一种基于稀疏优化和Nesterov动量策略的模型剪枝算法

随着深度学习快速发展,模型的参数量和计算复杂度爆炸式增长,在移动终端上部署面临挑战,模型剪枝成为深度学习模型落地应用的关键。目前,基于正则化的剪枝方法通常采用L2正则化并结合基于数量级的重要性标准,是一种经验性的方法,缺乏理论依据,精度难以保证。受Proximal梯度方法求解稀疏优化问题的启发,本文提出一种能够在深度神经网络上直接产生稀疏解的Prox⁃NAG优化方法,并设计了与之配套的迭代剪枝算法。该方法基于L1正则化,利用Nesterov动量求解优化问题,克服了原有正则化剪枝方法对L2正则化和数量级标准的依赖,是稀疏优化从传统机器学习向深度学习的自然推广。在CIFAR10数据集上对ResNet系列模型进行剪枝实验,实验结果证明Prox⁃NAG剪枝算法较原有剪枝算法性能有所提升。

Ada_Nesterov动量法——一种具有自适应学习率的Nesterov动量法

Nesterov动量法可以很好地改进梯度下降方向,但是其所有参数都具有相同的学习率,并且学习率需要人为设定。Adadelta算法可以自适应学习率,并且每维参数具有独立的学习率。因此,本文首先基于Adadelta算法推导出每一维的学习率公式,其次将其带入Nesterov动量法中,得到了Ada_Nesterov动量法。为了验证提出的Ada_Nesterov动量法,本文设计了两个实验。实验结果表明:动量参数0.5时,Ada_Nesterov动量法在VggNet_16神经网络架构上,基于CIFAR_100数据集的验证准确率最高,损失最小,收敛速度最快。即Ada_Nesterov动量法改进了Nesterov动量法,具有自适应学习率。

Nesterov动量迭代降噪对抗攻击算法NMI-FGSM&Whey

目前基于深度神经网络的图像分类器易受到对抗样本的攻击,而对抗样本往往是某种算法攻击原始样本所生成的特定图像.本文针对攻击算法的弱鲁棒性及低隐蔽性提出一种基于Nesterov-Momentum动量迭代以及Whey优化的NMI-FGSM&Whey攻击算法.首先在一般动量迭代攻击中加入Nesterov项,其次于生成对抗样本之后对图像实行Whey优化,在保证攻击性能的情况下有效地去除多余噪声.实验部分以Inception-v3、Resnet-152和IncRes-v2三种分类模型为基础,结合单模型攻击和融合模型攻击对比了多种攻击方法.实验结果表明所提算法在白盒模式中展现出较强的攻击力,并在有效减少噪声强度的同时于黑盒情景中呈现出较好的迁移性能.

航天器在轨角动量演化及卸载策略研究

为了减少在轨卫星的喷气卸载次数,节省推进剂,延长卫星的使用寿命,对地球静止轨道零动量卫星和V型轮偏置动量卫星的角动量管理问题进行了研究.根据卫星角动量累计演化特点,给出两类卫星的角动量管理方法,提出优化的喷气卸载策略.基于上述研究对在轨卫星非正常卸载情况进行了理论分析与仿真验证,提出解决措施.在轨试验表明,基于优化的喷气卸载策略进行卫星角动量管理,可明显减少卫星的卸载次数,验证了策略的正确性.

动量轮卸载对“天问一号”环火轨道影响分析

针对“天问一号”动量轮频繁喷气卸载对环火轨道的扰动问题,定性分析了动量轮卸载的摄动量级以及对环火段轨道的影响,在RTN(Radial Transverse Normal)坐标系下建立匀加速模型描述动量轮卸载产生的加速度,对环火中继段和遥感使命段分别采用2种策略计算分析,评估了不同飞行阶段的定轨预报精度。结果表明:频繁的动量轮卸载是影响环火段定轨精度的主要误差因素,目前条件下中继段定轨的位置精度为约150 m,在卸载更为频繁的遥感使命段,位置精度下降至约700 m。

顾及有效角动量与IGS超快解数据的极移预报方法

极移高精度预报对卫星实时定轨、深空探测器导航等应用至关重要.本文提出了一种联合有效角动量(Effective Angular Momentum,EAM)与国际全球卫星导航系统服务组织(International GNSS Service,IGS)提供的超快解数据进行极移预报的方法.该方法基于IGS超快解数据得到的极移第1天预报值,对引入EAM得到的极移预报结果进行校正,获得联合预报值.首先,基于LS(Least Squares)+AR(Auto-Regressive)模型实现了引入EAM的极移预报,相对国际地球自转与参考系统服务组织(International Earth Rotation and Reference Systems Service,IERS)提供的公报A数据,在超短期(第1~10天)预报跨度可以得到更高精度的极移预报结果,其中大气和海洋角动量发挥了主要作用.其次,鉴于IGS超快解数据精度高、更新快的特点,以IGS超快解为基础数据,基于LS+AR模型可以得到极移第1天预报值,其精度显著优于IERS公报A的极移第1天预报值.最后,利用第1天预报值对顾及有效角动量的预报结果进行校正获得了联合预报值,进一步提高了超短期极移预报精度(尤其是第1~5天).2020年7月24日—2022年1月30日间的联合预报结果表明:第1~20天的预报值总体优于IERS公报A的预报值.其中,第1~10天的预报精度显著提升,在预报第1天,X、Y方向预报值相对公报A预报值的精度提升分别可达39.5%~62.3%和24.5%~51.9%;在预报第10天,相对公报A预报值的精度提升分别可达28.0%~28.9%和21.9%~23.4%.

波流共同作用下射流稀释特性的动量积分模拟研究

污水通常以射流的形式向海排放,其在海洋环境水体中的稀释过程是射流与波浪、潮流共同作用的结果。本文基于合理的假设条件,对射流运动的控制方程进行积分处理,结合波流环境下射流的结构特征,引入射流卷吸与拖曳力函数,结合必要的边界条件,形成封闭的控制方程组,建立波流环境下射流动量积分模型。通过与实验资料的对比分析可以看出,该模型可以准确模拟波流环境下射流在近区段的时均运动与稀释过程;相较于单一的横流作用,波流共同作用下射流对周边水体的影响范围更大,射流初始稀释能力更强。基于多个组次的动量积分模拟实验,通过无量纲分析与最小二乘拟合,建立了波流共同作用下射流轨迹中心线位置及最小稀释度的经验公式。相关成果可为排海污水环境影响评估提供快速、准确的分析手段。

基于动量观测器的微创手术机器人外力安全研究

为了解决机器人辅助微创手术中现有力检测和力反馈技术在实际应用中存在的安装受限、系统不稳定等问题,提出了一种基于动量观测器的微创手术机器人外力安全保障策略。基于动力学模型构建了二阶广义动量观测器,用于观测从手末端执行器上的外力信息。为提高外力观测精度,采用改进的Stri⁃beck摩擦模型并辨识了关节摩擦力矩参数。设计了外力安全保障策略,用于阻止从手末端执行器施加过大的外力。实验结果表明:所提出的外力安全保障策略能够控制从手末端执行器在设定的外力安全阈值内运动,进一步提高了机器人辅助微创手术的安全性。

外商投资区域生态位、进化动量与空间分布——2012—2021年中国31个省份实证研究

战略定位是战略管理的核心,区域生态位是战略定位的核心。文章将区域生态位视角引入外商投资领域,以2012—2021年外商投资中国内地31个省份为研究对象,探索外商投资区域生态位、进化动量和空间分布规律。研究结果表明:(1)外商投资中国资源竞争不激烈,区域生态位强度、重叠度不高,生态位宽度较大,外商投资沿海地区较多、大西北地区较少;(2)外商投资中国区域生态位强度和宽度的进化动量较大、外商投资提升空间较大,在大西北地区提升空间较大、沿海地区提升空间较小;(3)中国外商投资空间呈现梯队分布且地理空间呈现高高聚集或低低聚集的正相关关系;(4)外商投资中国区域生态位强度、宽度及强度进化动量对于外贸区域发展具有促进作用,生态位宽度进化动量对区域外贸发展促进作用不明显。由此,文章分析得出如下启示:我国宜促进外商投资区域资源扩展和进化程度、优化外商投资区域资源结构和进化动能、强化外商投资区域协同和产业聚集效应。

高阶轨道角动量传输光纤设计及传输特性研究(内封底文章)

为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输区域和包层间的折射率差,且正六边形排列空气孔有利于提高模间有效折射率差。经过结构优化得到最优光纤结构,有限元法的分析结果表明,最优结构下,该光纤在常用波段S+C+L+U波段上能够支持142种轨道角动量模式的传输,最高阶数达到36阶。且所提出光纤具有良好的传输特性,本征模式的最高限制性损耗为10−9 dB/m量级,与典型轨道角动量传输光子晶体光纤相比至少降低了一个数量级;最大有效模场面积能够达到206.18μm^(2),最小非线性系数低至0.397 W^(−1)∙km^(−1);色散平坦且最小色散变化低至1.4578 ps/(nm∙km);所有本征模式纯度均在93.4%~96.8%范围内。且该光纤具有较好的制备可行性,对制造精度要求不高。因此,该光纤在基于轨道角动量光纤的复用系统中具有广阔的应用前景,为提高通信容量提供了一种有效手段。

基于超宽带反射超表面产生太赫兹轨道角动量

由于轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)有望成为新的通信复用自由度,在拓展信道容量、提高频谱资源利用率方面有巨大潜力而受到越来越多研究人员的关注。目前的太赫兹涡旋波产生器件存在只能工作在单频点、带宽窄、转换效率低等问题,如何在太赫兹频段高效产生OAM成为关键问题之一。该文设计了一种超宽带反射超表面单元,结合几何相位原理和相位叠加原理设计了单层反射超表面。仿真结果表明:设计的超表面实现了在0.82 THz~2.09 THz(相对带宽87.3%)的宽频范围内,将圆极化太赫兹波转换为携带轨道角动量的太赫兹涡旋波,同极化反射谱的幅度大于0.97,转换效率高于94.7%,反射相位覆盖0°~360°。利用傅里叶变换分解反射场中各个OAM模式,定量分析了OAM模式纯度,在不同频率下涡旋波中均为主模式l=-2能量占比最高,进一步对设计的超表面进行优化,主模式能量占比明显提升。该文设计的超表面具有转换效率高、工作带宽大、主模式强度高等优势,为宽带太赫兹涡旋波的高效产生提供了一种参考。

集成全局局部特征交互与角动量机制的端到端多目标跟踪算法

针对多目标跟踪(MOT)算法性能对于检测准确度和数据关联策略的依赖性问题,该文提出一种新的端到端算法。在检测方面,首先基于特征金字塔网络,提出空间残差特征金字塔模块(SRFPN),以提升特征融合和信息传递的效率。随后,引入全局局部特征交互模块(GLFIM)来平衡局部细节和全局上下文信息,增强多尺度特征的专注度,提高模型对目标尺度变化的适应性。在关联方面,引入角动量机制(AMM),充分考虑目标运动方向,以提升连续帧之间目标匹配的精确性。在MOT17和UAVDT数据集上进行实验验证,所提跟踪器的检测性能和关联性能均显著提升,并且在目标遮挡、尺度变化和杂乱背景等复杂场景下表现出良好的鲁棒性。

学研结合的《化工传递原理》课程改革与实践——以水净化膜表面特性影响的动量分子传递过程为例

培养具有较强实践和创新能力的新工科复合型人才是本科化工教育的重点。化工传递原理作为化学工程与工艺专业学生必修课,在提升本科教育质量中发挥重要作用。然而,化工传递原理课程存在理论性强、抽象推理多、学科交叉广、实验及理论同步配套程度低等问题,为有的放矢地解决课程难题,提高教学质量和品质,教学团队从教学目标和教学方法等多方面进行深度改革和创新;为重点突出以前沿科学研究为契机的学研结合新范式进行化工传递原理课程改革与实践,本文以水净化膜表面特性影响的动量分子传递过程为例,通过科学研究实验结合化工动量传递理论提升教学质量。将化工传递的科学研究与课堂理论教学相耦合,突出以学生为主体和产出导向的标准提升教学品质。这种新范式将有益于工科学生解决复杂化学工程问题能力的显著提升,为综合型本科化工类专业的改革发展提供重要支撑。

平遥话“复合式动量双宾”结构研究——从“双及物”到“致使”的创新演变

文章观察到在晋语平遥方言中动量成分可以出现在由“V给”构成的双宾结构中,形成非常有特色的“复合式动量双宾”结构,如“踢给兀家一脚”“冻给狗日一晚间”“跌给你一跤”等。平遥话中的“复合动量双宾式”不仅丰富了汉语双及物和致使范畴的表现形式,也展示了“V给”结构经由“双及物”到“致使”的独特发展路径。文章论证了平遥话中的“动量双宾式”既可以表达“给予”义,又可以表达“致使”义。其中,“踢给兀家一脚”类“动量双宾式”是把动作隐喻为转移物的“双及物结构”;而“冻给狗日一晚间”“跌给你一跤”类“动量双宾式”是可以表达“使令”及“允让”情景的致使结构。给予义“动量双宾式”中的“给”表示“给予义”,允准“准动量”;而致使义“动量双宾式”中的“给”表示“蒙受义”,允准“真动量”。伴随着“给”及“动量成分”的性质变化,“动量双宾式”展示出“给”字结构经由双及物结构向致使演变的独特类型。

角动量演示仪的教具制作及其教学研究

角动量和角动量守恒定律是大学物理教学中的重点和难点。文章介绍了一套自制的集定性演示角动量的矢量性、定性演示和定量验证角动量守恒定律为一体的便携式角动量演示教具,探讨了其在研究型课堂演示实验教学过程中的应用。该教具主要由旋转圆盘、穿珠圆盘、电动机、变速控制器等部分组成。教具整体结构紧凑,方便携带,操作简便,现象十分明显,可将角动量矢量性和角动量守恒定律可视化,有利于突破角动量相关概念和规律的教学难点,实现高效课堂的生成。

无陀螺偏置动量微纳卫星的姿态控制方案研究

针对低成本微纳卫星的姿态控制问题进行了研究,提出了一种无陀螺条件下的偏置动量姿态控制方案,控制部件仅包含磁强计、磁力矩器和一个动量轮,配置精简.使用磁强计实现了卫星姿态确定,通过磁力矩器与动量轮的组合控制实现了三轴稳定的对地定向姿态控制,并具备了由任意初始姿态条件恢复至三轴稳定对地定向姿态的能力.仿真结果表明:姿态确定精度优于2°,姿态控制精度优于3°,姿态稳定度优于0003(°)/s.

具有可重构特征的轨道角动量天线技术研究进展

轨道角动量(OAM)因其模式具有理论上无穷且正交互不干扰的特点,在扩展信道容量方面展现出良好的优势,为解决日趋紧张的频谱资源提供了一种新型设计自由度。面对复杂多样的无线通信场景,设计具有可重构特征的OAM天线,是实现多模态复用、智能信息感知和人工智能天线的物理层基础。该文首先结合可重构天线实现机理,给出了OAM可重构天线设计的方法及具备的特点;然后,系统性综述了具有可重构特征的OAM天线的研究进展;最后,对未来设计具有可重构特征的OAM天线研究进行了展望。

利用“人船模型”巧解系统动量守恒问题

归纳了“人船模型”具有的特殊规律及其适用条件,给出了双人式的“人船模型”转化为单人式的“人船模型”以及在质心参考系中应用“人船模型”的巧妙方法,对有关“人船模型”的若干物理问题进行巧妙解答.

基于轨道角动量谱分解的多通道水声通信及系统实现

水声通信能够实现信息的长距离传输,在深海探索和军事领域发挥重要作用.然而,由于换能器带宽和声波波长的影响,水声通信的发展与应用受到传输衰减大和信道容量低以及频谱利用率不足的限制.本文结合复用涡旋声束(AV)和轨道角动量(OAM)谱分解技术,研究了基于环形收发阵列的多通道水声通信方法,并系统实现.基于发送数据的ASCII编码,利用全息信号的幅度和相位调制,驱动环形换能器阵列发射沿轴传输的多通道OAM复用涡旋声束,并通过环形换能器阵列的信号采样和OAM谱分解完成复用涡旋声束的OAM模态解码,实现了高效的并行数据传输.构建了8声源环形收发阵列和全息相控系统,开展了6通道水声通信研究,成功实现了复用涡旋声场的实验测量和OAM解码,并与传统单通道二进制串行数据通信进行性能比较.理论和实验结果证明,基于OAM谱分解的通信通道数由发射阵列的阵元数N决定,其解码精度由发射信号的相位精度和接收阵列的阵元数决定;阵元数N≥1的大阵列系统在满OAM模式复用条件下的传输速率约为传统水声通信的N倍.本研究表明基于OAM谱分解的多通道通信可大幅提高信道容量和频谱利用率,为其在水声通信中的实际应用提供了一种实用方案.

壁湍流等动量区空间分布的实验研究

为深入探索湍流边界层等动量区的空间分布特性,使用大视场粒子图像测速仪在水洞中测量了平板湍流边界层流向–法向(x–y)平面内的速度矢量场。通过计算流向速度的概率密度函数,得到不同时刻和空间位置的等动量区分布,分析不同数量的等动量区沿流向的持续距离及出现频率。不同等动量区数量下,其对应的流向持续距离和流向间隔具有显著差异。当等动量区数量与其平均值相近时,等动量区在流向的持续距离较长,且流向间隔较小、出现频率较大;当等动量区数量与其平均值相差较大,其对应的流向持续距离较短,且流向间隔较大、出现频率较低。