模式,比较两组患者的低血糖发生率、血糖指标、血脂指标、糖尿病认知水平。结果观察组患者的低血糖发生率显著低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组患者干预前的血糖值比较,差异无统计学意义(P>0.05),干预后,观察组患者的空腹血糖、餐后2h血糖及糖化血红蛋白水平均显著低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组患者干预前的血脂比较差异无统计学意义(P>0.05),干预后,观察组患者的总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白水平均显著低于对照组,且高密度脂蛋白高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组患者的糖尿病认知水平高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在糖尿病患者的临床护理上,运用医护一体化管理模式可降低患者低血糖的发生率,同时可改善患者的血糖和血脂水平,提高患者对糖尿病相关知识的认知度,总体优势显著,值得进一步推广和应用。

抗粘方防治小儿腹腔术后肠粘连效果观察

目的:探讨抗粘方防治小儿术后肠粘连的应用价值。方法:选取2018年我院收治的行儿科腹腔手术的患儿126例,随机分为观察组和对照组各63例。对照组患儿术后采取常规禁食、补液、抗感染等措施,观察组患儿在对照组的基础上给予抗粘方防治肠粘连。观察两组患儿腹痛腹胀消失及排气排便时间的变化情况,同时观察两组患儿不良反应的发生情况。结果:观察组患儿腹痛腹胀消失时间、排气排便时间均少于对照组(P均<0. 01)。观察组未发现服用抗粘方引起的不良反应。结论:抗粘方能够促进小儿术后胃肠功能恢复,缓解患儿腹痛腹胀,改善排气排便功能,且无明显不良反应,其预防小儿术后肠粘连效果确切,值得临床推广应用。

基于额外列多元LDPC码网格最小最大译码算法

为了降低多元LDPC(Low Density Parity Check Code)码网格最小最大(Trellis Min-Max,T-MM)译码算法复杂度,减少译码过程中所需存储空间,提出一种基于额外列的T-MM译码算法(Extra-Column-based Trellis Min-Max,EC-TMM)。选取网格中可靠度最高的信息构造出优化的配置集,生成一列用于更新校验节点的q维额外列信息,再根据网格路径中偏移量信息,从最小值、次小值和额外列信息中得到校验节点的外在输出信息,通过网格的路径优化降低校验节点的更新复杂度。在译码过程中,用偏移量信息代替所有变量节点输入信息,减少存储空间。仿真结果表明:该算法在几乎不损失性能的前提下,降低了计算复杂度及所需的存储空间。

鄱阳湖丰水期水位波动对浮游动物群落演替的影响

为了解鄱阳湖夏季丰水期水位剧烈波动过程中浮游动物的群落演替特征,2012年夏季鄱阳湖水位剧烈波动期间,于6月24日、7月7日和8月27日当水位下降且接近17.6 m时,在江西鄱阳湖国家级自然保护区内的1个浅水碟形湖泊设置4个采样点进行采样调查。共发现浮游动物65种,其中轮虫52种,枝角类7种,桡足类6种,多为营浮游生活的广温性和嗜温性种类。单因子方差分析(one-way ANOVA)显示3个月之间浮游动物的密度和生物量均具有显著差异(P<0.05),7月份浮游动物密度(1030.17±68.18个/L)显著高于6月份(325.16±41.60个/L)和8月份(203.79±24.91个/L);6月份浮游动物的生物量(0.56±0.04 mg/L)显著低于7月份(1.22±0.11 mg/L)和8月份(0.99±0.11 mg/L)。基于浮游动物多度的聚类分析和自组织映射神经网络图均揭示夏季3个月份的浮游动物可区分为明显的3个群落:6月群落、7月群落和8月群落。蒙特卡罗检验发现水温、电导率、浊度和溶氧与浮游动物群落结构变化显著相关(P<0.05)。典型相关分析显示,6月份浮游动物群落与叶绿素a含量呈显著正相关关系,7月份浮游动物群落与水体温度呈显著正相关关系,8月份浮游动物群落与水深和电导率、浊度和溶氧呈显著正相关关系(P<0.05)。在3个月均为优势物种的盖氏精囊轮虫与叶绿素a含量呈正相关关系(P<0.05),与水温、pH、溶氧呈负相关(P<0.05)。夏季水位波动过程中浮游动物的群落结构在时间上(月份之间)发生明显演替,呈现轮虫密度逐渐降低,枝角类和桡足类密度逐渐增加的变化规律。水位波动引起环境因子的改变,从而对浮游动物的群落演替产生了重要影响。

基于深度学习的探地雷达二维剖面图像结构特征检测方法

该文针对探地雷达(GPR)2维剖面图像中目标特征提取困难及其识别精度较低等问题,采用深度学习方法来提取2维剖面图像中目标的特征双曲线。根据GPR工作的物理机制,设计了一种级联结构的卷积神经网络(CNN),先检测并去除回波数据中的直达波干扰信号,再利用CNN得到B扫描(B-SCAN)图像的特征图,并对特征信号进行分类识别以提取目标的特征双曲线。同时,为处理各种干扰信号影响目标特征双曲线结构完整性的问题,提出了一种基于方向引导的特征数据补全方法,提高了目标特征双曲线识别的准确率。与方向梯度直方图(HOG)算法、单级式目标检测(YOLOV3)算法和更快速的区域卷积神经网络(Faster RCNN)算法相比,在综合评价指标F上该文方法的检测结果是最优的。

赣江下游丰城段鱼类早期资源现状调查

对赣江鱼类早期资源调查,可为赣江鱼类资源保护以及水利工程生态调度提供科学依据。2017年5-6月,在赣江丰城段使用圆锥网采集鱼卵和弶网采集仔鱼,对鱼类早期资源种类组成、产卵规模和产卵场进行分析。结果显示,调查期间共采集鱼卵11 215粒,仔鱼12 645尾,隶属于4目、8科、36种,其中产漂流性卵鱼类24种。估算调查期间通过丰城段卵苗径流量为66.66×10^8粒(尾),其中鱼卵径流量63.84×10^8粒,鱼苗径流量2.82×10^8尾;"四大家鱼"卵苗径流量为0.11×10^8粒(尾),其中鱼卵径流量0.07×10^8粒,鱼苗径流量0.04×10^8尾。调查期间出现3次产卵高峰,集中在6月上、中旬。各类群鱼卵数量呈现出不同的时间动态,银鮈(Squalidus argentatus)产卵高峰期主要出现在5月,银鲴(Xenocypris argentea)、鳊(Parabramis pekinensis)、赤眼鳟(Squaliobarbus curriculus)以及"四大家鱼"则主要出现在6月。研究表明,峡江水利枢纽运行后,邻近峡江水利枢纽的巴邱"四大家鱼"产卵场消失,但其下游的仁和、新干产卵场保存较完整,在离坝较远的大洋洲镇江段调查发现一处新的"四大家鱼"产卵场。建议开展生态调度及增殖放流活动,以保护赣江鱼类资源。

太湖蚌类现存量及空间分布格局

于2016年10月和2017年10月对太湖全湖8个湖区129个样点的蚌类进行调查,分析蚌类的物种组成、现存量、空间分布及历史变化.共采集到蚌类704个个体,隶属8属14种.全湖蚌类平均生物量和密度分别为4.169±9.337 g/m^2和0.164±0.386 ind./m^2;各湖区蚌类平均生物量和密度差异较大,东部沿岸区生物量和密度最高,分别为14.975±16.743 g/m^2和0.577±0.758 ind./m^2;湖心区生物量和密度最低,仅为0.727±1.622 g/m^2和0.029±0.071 ind./m^2.扭蚌(Arconaia lanceolata)、圆顶珠蚌(Unio douglasiae)和背角无齿蚌(Anodonta woodiana woodiana)为太湖现阶段的优势种.基于蚌类平均密度的聚类分析,8个湖区分为3类.与历史数据相比,太湖蚌类资源呈明显衰退趋势,现状不容乐观,需加强对太湖蚌类的保护和资源的有效管理.

基于深度学习的GPR B-SCAN图像双曲线检测方法

利用深度学习方法来处理探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)数据以提高GPR B-SCAN双曲线检测准确率.为了解决数据集样本不够的问题采用循环生成对抗网络(Cycle Generative Adversarial Networks,CycleGAN)算法对GPR B-SCAN图像数据进行增强.采用Faster R-CNN算子来定位双曲线图像区域,充分利用双曲线结构对称性及其方向差异性特征,设计与之对应的卷积核模板,通过卷积运算实现对B-SCAN图像中双曲线目标的有效分割.对双曲线目标采用最小二乘法进行二次曲线拟合得到精确的双曲线图像.与基于迁移学习的方法、HOG算法以及基于Hough变换的B-SCAN检测算法等相比,本文方法得到的结果在综合指标度量F上是最优的.

鄱阳湖流域蚌类环境DNA宏条形码引物的筛选验证

环境DNA技术是一种非侵入、高灵敏、高效率且对环境无破坏性,对生物体无损伤的调查工具.为了筛选适合于蚌类环境DNA生物多样性研究的宏条形码引物,本研究通过对鄱阳湖流域24种常见蚌的基因组DNA进行普通扩增和高通量测序筛选了11对引物(设计了9对通用引物及从相关文献中引用了2对引物),结果显示引物cyt b和16S rRNA具有良好的扩增效果和高辨别度.进一步用环境样本(n=6)并结合传统采样技术对这2对引物进行验证,结果表明:使用引物16S rRNA共注释到蚌科物种6属8种,蚌科物种序列占总序列数的26.69%;而使用引物cyt b共注释到蚌科物种4属6种,蚌科物种序列占总序列数的6.60%.引物16S rRNA更适合用于蚌类环境DNA生物多样性研究的宏条形码引物.在生物多样性监测中环境DNA技术可以作为传统方法的有效补充,且同时使用多对引物,可增加可信度和检测率.

基于调度效益最大化的多功能组网认知雷达资源优化调度算法

在组网认知雷达中,针对多目标多任务(如搜索、跟踪与成像等)按优先级进行资源调度时易造成目标任务丢失的问题,提出基于调度效益最大化的多功能组网认知雷达资源优化调度算法。该算法将搜索与跟踪任务的时间窗考虑到目标函数中,通过目标任务的重要性(优先级)和有效性(时间窗)两个因素的加权来表示雷达对目标任务的调度效益,根据调度效益最大准则建立并利用遗传算法求解资源调度模型。对仿真结果分析表明,该方法能够提高组网认知雷达的整体效能。

基于环境DNA宏条形码的鄱阳湖真核浮游植物多样性研究

探索鄱阳湖真核浮游植物多样性,可为环境DNA监测水生态系统的应用及标准化提供基础资料。于2019年4月在鄱阳湖北部通江水道湖区、中部鄱阳湖湖区和南部人工养殖湖泊区共设18个采样点,采集鄱阳湖环境水样,针对真核浮游植物18S rDNA基因的V9区域进行PCR扩增,高通量测序并结合生物信息学技术分析鄱阳湖浮游植物的群落组成。结果表明,基于环境DNA宏条形码技术鉴定到浮游植物10门24纲54目101科166属,其中绿藻门和硅藻门种类较为丰富。中部区域的浮游植物群落多样性和均匀度较高,且鄱阳湖浮游植物整体丰富度较高。非度量多维尺度分析(NMDS)表明,中部与北部区域(P=0.004)、南部与北部区域(P=0.011)之间群落结构差异显著。冗余分析表明,叶绿素a、pH、流速对各区域的浮游植物群落影响较显著。环境DNA宏条形码作为一种新兴的生物多样性监测手段,可快速检测鄱阳湖浮游植物生物多样性及其空间分布,为鄱阳湖生物多样性监测以及生态系统健康评估提供新的技术手段。

基于Spark的合成孔径雷达压缩感知分布式成像

压缩感知(compressive sensing,CS)方法在合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像中应用广泛,但其存在计算时间长和计算能力扩展性不足等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于Apache Spark的SAR压缩感知成像分布式成像方法。该方法首先将压缩后的数据沿方位角方向按每一行划分为行向量,然后通过Spark分布式计算平台进行距离向分布式并行重构;将距离向成像的结果矩阵按每一列划分成列向量,再通过Spark分布式计算平台进行方位向分布式并行重构,完成SAR压缩感知成像。此方法利用Spark基于内存的分布式并行计算优势,实现了计算速度是SAR压缩感知的1.9倍,是MapReduce的SAR压缩感知(MR-CS)方法的1.4倍,可见本文方法能够实现SAR压缩感知成像的加速。

基于MapReduce的合成孔径雷达后向投影快速成像方法

针对雷达大场景高分辨率高精度快速成像的应用需求,提出一种基于MapReduce的合成孔径雷达后向投影快速成像方法,将方位向成像任务划分成若干个成像单元,进行分布式并行化方位向成像计算,最后将所有成像单元的计算结果进行相参累加。该方法对每个脉冲数据标上天线阵元的位置信息,使得各个脉冲数据可以并行补偿相位;采用相等脉冲数划分成一个数据块的方式提高计算效率和实现负载均衡;设置Combiner函数对成像单元内的计算结果进行提前聚合,解决后期聚合时间较长的问题。实验验证了该方法的有效性,在保证成像准确的前提下,该方法的方位向成像在4台物理计算机搭建的分布式计算平台中进行,其计算速度是单机计算的后向投影方位向成像方法的3.7倍,可见该方法可以实现合成孔径雷达大场景高分辨率高精度快速成像。