一种基于共轭次梯度算法的非光滑布图规划方法

针对只有硬模块的布图规划问题,通常将其构建成组合优化模型,但求解过程时间成本高。为提高求解效率,提出了一种基于非光滑解析数学规划的布图规划算法。基于布图中器件的坐标表示,构建了一个泛化的非光滑解析数学规划模型,将不同场景下的布图规划问题的不同优化阶段处理为该泛化模型的特例,并利用共轭次梯度算法(conjugate sub-gradient algorithm,CSA)对其进行求解。针对固定轮廓布图规划问题,通过统一框架下的全局布图规划、合法化、局部优化三个阶段,实现了在固定轮廓约束下的线长优化。针对无固定轮廓约束问题,提出了带黄金分割策略的共轭次梯度算法(conjugate sub-gradient algorithm with golden section strategy,CSA_GSS),利用黄金分割策略缩小固定轮廓的面积,达到面积和线长双优化的效果。实验在GSRC测试电路上与基于B*-树表示的布图规划算法进行比较,该算法对于大规模电路在线长和时间方面均占据优势。实验结果表明,该算法能以更低的时间复杂度获得更优的线长。

电沉积制备梯度纳米结构铜镀层及其摩擦学行为

先通过测量铜电沉积的阴极极化曲线得到电镀铜的适宜电流密度,再在不同电流密度下电沉积不同时间,得到总厚度为40μm的梯度纳米结构(GNS)铜镀层。通过循环摩擦磨损试验研究了GNS铜镀层在室温干摩擦条件下的摩擦磨损行为。结果表明,GNS铜镀层呈现两个不同的摩擦磨损阶段。在第一稳态阶段,铜镀层亚表层结构稳定,为形成完整的Cu_(2)O薄膜提供了保障,磨损机制以氧化磨损为主,摩擦因数约为0.20,磨损率为2.53×10^(−6)mm^(3)/(N·m);在第二稳态阶段,铜镀层表面的亚表层结构变得粗大并产生裂纹,Cu_(2)O薄膜发生脱落和破损,磨损机制转变为疲劳磨损,摩擦因数和磨损率都增大。

耐压液舱精细化分析与骨材变刚度设计

在有限元计算中,由于网格量的限制往往无法得到应力梯度较大位置的应力精确值,为解决此问题,基于外置式耐压液舱,采用子模型方法来提高计算精度,对规范与有限元结果差异较大的特征应力进行精细化分析,给出合理解释。基于子模型方法对纵骨进行变刚度设计,对纵骨自由翼缘上的总应力进行讨论。结果表明,纵骨变刚度设计效果明显,横舱壁根部纵骨自由翼缘上的总应力降低了26.43%,实肋板根部纵骨自由翼缘上的总应力降低了32.55%,变刚度设计是重量成本较低的降低纵骨自由翼缘总应力的可选方案。

分布式优化:算法设计和收敛性分析

近年来,随着高科技的蓬勃发展,特别是云计算和大数据等新兴领域的出现,分布式优化理论和应用得到了越来越多的重视,并逐渐渗透到科学研究、工程应用和社会生活的各个方面,分布式优化是通过多智能体之间的合作协调有效地实现优化的任务,可用来解决许多集中式算法难以胜任的大规模复杂的优化问题.如今如何设计出有效的分布式优化算法并对其进行收敛性和复杂性的分析成了优化研究的主要任务之一.与集中式算法的主要区别在于分布式算法还不得不考虑通讯和协调在优化中起到的重要作用.本文集中讨论了近年来分布式优化研究中的一些典型热门的研究问题,从一个侧面介绍了包括无约束优化、带约束优化、以及分布式博弈等方向的部分最新成果.同时也比较详尽地论述了笔者最近的相关研究成果.最后,本文简要地对分布式优化的研究和应用前景进行了展望.

带最小批量约束的计划问题及其拉格朗日松弛算法

针对一类带最小批量约束的计划问题,提出了基于拉格朗日松弛策略求解算法.通过拉格明日松弛策略,将原问题转为一系列带最小批量约束的动态经济批量W-W(Wagner-Whitin)子问题.提出了解决子问题且其时间复杂度O(T^3)的最优前向递推算法.对于拉格朗日对偶问题,用次梯度算法求解,获得原问题的下界.若对偶问题的解是不可行的,通过固定装设变量,求解一个剩余的线性规划问题来进行可行化处理.最后,数据仿真验证了算法的有效性.

基于能量衰减模型的转子碰摩声发射源次梯度投影定位方法

由于旋转机械结构的复杂性,转子碰摩声发射信号在复杂体结构的传播过程中,多模态波传播速度不同且信号畸变严重,传统的时差定位法难以得到准确的碰摩源。根据声发射信号传播时能量与声源距离按反比关系衰减的特点,建立信号能量衰减模型,将目标声源位置限定于圆心和半径都为传感器对的能量比函数的超球上,并将定位问题转化为估计问题,采用自适应次梯度投影系统估计算法逼近声源位置。该方法基于能量比而非能量,因此即使在声源能量显著变化时其定位精度也不会受到显著影响。当安装多对传感器时,可以决定更多的超球,因此该方法还适用于多只传感器组成的阵列定位。在转子试验台上模拟碰摩故障,采用该算法进行碰摩源定位。试验结果表明,该算法具有比时延估计算法更高的定位精度,且具有良好的收敛性能和较低的计算复杂度。

底部渗灌灌水梯度对栓皮栎容器苗生长和养分状况的影响

【目的】探讨底部渗灌不同灌水梯度对栓皮栎容器苗水分利用效率、形态特征和养分状况的影响,以期为栓皮栎容器苗精准灌溉提供科学依据。【方法】选取栓皮栎当年生播种容器苗为研究材料,采用2种容器规格（D40容器：体积656 cm3,规格6.4 cm×25 cm;D60容器：体积983 cm3,规格6.4 cm×36 cm）,设置4个灌水梯度（85%,75%,65%,55%基质饱和水质量）,研究不同灌水梯度处理下栓皮栎容器苗用水量、生长、养分状况和基质电导率（EC）的变化。【结果】1）栓皮栎容器苗用水量随着灌水梯度的降低依次下降,水分利用效率没有呈现类似规律,但灌水梯度高的处理水分利用效率也较高。2）灌水梯度为饱和含水量的75%~85%时,苗木的高、地径、茎生物量、根生物量和单株生物量指标在所有处理中都达到最大。灌水梯度为饱和含水量75%和85%2个处理间的形态指标差异不显著,但二者与其他含水量更低的处理差异显著。3）处理之间在养分浓度方面无明显规律;但养分含量方面,灌水梯度为基质饱和含水量75%和85%2个处理的单株和各器官中养分含量均显著高于其他基质含水量更低的处理,且2个处理之间的养分含量差异不显著。4）大规格容器苗木要比小规格容器苗木用水量多,但在形态和生物量方面,大规格容器的处理表现更优。在养分状况方面,大规格容器培育的苗木养分含量显著大于小规格容器培育的苗木,而养分浓度差异不显著。5）底部渗灌显著提高了基质上层的EC值,所有处理基质中层和下层的EC值无显著差异,且均显著低于上层,而灌水梯度的大小对基质上层的EC值无显著影响。本试验测定的EC值均低于危害苗木的最大EC值,不会对苗木造成不利影响。【结论】容器为D60、底部渗灌灌水梯度为85%和75%2个处理栓皮栎容器苗水分利用效率较高,2个处理之间的苗高、地径、生物量和氮、磷、钾含量等指标无显著差异,但均大于或显著大于其他处理,其基质上层的EC值均低于可能危害苗木的最大EC值。因此,从既节水又有利于苗木生长的角度考虑,栓皮栎容器苗底部渗灌的最佳灌水和容器组合为基质饱和水质量的75%和D60容器。

人眼视觉感知驱动的梯度域低照度图像对比度增强

针对传统的对比度增强方法在对低照度图像进行处理时不能同时顾及压缩动态范围、调整亮度以及增强或保持细节等问题,提出一种基于人眼视觉感知特性的、从全局亮度映射到局部细节补偿的低照度图像对比度增强方法.首先通过非线性全局亮度映射模型压缩图像的动态范围,提高图像的整体亮度水平;然后结合人眼视觉系统的亮度掩蔽特性和超阈值对比度感知特性,非线性地调整图像的局部梯度场增强和恢复图像的局部细节;最后在目标梯度场上通过快速求解泊松方程获取增强后的图像.实验结果表明,该方法能够有效地增强低照度图像的全局和局部对比度,提升了低照度图像的视见度.

中继协作认知无线电系统的最优化功率分配

将中继协作与认知无线电技术相结合是提高频谱资源利用效率和减小系统功率消耗的有效方法。为此,在认知用户端之间不存在直接链路、中继用户工作在放大转发方式以及认知用户和中继发送功率都受限的场景下,对认知无线电中继协作系统中的功率分配问题进行探讨。利用KKT条件和次梯度法求解优化问题,提出一种最优化功率分配算法。该算法既能保证授权用户平均通信质量和最差通信质量不受影响,又能使认知用户的通信容量达到最大。在瑞利衰落信道下对该算法进行数值仿真,结果验证了其正确性。

无线多跳网络中SVC视频流传输的分布式优化方法

针对无线多跳网络承载多媒体服务所面临的可扩展性、能量有效性和服务质量保证的挑战,研究了多个可伸缩编码(scalable video coding,SVC)视频流在无线多跳网络中传输的分布式跨层优化问题.在分析网络资源分配约束和SVC视频内容自适应模型的基础上,把SVC视频的传输问题表达为一个视频质量和网络功率消耗的跨层权衡优化问题.基于对偶问题的可分解性和次梯度求解方法,提出了一个可分布式实现的SVC视频优化传输算法.该分布式算法避免了控制开销的全网传播,通过节点的局部信息交换和独立解决相应子问题,达到底层资源分配和上层SVC视频传输内容选择的最优匹配.仿真结果表明该算法可以快速收敛到最优解,并能实现SVC视频的平均传输质量和网络总功率消耗的最优权衡.

数字图像相关中的亚像素位移定位算法进展

数字图像相关方法(DIC)已经作为一种常用的光学计量有效手段应用于实验力学及其它科学研究和工程应用领域中.经过20多年的发展,该方法日渐成熟和完善.作为提高测量精度的亚像素位移定位算法被认为是该方法的关键技术之一.本文对二维数字图像相关的基本原理及其中为提高测量精度而提出的各种亚像素位移定位算法做了概括性的介绍.在总结已有研究成果的基础上,分析了各种方法优缺点.并对数字图像相关方法的最新进展作了简要介绍,随着算法精度、效率以及硬件设备性能的提高,该方法必将会获得更广泛的应用.

基于广义三维分配的数据互联算法研究

针对多维分配问题中基于次梯度算法的拉格朗日松弛算法每次迭代都要对每个子问题进行最小化运算以更新乘子的缺陷,引入了优化数学里的代理次梯度算法,修改次梯度表达式和乘子更新公式,提出了基于代理次梯度的拉格朗日松弛数据关联算法。在问题规模较大的情况下,节约了计算时间,降低了跟踪丢失率。仿真结果证明了算法的有效性。

淬火弹性应变能对7050铝合金时效亚晶界演变的影响

研究7050铝合金型材在固溶淬火与分级时效各阶段亚晶界的演变,阐明亚晶界形成与晶粒内取向梯度的关系。结果表明:固溶淬火后长轴为200μm、短轴为80μm的纺锤状粗晶组织经过(121℃,360 min)+(177℃,60 min)双级时效处理后,被分割碎化成20μm左右的等轴状细小亚晶组织。电子背散射衍射技术(EBSD)证实碎化由小角度晶界分割造成,且固溶淬火后晶面的弯曲程度经时效后降低了77.8%。透射电镜(TEM)结果表明,时效过程使淬火散乱位错逐步形成位错列和小角度晶界。二级时效时MgZn2相在亚晶界上析出,促进了Graff试剂的侵蚀效果,使得在光学显微镜(OM)下可观察到亚晶界。

数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究

为提高位移测量精度而提出的各种亚像素位移测量算法被认为是数字图像相关方法中的关键技术之一,详细了解已有各算法的性能无疑具有实际意义．总结文献中3种最常用的亚像素位移测量算法,首先用无噪声的计算机仿真散斑图对各算法的性能从计算精度和计算效率两个方面进行了比较研究,并用实际实验图片对其性能做进一步的研究,结果显示在图像子区大小相同的情况下,基于空域相关函数迭代的牛顿-拉普森方法计算结果最为精确、稳定．

基于次梯度投影的泛投资组合选择策略

在线投资组合选择(online portfolio selection)问题是当前量化投资领域一个重要的研究问题.近些年来,可投资标的的爆炸式增长急需能够有效计算的投资组合选择策略,而现有高绩效算法大多具有指数级或多项式级的时间复杂度,不利于在实际中应用.由此,本文提出了一种基于次梯度投影的泛投资组合选择策略SGP.将次梯度投影的思想应用到资产组合构建的过程中,得到策略的再平衡规则.理论上,本文分析了次梯度投影算法的竞争性能,证明了该策略是一个泛投资组合选择策略;并发现该算法具有线性时间复杂度.实证上,验证了SGP策略在美国与中国市场的表现.结果表明,SGP策略能够实现和最新的泛投资组合选择策略相当的收益率,而算法运行时间短于现有策略.参数敏感性分析表明SGP策略对参数选择不敏感;交易成本敏感性分析表明SGP策略能够承受合理的交易成本.

一种基于子图特征的快速图像配准算法

针对大面积图像配准鲁棒性和实时性差的问题,提出一种基于子图特征的快速图像配准算法.提取对比度强、结构清晰的子图,依次采用改进的Harris检测算法提取角点,4阶梯度向量对角点进行描述,欧氏距离进行特征向量相似性度量,并利用最小二乘法进行变换参数估计,采用双线性插值法重建待配准图像.实验结果表明,子图法不但比大图法的配准精度高,配准速度快,而且这种思想可以推广到FMT和MI配准法等其他配准算法.

基于小波包和边缘特征的遥感图像融合算法

为了获得更多的图像细节信息,提出了一种基于边缘特征的遥感图像融合算法。该方法以小波包变换为基础,根据3个子方向的小波系数变化和边缘特征,确定融合规则。对TM多光谱图像和SPOT高分辨率图像进行融合实验,并从主观和客观两方面对融合结果进行了比较分析。仿真实验结果表明,该方法在空间细节信息的表现能力和光谱信息的保持方面都有一定程度的提高。

一种基于姿态校正的人脸检测方法

本文提出了一种基于姿态校正的人脸检测方法。该方法先对YCbCr空间进行非线性变换得到YC′bC′r空间,用于肤色检测,然后应用形态学算子提取肤色区域。在此基础上,提出姿态角度估计目标函数,并讨论了2种寻优方法即:梯度下降法和次全局枚举寻优法来估计姿态角度值。根据估计的姿态角度作相应的旋转校正,在校正后的区域利用眼睛和嘴的色度和亮度特点分别构造映射图,提取出眼睛和嘴,并验证人脸。该方法在自拍的视频序列中进行姿态估计和人脸检测实验,均取得了较好的效果。

基于改进梯度算法的液晶屏亚像素级缺陷快速检测

针对目前移动设备端的液晶屏亚像素级液晶颗粒缺陷检测效率低的问题,提出一种采用机器视觉的基于改进梯度的缺陷快速检测方法。首先,通过高分辨率的线阵相机获取超高分辨率的液晶屏的采集图,采集像素超过2亿,将微观的亚像素级液晶颗粒通过高分辨率相机转换成图像中的宏观目标;其次,提出一种自适应参数估计方法检测液晶屏中液晶颗粒排列参数,以满足不同规格的液晶屏的自适应缺陷检测;最后,基于获取到的液晶颗粒参数采用改进的梯度算法对采集图进行缺陷特征提取,采用优化中值滤波算法对获得的缺陷特征图像去噪,通过二值图像连通域标记优化算法对缺陷进行快速定位。理论与实验均表明该算法能够快速准确检测出液晶屏中的亚像素级液晶颗粒坏点,对生产检测中的偏转以及图像光照不均都有很好的鲁棒性,满足液晶屏生产流水线的检测需求。

基于小波包变换和圆形邻域特征的图像融合

为了强化融合图像所包含的信息、增加图像理解的可靠性,提出了一种基于小波包变换的红外与可见光图像融合算法;首先利用小波包变换将图像进行多尺度分解,然后提取不同分辨率、不同方向下的小波系数。其次,针对不同的频率域选择不同的融合算法构造融合图像对应的小波系数,对低频系数选取基于圆形邻域归一化梯度法,对高频系数选用小波系数子方向梯度算子法。最后进行小波重构得到融合图像;对融合后的图像通过测量其平均梯度、标准差、信息熵以及互信息量等指标,表明了该算法在红外与可见光图像融合处理中取得了较好的融合效果。