基于Barzilai-Borwein梯度法的多微电网系统递阶优化调度算法

针对由多个相互关联的微电网组成的多微电网系统,提出基于Barzilai-Borwein梯度法的多微电网系统递阶优化调度算法。该算法通过协调各子网多余或缺少的能量,并优化各子网发电设备以实现各微电网能量供需平衡,最小化多微电网系统整体运行成本。首先建立多微电网能量流动模型及其能量管理优化问题,随后综合预测控制的滚动优化思想和关联平衡原理,设计了多微电网系统的递阶优化调度算法。并引入Barzilai-Borwein梯度法对子微电网之间协调,提升协调级迭代计算寻优过程的收敛速度,驱动各子网的独立优化解快速收敛至多微电网的整体优化解。结果表明:该方法以较低的计算量取得了良好的多微电网能量管理效果。数值仿真验证了本文算法的有效性。

基于修正割线方程的BB梯度法

将修正的割线方程和BB梯度法结合起来,从而得到一类修正的BB步长,再利用Zhang-Hager非单调线搜索,提出一个改进的BB梯度方法(MB法)。在一定的假设下,MB法是具有全局收敛性的。同时对MB法和同类型的几个BB方法进行大量的数值试验,结果表明MB法的数值效果是最好的。

基于改进目标场法梯度线圈的感应式磁声磁粒子浓度成像研究

感应式磁声磁粒子浓度成像(MACT-MI)是一种基于磁声耦合效应的磁性纳米粒子(MNPs)浓度成像新方法。由于其磁声信号的信噪比低,导致系统成像质量不佳,该文提出一种改善MACT-MI信噪比的新思路:首先,基于经典目标场法(TFM)设计梯度线圈的思路,将最小化磁场相对误差定义为适应度函数,并采用鲸鱼优化算法对电流密度系数进行优化,设计了一种结构灵活、激励简单的高质量梯度磁场线圈;其次,为研究梯度磁场空间分布特征对MACT-MI的影响,该文构建不同的MNPs分布模型,并利用多物理场仿真软件COMSOL对MACT-MI的物理过程进行数值求解,得到成像区域的磁力和声压分布。仿真结果表明,磁力和声压的有效波动范围与梯度磁场均匀空间的大小成正比,且随着均匀空间的缩小,磁力和声压的峰值也随之衰减,通过提高磁场的均匀度可以有效提高磁声信号的信噪比,改善系统成像质量。研究结果可为成像装备的设计以及MACT-MI的后续实验应用提供研究基础。

基于半解析法的功能梯度悬臂梁力学行为研究

功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)物理性能优良,具有重要的应用价值,近些年来受到了越来越多的关注。本文发展了一种可用于功能梯度悬臂梁受力分析的半解析方法,该方法具有与解析法同等的计算精度,并且可用于材料性能梯度分布复杂情况下的悬臂梁结构受力分析。将该方法用于材料性能按线性梯度分布、指数梯度分布、复杂经验公式梯度分布的功能梯度悬臂梁受力分析,并与解析法、梯度有限元法、分层有限元法的计算结果进行了对比验证。研究结果表明,当高度和长度方向的积分点数分别为11个和21个时,半解析法和梯度有限元法计算的弯曲应力分布结果与解析解基本一致,分层有限元法计算的弯曲应力分布结果与解析解相差较大,相对误差大于10%。而对于挠度值分析,半解析法、梯度有限元法、分层有限元法的计算结果均与解析解非常接近,最大相对误差不超过1.0%。

浮游板优化精液与密度梯度离心结合上游法的比较

目的应用浮游板和密度梯度离心结合上游法优化人类精液,明确优化效果并比较两种方法优化后精子参数的差异。方法收集正常精液样本85例和轻中度少弱精子症精液样本59例,每例样本分为原液组、密梯组和浮游组各1 ml进行后续处理。原液组在精液液化后未做任何处理;密梯组精液液化后用密度梯度离心法结合上游法进行处理,浮游组则在精液液化后应用精子浮游板进行处理。比较原液组、密梯组、浮游组3个亚组间的精子浓度、前向运动精子百分率、正常形态精子百分率;应用流式细胞仪检测精子线粒体膜电位和精子DNA碎片指数,使用单精子活性氧分析仪检测单精子活性氧水平,使用电子显微镜观察精子超微结构并进行组间比较。结果无论是正常精液还是轻中度少弱精子症精液,与原液组比较,密梯组与浮游组的前向运动精子百分率、正常形态精子百分率及精子线粒体膜电位均显著升高(P<0.05),精子DNA碎片指数显著降低(P<0.05);密梯组和浮游组各指标无显著性差异(P>0.05)。正常精液中,浮游组的精子浓度显著高于密梯组(P=0.029),单精子活性氧水平显著低于原液组(P=0.038)。轻中度少弱精子症精液中3亚组间的单精子活性氧水平均无显著性差异(P>0.05)。电子显微镜观察发现正常精液中3个亚组的精子均未见明显异常;轻中度少弱精子症精液中密梯组部分精子可观察到精子细胞膜断裂和线粒体肿胀等异常,而浮游组精子超微结构未见明显异常。结论密度梯度离心结合上游法和浮游板法用于精液的处理和优化,均可有效回收活力、形态和功能更好的精子。精子浮游板法的体外干预小,操作简便,可以获得活性氧更少、损伤更小的精子。

带有延迟步长的循环BB梯度法

梯度法是求解大规模无约束优化问题的常用方法。将求解二次函数极小化问题的步长推广至一般无约束优化问题,通过使用延迟一步以及循环梯度法的思想,提出了循环Barzilai-Borwein梯度法(BB梯度法),并结合Zhang-Hager非单调线搜索技术,给出了求解一般无约束优化问题的循环BB梯度算法—CBBGM算法。在适当的假设下,CBBGM算法是全局收敛的,且目标函数为强凸函数时,该算法具有线性收敛速度。数值试验表明,与现有的方法相比,所提出的方法在计算上更高效。

一种近似BFGS的自适应双参数共轭梯度法

为了更加有效的求解大规模无约束优化问题,本文基于自调比无记忆BFGS拟牛顿法,提出一个自适应双参数共轭梯度法,设计的搜索方向满足充分下降性,在一般假设和标准Wolfe线搜索准则下,证明该方法具有全局收敛性,数值实验结果证明提出的新算法是有效的.

基于共轭梯度法的晶闸管电热耦合模型快速求解方法研究

为解决传统求解技术在处理效率和计算成本上的局限问题,针对晶闸管电热应力耦合交互模型,提出一种基于共轭梯度法的高效解析方法。通过优化迭代过程和收敛条件来显著提升求解效率和精度。新的参数选择策略被引入以自动调整算法迭代步长,加快收敛速度,减少计算资源消耗。相比传统求解方法,所提优化方法在求解时间上平均减少10%,求解精度提高8%。这一进展证明自适应共轭梯度法在电热应力耦合模型快速求解中的有效性,可为电力电子设备热管理提供高效、可靠的计算工具。所提方法在多种测试条件下均表现出显著的提升效率和良好的精确度,为晶闸管电热耦合模型的高效求解提供了创新方案,同时对电力电子领域的相关研究具有重要的实践意义。

一种WYL型谱共轭梯度法的全局收敛性

为解决大规模无约束优化问题,该文结合WYL共轭梯度法和谱共轭梯度法,给出了一种WYL型谱共轭梯度法.在不依赖于任何线搜索的条件下,该方法产生的搜索方向均满足充分下降性,且在强Wolfe线搜索下证明了该方法的全局收敛性.与WYL共轭梯度法的收敛性相比,WYL型谱共轭梯度法推广了线搜索中参数σ的取值范围.最后,相应的数值结果表明了该方法是有效的.

优化精液处理中的密度梯度离心法以提高受精结局的探讨

【目的】本研究旨在改进生殖男科领域现有的精液处理方法,特别是针对双层密度梯度法中的300×g 20 min处理条件,以提高受精结局。【方法】收集2020年7月和9月以及2022年3月和5月在中山大学附属第六医院生殖医学中心进行辅助生殖助孕的1623例患者的精液标本进行实验。预实验中,比较四种不同的双层密度梯度方法(200×g 10 min、200×g 20 min、300×g 10 min和300×g 20 min)处理后标本的精子DNA碎片率和回收率。然后,筛选出一种最优的方法作为新方法,并与目前在用的旧方法(300×g 20 min双层梯度法)进行对比,检验受精率是否有统计学差异。在新方法的基础上,进一步优化为单层密度梯度法,并与双层密度梯度法进行对比,检验是否存在统计学差异。实验过程中严格控制温度、离心速度和离心时间,同时记录每组样本的数量和处理条件。【结果】在保证足够的精子回收率的基础上,发现四种双层密度梯度法中300×g 10 min的精子DNA碎片率低于300×g 20 min。因此,选择300×g 10 min作为新方法进行试验。结果表明,新方法300×g 10 min的总受精率、二核体(2pn)受精率均高于300×g 20 min,且差异有统计学意义(P<0.05);300×g 10 min的卵裂率也略高于300×g 20 min,但差异没有统计学意义(P>0.05)。单层密度梯度法的总受精率、2pn受精率均高于双层密度梯度法,但差异没有统计学意义(P>0.05);单层密度梯度法的卵裂率高于双层密度梯度法,囊胚形成率低于双层密度梯度法,且差异均有统计学意义(P<0.05)。【结论】相对于现有的300×g 20 min双层梯度法,300×g 10 min双层梯度法成功提高了总受精率、2pn受精率、卵裂率,缩短了精液优化处理的时间;而单层密度梯度法虽提高了卵裂率、节约了试剂成本和操作时间,但其囊胚形成率却出现了下降的情况。这些发现为生殖男科领域的精液处理方法提供了有益的指导和启示。

基于美学梯度法的人工智能风格化绘画系统

当前Stable diffusion等人工智能绘画模型在绘画时难以直接控制图像风格,同时风格模型训练仅针对单种风格。针对该问题,提出了一种基于美学梯度法的人工智能风格化绘画系统,以实现多种图像风格的控制和融合,并提供更加便捷的图像创作体验。收集并分析网络用户数据,结合问卷得到用户对图像风格的感性需求;根据感性需求收集各风格图像数据得到对应的风格图像训练集。使用梯度下降算法计算风格化文本编码器的权重,实现生成图像风格化的效果。通过可用性测试对比用户对该系统与传统人工智能绘画系统产出图像的风格满意程度,结果表明:人工智能风格化绘画系统的平均满意度相较传统人工智能绘画系统提升23%,表明人工智能风格化绘画系统在图像风格生成上具有更好的效果,可满足用户对图像风格的需求。该人工智能风格化绘画系统可以更便捷地实现图像风格调整,允许用户直观选择不同风格的权重,便捷使用一种或多种风格,能够有效满足用户对图像风格设计的需求。

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%.

基于共轭梯度法的金属化薄膜电容器热点温度反演

热点温度是影响金属化薄膜电容器(metallized film capacitors,MFC)绝缘寿命的重要因素之一,但由于其无法直接测量,因此通常采用热仿真分析或温度反演的方法获得。该文提出了基于共轭梯度法(conjugategradient method,CG)的热点温度反演模型,建立了内部传热过程的温度分布目标函数,采用有限差分法求解电容器温度场,再通过CG对内部温度分布进行迭代求解。同时,通过交流温升试验校核了仿真模型以及反演模型。研究结果表明:热点温升与表面温升存在线性关系,热点温度出现在MFC中央靠近芯轴处,反演模型与仿真模型最大误差为4.35%,说明该模型可实现现场工况下的温度分布、热点分布等的有效预测。

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。

基于幂级数-波动法的功能梯度圆环板结构振动模型建立与特性研究

提出一种可用于计算功能梯度圆环板结构在不同边界条件下振动特性的幂级数-波动法。基于一阶剪切变形理论框架,将位移函数设置为幂级数的形式,结合波动列式构建功能梯度圆环板结构振动特性分析模型。通过与有限元计算结果进行对比,验证所建立振动特性分析模型在固有频率、自由模态以及频率响应计算的正确性和准确性。以此为基础,开展参数化分析工作,研究了不同结构参数对不同边界条件下功能梯度圆环板结构固有频率和频率响应的影响情况。结果表明,基于提出的数值计算方法建立的功能梯度圆环板结构振动特性分析模型可行有效,不同结构参数对结构固有特性及频率响应均存在不同的影响规律和效果。

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。

非对称弦测法中基于梯度下降的轨道不平顺复原方法

本研究提出了一种基于梯度下降的轨道不平顺复原方法。基于非对称弦测法理论,轨道不平顺的复原过程可描述为一个欠定线性系统的优化问题。本文提出采用梯度下降法求解该优化问题,采用了考虑正则项的二次型代价函数。为了评估所提出方法的性能,本研究搭建了一个轨道检测小车,并在一个缩尺桥梁模型上进行了现场试验。通过与水准仪测量值的比较,验证了基于梯度下降轨道不平顺复原方法具有良好精度。与传统的需要专门设计逆滤波器的轨道不平顺复原方法相比,本研究所提出的方法物理意义明确,只需基于非对称弦测法原理建立优化模型,这表明本方法在现场实测中具有良好的可操作性。此外,重复性评估表明,在调整不同的弦长以及多次重复测量时,本研究所提出的方法可复现一致的轨道不平顺结果,表明该方法具有良好的测量重复性。本研究所提出的方法可对轨道不平顺进行准确复原,为轨道平顺性状态及时有效评估提供数据支撑,进而保证列车运行的平稳与安全。

基于鲁棒控制的自适应分数阶梯度优化算法设计

当目标函数是强凸函数时,一般的分数阶梯度下降法不能够使函数收敛到最小值点,只能收敛到一个包含最小值点的区域内或者是发散的.为了解决这个问题,本文提出了自适应分数阶梯度下降法(AFOGD)和自适应分数阶加速梯度下降法(AFOAGD)两种新的优化算法.受到鲁棒控制理论中二次约束和李雅普诺夫稳定性理论的启发,建立了一个线性矩阵不等式去分析所提出的算法的收敛性.当目标函数是L-光滑且m-强凸时,算法可以达到R线性收敛.最后几个数值仿真证明了算法的有效性和优越性.

一种基于扭秤的重力梯度动态测量方法

针对传统的扭秤式重力梯度仪测量准确度高,但稳定性差且测量效率低的问题进行了研究。引入动态调制方法,并将Z型扭秤结构应用于动态测量模式,实现重力水平梯度和重力曲率值的同时测量。在信号处理过程中使用旋转滤波和遗传算法,可有效消除扭摆自由振荡对目标峰值的影响并提取目标频率的幅值和相位。仿真实验结果表明,遗传算法从动态测量模式信号中提取目标重力梯度值引入的不确定度分量不超过0.0077 E(1 E=10^(-9)/s^(2))。使用遗传算法进行数据后处理时,系统的测量不确定度评定为0.0582 E。

基于分层法的功能梯度三明治壳线性弯曲无网格分析

基于3D连续壳理论和一阶剪切变形理论,采用分层法,提出了一种求解功能梯度三明治壳线性弯曲问题的移动最小二乘无网格法.通过映射技术,将随动坐标系上的二维无网格节点信息映射到三维壳中,并在随动坐标系上形成移动最小二乘近似的形函数.因基于3D连续壳理论的壳数值解答无法像特定壳一样给出其厚度方向的显式表达式,该文将功能梯度三明治材料壳结构中材料参数变化的部分划分成若干层,得到每层的材料参数为常数.利用最小势能原理,推导出了功能梯度三明治壳线性弯曲的无网格控制方程.通过引入一个厚度方向的线性变换,使得每层厚度方向的Gauss积分均在-1至1区间内,不违背一阶剪切变形理论.采用完全转化法施加本质边界条件.以功能梯度三明治板、柱壳、双曲扁壳经典几何形状壳为例,讨论了不同梯度系数、径厚比和曲率半径等对数值结果的影响,并将计算结果与文献解对比.研究表明,该方法在求解不同形状的功能梯度三明治壳线性弯曲问题时,具有收敛性好、计算精度高的特点.