集成AI大语言模型的在线编程实验平台设计与实现

传统在线编程实验平台受限于反馈信息的局限性、忽视代码风格及规范性、代码的可读性、代码的效率等多种因素,不利于学生的学习和发展。该文设计并实现了一个集成AI大语言模型的在线编程实验平台方案,该方案在传统平台基础上,引入了大语言模型的实时代码建议、程序安全扫描和判题结果分析优化功能。通过AI大语言模型的实时分析、诊断和优化建议,大大提高了教学效果,增强了学生与系统的互动,能够使学生更好的理解编程概念并提升解决问题的能力。该研究证实了AI模型在编程教育中的价值,并为人工智能在高等教育技术的应用提供了新的视角和策略。

基于高频组合片段-基因表达式编程算法的轨道交通地面沉降预测模型

[目的]地面沉降预测和控制是轨道交通盾构法隧道施工中最为关注的问题之一。为了解决现有地面沉降预测和控制中存在的模型表达过于复杂且缺乏解释性的问题,需要一种既简洁清晰,又能够描述复杂问题的可解释模型,GEP(基因表达式编程)算法提供了这种可能性,因此需对基于HFS(高频组合片段)-GEP算法的轨道交通地面沉降预测模型进行深入研究。[方法]以杭绍城际铁路某区段盾构隧道工程为依托,选取盾构施工过程中的土舱压力、刀盘扭矩、刀盘转速、推进速度、总推力、隧道埋深及盾尾注浆量等参数作为关键输入型施工参数,地面沉降作为输出型施工参数,通过备选公式集筛选以及HFS选取,建立基于HFS-GEP算法的轨道交通地面沉降预测模型。利用该模型对第180环—第210环区段的关键施工参数进行优化调整,分析盾构施工参数变化对地面最终沉降的影响效果。[结果及结论]基于HFS-GEP算法的地面沉降预测模型可以反映盾构施工参数与地面最终沉降的显式关系;相较于传统GEP算法的地面沉降预测模型,该模型准确度更高,结构更为简洁,且收敛速度更快。通过对盾构关键施工参数进行优化调整,该模型可将第180环—第210环区段的最终沉降量控制在10 mm以内。

任务并行编程模型下排列熵算法的并行实现

排列熵算法随着嵌入维数的增大,运算规模将会呈平方级数增大,计算时效性问题突出,亟待解决。为此,提出一种基于任务并行编程模型的线程级并行方法,通过任务并行运行系统(StarPU)将密集型计算划分为多个独立的任务,再由调度器将任务调度到不同的CPU上执行,实现排列熵算法的并行化。基于StarPU的排列熵并行算法与串行程序相比较,加速比为23.79倍,相较于OpenMP(一种用于共享内存并行系统的并行计算方案),在分配28个线程时,加速比为1.17倍,结果表明该方法能够有效实现排列熵算法的加速执行。

基于领域编程模型的可信区块链自动化协议

区块链自动化技术有效解决了区块链无法自动执行智能合约程序的困境,拓展了区块链的应用场景。然而,现有的自动化方案往往任务定义复杂、任务执行缺少可证明性且无法支持链下数据,从而存在使用门槛高和可信性低等问题。针对上述问题,提出了一种区块链任务自动化可信协议Specy Network。该协议首先通过结合领域编程模型与可信执行环境,设计了应用于区块链自动化场景的领域专用语言,实现了条件检查的可证明性,且在提高任务检查可靠性的同时降低了定义的复杂度。其次对区块链自动化业务中的角色交互和任务生命周期进行优化,提高了协议实施的稳定性。最后对所提出的协议进行了开发与实现,以具体案例验证了方案的可行性。

生成式人工智能模型应用于编程教学的创新与实践

ChatGPT作为一种创新的教学工具逐渐引起了广泛关注。该工具在编程教学中具有许多创新潜力。首先,文章介绍了生成式人工智能模型在编程教学中的潜在优势。其次,文章积极探索教学创新方法,在编程课程中融入生成式人工智能模型进行案例实践分析。最后,文章展望了生成式人工智能模型在计算机编程教学中未来可能的发展方向,期望为教育者和研究者提供有益的思考,促进生成式人工智能模型在计算机编程教学中的更广泛应用。

大模型下编程教学面临的挑战与应对

从编程教学的有效性出发,分析ChatGPT等大模型对传统编程教学知识面和技能训练上的挑战及有效性的影响,包括缺乏理解和思考、缺乏实践经验、缺乏个性化和反馈、知识浅薄和依赖性、不利于创新能力的培养、个人沉浸、不利身心健康等;针对具体教学提出ChatGPT大模型下调整教学目的、教学内容、考核依据等应对之策。

采用Map-Reduce模型的海量电能质量数据交换格式文件快速解析方案

针对现有方案对电能质量监测系统中海量PQDIF文件解析效率低、解析时间长等问题,研究实现了一种基于集群计算架构的海量PQDIF文件快速解析方案。通过Map-Reduce模型来实现海量PQDIF文件的快速并行解析。Map-Reduce模型将数据集的大规模操作任务拆分成若干子任务分配给网络上的每一个计算节点(如PC机),实现多计算节点共同协调处理任务,达到提高运行效率的目的。方案采用Java和C++编写,在异构平台间具有较强的可移植性,并且可以通过增加计算节点来提高解析效率,具有较强的可扩展性。通过对海量PQDIF文件进行解析测试,结果表明该方案可以显著提高文件解析效率。

基于可视化编程技术的道面裂缝信息模型动态管理方法研究

裂缝是机场道面最为常见的病害形式,掌握其发展规律对道面运维十分必要,然而以往裂缝病害大多以文字形式记录管理,其动态发展规律难以被掌握,管理人员也无法对其实时评价。为解决上述问题,基于BIM技术开发了一种道面裂缝信息单元,提出了道面裂缝病害信息模型快速建模方法,扩展了道面裂缝属性信息;通过可视化编程,实现了道面运维信息与病害模型的动态连接,结合PCI算法,实现了道面开裂病害实时评价;最后,引入时间参数,实现了物理裂缝发展与数字化模型的动态关联,并基于室内模型试验对所提方法进行了验证。研究表明,裂缝实体模型可实现对道面病害的集成化管理,依托可视化编程技术可实现道面裂缝动态信息集成与更新。研究成果可为全生命周期信息协同的机场道面运维与数字孪生技术发展提供基础。

面向国产高性能众核处理器的编程模型

在国产高性能众核处理器上编程时,需要直接使用最底层的接口开发软件,这使编程和调试非常困难;并且各自平台的高性能软件编程模型较为基础,计算软件不能通用,造成了重复性开发。针对以上问题,实现了通用编程模型以及所对应的支撑库:一方面基于消息队列机制开发国产高性能众核处理器的线程级并行机制;另一方面基于单指令多数据流(SIMD)编程模型开发从核上的数据级并行性。首先,对国产高性能众核处理器体系结构进行抽象;其次,设计模型的消息队列机制,并为程序员提供一套异构并行编程接口,如系统参数接口、从核线程控制接口、消息队列接口、SIMD抽象接口;最后,在上述基础上形成全新的高性能计算软件开发模型和方法,方便用户开发基于国产高性能众核处理器的并行计算软件。性能传输测试结果表明,在国产众核处理器上,当启动核数较少时,所提模型的传输带宽普遍达到了峰值直接内存访问(DMA)带宽的90%;当启动的核数较多时,消息队列模型的传输带宽普遍达到了峰值DMA带宽的70%。在矩阵乘法实验中,与系统原语传输矩阵并计算的性能相比,所提模型的性能达到前者的90%;在口令猜测系统中,所提模型的代码性能与直接使用最底层的接口开发的代码性能基本持平。所提通用编程模型和支撑框架使高性能计算(HPC)软件开发更简易,并且具有更好的可移植性,可为促进国产自主HPC软件研发提供帮助。

云计算环境下的改进型Map-Reduce模型

Map-Reduce模型在分配输入文件时没有考虑集群中大量异构节点的计算性能,导致运行map任务时网络数据传送量增加。针对该问题,提出一种云计算环境下的改进型Map-Reduce模型。根据集群中大量节点计算性能不同的特点,采用最小化最大计算时间的目标函数进行建模,利用遗传算法求解该模型得到分配方案。仿真结果证明了该模型的有效性。

基于模型化编程的双向DC/DC变换器创新实验平台

能源互联网中存在越来越多诸如电动汽车等具有“源”“荷”双重身份的电力设备,这类设备大多采用双向DC/DC变换器实现双向功率流动。为了使实验教学紧跟专业技术发展前沿,结合双向Buck-Boost电路和模型化编程手段,完成了双向DC/DC变换器创新实验平台的设计。以电感电流为参考分析了Buck-Boost电路的双向工作模态,对实验平台硬件电路进行了详细设计,并介绍了典型控制策略的模型化软件设计。在此基础上,设计了光伏发电最大功率点跟踪(MPPT)控制实验案例。典型控制实验和光伏发电MPPT控制实验结果验证了实验平台的软硬件设计,也体现出平台的灵活性。

面向大图子图匹配的多GPU编程模型

子图匹配是复杂网络中进行数据挖掘的重要手段。近年来,基于图形处理器(GPU)的子图匹配算法已展现明显的速度优势。然而,由于大图数据的规模宏大以及子图匹配的大量中间结果,单块GPU的内存容量很快成为了处理大图子图匹配算法的主要瓶颈。因此,提出了一种面向大图子图匹配的多GPU编程模型。首先,提出了基于多GPU的子图匹配算法框架,实现了子图匹配算法在多GPU上的协同操作,解决了GPU大图子图匹配的图规模问题。其次,采用了一种基于查询图的动态调节技术来处理跨分区子图集,解决了图划分导致的跨分区子图匹配难题。最后,结合GPU单指令多线程(SIMT)架构特性,提出一种优先级调度策略保证GPU的内部负载均衡,并设计了共享内存的流水线机制优化多核并发的缓存争用。实验表明,多GPU编程模型能够在数十亿级别的数据集上得到正确的匹配结果,与最新的基于GPU的解决方案相比,该算法框架能够获得1.2~2.6倍的加速比。

基于真值表的函数自动生成的神经网络模型

作为目前最常见的程序综合问题,示例编程通过用户提供的输入/输出示例生成程序,为编程能力不足的开发者提供了便利。近年来,示例编程已经被应用于Microsoft Office Excel办公软件的自动编程,以及勘探、测井、航空航天等领域。鉴于目前示例编程鲜有关于二进制流的研究,本文针对基于真值表函数自动生成问题具有函数表达式的语法符号序列中各语法符号的关系与它们的距离大小无关、函数表达式的生成语义规则与布尔向量函数采样的结果长度无关的特点,设计了一种神经网络模型和算法,在程序综合、功能等价和序列匹配的指标上分别取得了70.56%、64.66%、0.6355的结果,分别优于现有最先进的程序综合模型55.07%、49.70%、0.5690。

一次性可编程存储器的数据保持特性建模及分析

基于300 mm 0.18μm MS 5 V工艺平台设计并流片了1k×16一次性可编程OTP器件,并对存储单元的结构、工作原理及工艺等可能影响数据保持寿命的因素进行了分析。根据Arrhenius寿命模型对不同样品设置了高温老化实验测试,收集数据并对OTP器件的保持特性进行建模。通过225℃、250℃和275℃条件下的高温老化加速实验,拟合样品最大数据保持时间曲线。在生产过程中可能出现的最差产品条件下,对1/(kT)与数据保持时间曲线进行数学拟合,计算在不同失效条件下的浮栅电荷泄漏的激活能和最大数据保持时间。

基于三维CAD模型的三坐标检测快速编程系统研究与开发

介绍了一种通用的利用三维CAD模型进行三坐标检测程序离线编制的系统开发方法,该系统基于三维CAD建模平台,集成了测头与坐标系管理模块、测量规划模块以及编程与仿真模块等功能,实现了工件在虚拟端的采样规划、路径规划、测量程序生成以及测量过程的虚拟验证,有效提升了测量程序编制的效率和质量,有助于实现批量零件的自动化测量。

基于VBA编程的全子集模型筛选算法

文章基于VBA编程方法,实现对全部子集模型的筛选。结果表明:用VBA方法实现的模型估计,操作方法简单友好,可以充分利用EXCEL灵活的数据处理与数据交换功能完成全部计算和分析工作;无须太过严格的模型设定,基于变量之间的相关性假设选择原始自变量和派生出自变量,构建符合要求的回归模型;设计的优化算法科学精巧,可以大大减少计算量;可以按特定要求进行全子集模型搜索,获得满足需要的模型;用多个优选模型进行联合预测、边际效应分析、弹性系数计算,可避免单一模型的偶然性因素影响。

配电变压器强波动负荷动态热点温度计算模型

配电变压器是居民、工业配电系统的核心设备,准确获取运行时变压器的动态温度对其安全运行至关重要,尤其是在工厂大型设备频繁启停的波动负荷下。文中提出了一种基于改进遗传编程算法的配电变压器动态热点温度计算方法,并搭建了配电变压器热点温度实验平台,以获得的实验数据作为训练集和预测集。研究结果表明,所提计算方法相较于传统遗传编程算法可以更高效地获得最优个体,预测结果和实测结果的最大误差仅为1.44 K,为配电变压器智能运维和温度监测无传感器化提供了新的技术手段。

ParM:基于国产处理器的异构并行编程模型

随着算力需求的增长,各种国产异构计算设备不断出现,这些设备都有其专用的编程模型,开发者需要根据不同设备的架构特点在专用的编程模型上进行开发,导致开发出的代码在设备间不具有可移植性。近年来国外已经出现了支持多种计算设备的统一异构并行编程模型,但针对国产设备的异构编程模型的研究和实现还比较少。针对该问题,开发了一套性能可移植的异构编程模型ParM。该编程模型以C++库的形式提供,屏蔽了大量的底层实现细节,降低了并行编程难度。该编程框架目前支持的后端设备有x86 CPU、NVIDIA GPU、华为鲲鹏处理器和华为昇腾AI处理器,并且对各种后端设备进行了性能优化。在各种设备上的性能测试表明,ParM编程模型的性能可以达到原始代码的90%以上。

基于UG12.0的注射模型芯数控铣削编程

注射模零件进行数控加工编程前,应对零件结构进行分析,根据模具结构对零件实体的要求进行适当修改,删除实体上的推杆孔、斜推孔、流道等特征,再分别对模具零件的胶位面、分型面、配合面等进行数控铣削编程,编写的数控刀路经仿真验证,可以加工符合要求的模具零件。

IGBT器件级物理模型的FPGA设计与实现及在环验证

基于硬件在环(HIL)仿真,研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件级Hefner物理模型及其求解算法与优化方法,在现场可编程门阵列(FPGA)上设计并实现了Hefner优化模型,并基于PYNQ框架对其进行了在环验证。首先,分析并仿真了Hefner物理模型与其求解算法,提出并训练了一个前馈神经网络用以拟合模型中的一组非线性函数;接着,在FPGA上设计并验证了Hefner优化模型IP核,并使用基于PYNQ框架的FPGA在环验证方法对其进行了板级验证;最后,用IKW50N60H3和FGA25N120两种型号的IGBT器件对IP核进行了实例验证。结果表明,Hefner优化模型能准确地反映IGBT的开关瞬态特性;在Zynq 7020芯片的处理器系统(PS)端运行PYNQ框架,可编程逻辑(PL)端时钟频率为100 MHz时,实现60 000个时间步长的时间为212 s,是软件运行同样次数所用时间(341 s)的62%,FPGA加速明显。