语义通信的数学理论

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信科学的进一步发展。近年来,研究语义信息处理与传输的通信技术获得了学术界的普遍关注,语义通信开辟了未来通信技术发展的新方向,但还缺乏一般性的数学指导理论。为了解决这一难题,构建了语义信息论的理论框架,对语义信息的度量体系与语义通信的理论极限进行了系统性阐述。首先,通过深入分析各类信源的数据特征,以及各种下游任务的需求,总结归纳出语义信息的普遍属性——同义性。由此指出语义信息是语法信息的上级概念,是许多等效或相似语法信息的抽象特征,表征隐藏在数据或消息背后的含义或内容。将语义信息与语法信息之间的关系命名为同义映射,这是一种“一对多”映射,即一个语义符号可以由许多不同的语法符号表示。基于同义映射f这一核心概念,引入语义熵H_(s)(U)作为语义信息的基本度量指标,表示为信源概率分布与同义映射的泛函。在此基础上,引入上/下语义互信息I^(s)(X;Y)(I_(s)(X;Y)),语义信道容量C_(s)=max_(f_(xy))max_(p_((x)))I^(s)(X;Y)以及语义率失真函数R_(s)(D)=min_({f_(x),f_(x)})min_(p(x|x):Ed_(s)(x,x)≤D)I_(s)(X;X),从而构建了完整的语义信息度量体系。这些语义信息度量是经典信息度量的自然延伸,都由同义映射约束,如果采用“一对一”映射,则可以退化为传统的信息度量。由此可见,语义信息度量体系包含语法信息度量,前者与后者具有兼容性。其次,证明了3个重要的语义编码定理,以揭示语义通信的性能优势。基于同义映射,引入新的数学工具——语义渐近均分(AEP),详细探讨了同义典型序列的数学性质,并应用随机编码和同义典型序列译码/编码,证明了语义无失真信源编码定理、语义信道编码定理和语义限失真信源编码定理。类似于经典信息论,这些基本编码定理也都是存在性定理,但它们指出了语义通信系统的性能极限,在语义信息论中起着关键作用。由同义映射和这些基本编码定理可以推断,语义通信系统的性能优于经典通信系统,即语义熵小于信息熵H_(s)(U)≤H(U),语义信道容量大于经典信道容量C_(s)≥C,以及语义率失真函数小于经典率失真函数R_(s)(D)≤R(D)。最后,讨论了连续条件下的语义信息度量。此时,同义映射转换为连续随机变量分布区间的划分方式。相应地,划分后的子区间被命名为同义区间,其平均长度定义为同义长度S。特别是对于限带高斯信道,得到了一个新的信道容量公式C_(s)=B log[S^(4)(1+P/N_(0)B)],其中,平均同义长度S表征了信息的辨识能力。这一容量公式是经典信道容量的重要扩展,当S=1时,该公式退化为著名的香农信道容量公式。综上所述,语义信息论依据同义映射这一语义信息的本质特征,构建了语义信息的度量体系,引入新的数学工具,证明了语义编码的基本定理,论证了语义通信系统的性能极限,揭示了未来语义通信的巨大性能潜力。

中国教育学科地位的起伏变迁与提升展望

回溯几千年来的中国教育发展史,教育的重要性历经起伏变迁。1901年开始实行科举新政后,学校教育的重要性被提升至史无前例的高度。自清末出现教育学科以来,中国教育学科的地位同样历经升沉演变。相对其他人文社会科学而言,中国教育学科地位不高。从近五届高校人文社科奖获奖数、前两轮“双一流”建设一流学科数来考察,近年来教育学在中国人文社会科学中的地位已经有了明显提升。未来教育学科需要把握学科特性,努力“内修功力”与“外耕服务”,使自身成为一门体系完善、研究深入、面向实践、贡献社会的学科,逐步提高在中国学术界的地位。

多方协作、多级传导、上下结合--成都市城乡社区治理的探索

自2017年以来,成都市面对发展资源匮乏、顶层设计缺失和上下互动不足三大社区问题,尝试从“多方协作”“多级传导”“上下结合”三方面探索超大城市城乡社区治理的新思路。多方协作方面,成都市设立社区发展治理委员会,协调各委办局制定解决“人、物、财”瓶颈的多方协作对策;多级传导方面,通过科学划分社区发展群,将全市“五大社区”的建设要求和评价标准层层传导至区(市)县和街道(镇)的社区治理行动中;上下结合方面,“三位一体”的社区规划师制度将主管部门及行业专家、设计团队、民意代表组织在一起,共同参与社区更新项目的全过程。本文通过梳理和总结成都经验,以期为中国超大城市的社区治理提供可借鉴的经验。

基于计算几何的公交站点上下行判定方法研究与实现——以宜兴市为例

公交数据是智慧城市时空大数据不可或缺的专题数据,通过爬虫技术获取的互联网公交数据可用于扩充智慧城市时空大数据。互联网获取的公交站点数据存在冗余且离散,不能正确地反映公交站点的个数及上下行情况。为解决这些问题,在阐述计算几何叉积算法、网络爬虫技术、多线程坐标转换技术和几何中心计算方法的基础上,采用Python编程实现从数据获取、坐标转换、上下行判定、几何中心计算到格式转换的全流程。从宜兴市公交数据处理的结果来看,经基于计算几何的上下行判定方法结合几何中心点确定的公交站点数据,能基本反映公交数据的真实情况。

滩势转移法在澜沧江急浅滩整治中的应用

急浅滩是山区河流常见的滩险类型,常规整治方法难以奏效,为此提出滩势转移的整治方法。该方法将原急滩滩势转移为新滩,形成缓流区等供船舶上行的滩段,旨在整体达到通航条件。应用河工模型试验研究手段,以澜沧江曼厅大沙坝河段的无名洲急浅滩为例,分析滩险特性和成因,指出扩大泄水断面法等常规整治方法难以整治的根由,阐明滩势转移法的基本思路、工程布置以及整治效果的分析方法,得出滩势转移法的适用条件和范围。滩势转移法适用于滩间关联性较强、常规整治方法影响大的滩群整治中,原滩整治后消滩指数X_(F)不宜过低,以0.8~1.0为宜;新滩需要较强的束水作用,但形成的急滩碍航区不能过宽,需留有上滩适航区。

煤矿井上下联合抽采瓦斯关键技术研究及应用

为解决煤矿井下压裂增透效果较差难以高效抽采瓦斯的问题,提出了煤矿井上下联合抽采瓦斯的模式,建立了基于地面井与井下钻孔抽采的方法;利用地面老井和井下钻孔通道,形成了一套长距离、多拐弯、大排量及可携砂的地面压裂井下对接技术。获得了水力压裂裂缝破裂扩展规律,给出了不同条件下煤层水力压裂裂缝形态,得到了压裂半径理论计算公式。提出了井上下联合地面井位置优选原则,给出了基于井上下联合的水力压裂设计方案。在寺河矿开展了井上下联合2个压裂孔的增透抽采试验,试验结果表明:1#压裂孔累积抽采量为50.31万m^(3),2#压裂孔的顺层考察孔2和顺层考察孔3抽采瓦斯纯量分别为238.35万m^(3)和129.29万m^(3),压裂孔及对比考察孔抽采效果分别提高6.34倍、43.8倍及31.37倍,压裂后平均抽采量比原始钻孔提高33.14倍,压裂后煤层具有较好的增透抽采效果。实现了井上下联合抽采瓦斯,对于同类型的矿井具有较好的指导价值。

一种具有连续输出电流的单开关改进二次型Buck-Boost变换器

针对太阳能光伏发电、燃料电池等需要高增益直流电源的特点,引出了具有连续输出电流的高增益改进二次型Buck-Boost变换器。介绍了该改进变换器的工作原理及稳态特性,另外在多个方面将改进变换器与其他变换器进行了比较,由比较参数显示了改进变换器的优良特性。最后利用PSIM仿真软件建立了改进变换器仿真模型,从降压和升压的角度对改进变换器进行了仿真实验分析,从实验分析的结果来看,改进变换器性能较好,验证了其理论分析的正确性。

丝素蛋白纳米颗粒的制备及其在食品领域的应用

近年来,许多蛋白质被用于开发和制造纳米材料。良好的生物相容性、优秀的机械性能及生物降解性等特点使丝素蛋白在食品领域备受青睐,丝素蛋白制备成的丝素蛋白纳米颗粒具有尺寸小、降解和释放可控等特点,可作为生物活性成分的递送系统,也常常被应用于食品包装中。该文从丝素蛋白的结构与性质、丝素蛋白纳米颗粒的制备、丝素蛋白在食品领域的应用等3个方面进行了综述,并对其发展方向进行了总结和展望,以期实现其在食品工业中的商业化应用,最终实现产业化目标。

超临界CO_(2)管道瞬态输送工艺研究进展及方向

长距离超临界CO_(2)管道瞬态输送的核心技术还有待突破,相关模型和方法亟需工业规模示范工程的验证及修正。以成就型综述法,对超临界CO_(2)管道输送过程中停输、水击、泄漏和放空工况下形成的CO_(2)瞬态流加以描述、成果比较和综合评价。结果表明:超临界CO_(2)瞬态流的关键因素是温度、压力、相态变化、协同作用;超临界CO_(2)管道安全停输时间可定义为从停输开始至管内任一点流体即将进入气液共存区的时间;CO_(2)发生相变首先造成流速突变,进而是压力的突变,产生水击现象,引起新的瞬变流动;站场放空系统的设计目标是在放空过程不出现冰堵、材料冷脆、噪声污染、放空系统激振等问题的前提下,放空时间尽量短;埋地管道泄漏规律涉及到土壤渗流场、温度场、浓度场等多场耦合问题。研究结果可为超临界CO_(2)管道流动安全保障提供参考。

频率—波数域水陆检数据上、下行波场分离方法

随着海洋油气勘探开发的发展,OBC/OBN水陆检海底接收的应用日趋广泛,上、下行波场分离作为水陆检数据处理的关键技术,决定了资料处理品质及应用效果。常规方法分离出来的上行波场中包含下行波场,下行波场中包含上行波场,即不能实现上行波场与下行波场的完全分离。为此,提出在频率—波数域利用包含直达波和切除直达波后的水陆检数据,直接计算水陆检数据标定滤波因子,实现水陆检数据标定和上、下行波场分离。分离后的上行波场数据中既消除了虚反射多次波干扰,又提高了地震数据信噪比和分辨率,为后续联合反褶积和偏移成像等处理提供了高保真的上行波场和下行波场数据。数据实例表明了所提方法的有效性和实用性。

单向陶瓷基复合材料C/SiC变角度顺逆磨的对比试验

通过正十二边形磨削轨迹测试方法研究了单向C/SiC的磨削力和加工表面质量的影响机制。研究发现,相较于顺磨,逆磨的切向磨削力减小10%~25%,法向磨削力减小30%~50%,表面粗糙度减小25%~65%;纤维磨削角对磨削特性具有显著影响,顺纤维磨削时,磨削力由大到小的纤维磨削角排序为60°、30°、90°、0°,逆纤维磨削时的排序为120°、90°、150°、180°;加工表面粗糙度Sa由大到小的纤维磨削角排序为0°、150°、120°、30°、60°、90°;C/SiC磨削加工时,材料的变形回弹效应较明显。对比了不同纤维磨削角下的表面微观形貌,提出了磨削材料去除模型。

罗丹明6G酰肼上/下转换发光性能与次氯酸根的检测

以罗丹明6G衍生物--罗丹明6G酰肼(R6GH)为分子探针,研究了其在甲醇/水混合溶剂中的上/下转换发光性能及其在次氯酸根检测方面的应用。除了传统的524 nm激发下的荧光发射之外,还发现这一分子探针体系在650 nm激发下会呈现出峰值在728 nm的荧光发射,以及在835 nm脉冲激光激发下在554 nm处的双光子上转换发射峰,这三种发射模式下的发光信号都会对次氯酸根产生响应,随着次氯酸根浓度的增大,发射强度随之增大,且呈良好的线性关系。从检测效果上看,下转换检测模式精度更高,但上转换检测模式的浓度响应范围更大。这种多波长激发下的上/下转换多模式检测探针,无需外加其他组分即可实现,能够灵活调整激发波长以满足不同应用场景的要求,为复杂环境下检测次氯酸根浓度提供了一种新的思路。

反硝化滤池脱氮效率主要影响因素及运行控制对策

以江苏某城镇污水处理厂上向流反硝化滤池和下向流反硝化深床滤池为对象,研究实际生产中制约反硝化滤池脱氮效率的瓶颈因素及控制策略。运行结果表明,两种池型反硝化滤池挂膜启动时间约13~15d,稳定运行期间对TN均有较好的去除效果。充足的碳源是进行生物脱氮的必要条件,当碳源投加量为0.18 L/m^(3),脱氮效率达到峰值,继续增大碳源投加量会导致出水COD升高。停留时间是限制反硝化滤池极限脱氮的关键因素,停留时间延长意味着占地面积增大,而过短的停留时间则无法保证脱氮效果。溶解氧过高会抑制反硝化滤池脱氮效率,实际运行中应尽可能将反硝化滤池进水DO质量浓度控制在2.0 mg/L以下。

药物分析领域相关测量不确定度指导原则介绍

目的:梳理和归纳药物分析领域可以参考和借鉴的国内外相关测量不确定度指导原则,为国内测量不确定度评定在药物分析领域的推广和应用提供依据。方法:主要通过文献检索、阅读以及指导原则比对,归纳总结测量不确定度发展的历史、主要评价方法以及不同指导原则的适用范围。结果:国际指导原则根据评定测量不确定度方法的不同,大致分为两类:自下而上(Bottom-up)法和自上而下(Top-down)法。国内多个指导原则依据相应的国际指导原则制定,本文也梳理了现行国际和国内指导原则的对应关系。此外,本文还介绍了各国和地区药品监管机构制定的一系列测量不确定度评定文件。结论:无论是测量不确定度评定相关的指导原则还是实验室质量管理文件,亦或各个国家和地区药典中相应的介绍,都是大量实践的总结和归纳,仔细阅读相关内容,可以帮助药物分析工作者更好地理解和应用测量不确定度评定,推动其在药物分析领域的不断发展。

从三焦论治幽门螺杆菌感染的六维辨证观

六维辨证观强调从病因、病位、病期、病势、病理、病性六个不同维度对病证进行辨析,有利于中医临床思维的锻炼和形成。基于六维辨证观,可以更全面地认知从三焦论治幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)感染。辨病因,应综合考虑H.pylori致病因素的外感兼内伤属性,要注重三焦疾病“总在一经不移为辨”的病理特点;辨病性,应关注H.pylori作为病原微生物的致病规律,不能简单归结为湿热致病,其“粘附致炎”的病理属性需结合三焦气化的“通透性网状效应”从而表现出不同的证型;辨病位,H.pylori留滞部位在中焦胃腑膜层,胃黏膜分布规则的集合小静脉是反映中焦气化“通透性网状效应”的重要标志;辨病理,H.pylori粘附致炎的病理产物以气滞、湿、热、虚、瘀多见,影响三焦气化功能而呈现气机阻滞、湿热中阻、虚瘀共存等不同的病理状态;辨病期,H.pylori感染造成三焦“通透性网状效应”变差,日久生变,毒瘀虚互结,从而衍变经典的Correa模式。临床应注重H.pylori的根治治疗与胃黏膜癌前状态和癌前病变的共同处理策略;辨病势,根据H.pylori感染的不同阶段,注重对比正邪态势、病理因素态势的不同,叶天士针对“邪留三焦”提出的“分消上下之势”是很重要的治疗原则。

基于深度学习的二维人体姿态估计:现状及展望

二维人体姿态估计旨在从摄像机拍摄的图像中识别并定位每个行人的人体关键点.作为行人分析和理解领域的基础任务之一,人体姿态估计能够为多个下游任务和应用提供支持.近年来,随着深度学习技术的进步,人体姿态估计的研究迎来快速发展.基于图像包含的行人数量,人体姿态估计可以分为单人姿态估计和多人姿态估计两大类.本文首先介绍人体姿态估计的研究背景、问题定义、任务难点以及当前方法中的关键点表示方法.在此基础上,本文进一步总结和介绍了具有代表性的单人姿态估计和多人姿态估计方法.单人姿态估计方法包括回归法和检测法,主要关注于网络结构设计、热力图编解码、多任务学习等.对于多人姿态估计,本文分别介绍了基于热力图预测的方法和基于向量场回归的方法.随后,本文总结了当前常用的代表性数据集和性能度量方法,总结了代表性方法在几个常用数据集上的性能,对它们的预测错误的场景进行了详细分析和对比.最终,本文分析了现有二维人体姿态估计算法仍未有效解决的难题,对未来研究进行了展望.

Ho^(3+)、Yb^(3+)掺杂锡酸钙陶瓷的双模发光及光强调制研究

稀土离子掺杂的无机光致变色材料通过将光致变色与光致发光强度调制进行耦合可应用于光信息存储。采用多光子吸收策略研制具有双模发光调制性能的材料,是提升光信息储存寿命的有效手段。本研究以锡酸钙为基体,选用Ho^(3+)和Yb^(3+)共掺杂,制备得到具有双模发光及光强调制特性的陶瓷。461 nm蓝光激发下,陶瓷在可见光区域产生强烈的绿色和红色发射。980 nm近红外光激发下,陶瓷出现3个以551、669和756 nm为中心的可见光发射带。对上转换发光机理展开讨论,结果表明陶瓷上转换发光与双光子过程相关。365 nmUV光照射使陶瓷上转换和下转换发光强度产生衰减调制现象,绿色发光调制效果优于红色。通过热释光光谱测试得到陶瓷内部的陷阱分布与深度信息,证明了载流子陷阱的存在。UV光照前后的荧光寿命测试和发光动力学测试结果表明,光强衰减与发光中心到陷阱中心的能量传递有关。

煤矿地质液压钻机结构设计及校核

为解决人工上下杆的效率和安全问题,在原有液压钻机的基础上,就三种自动上下杆装置放置位置进行讨论,并决定实行方案。以此为前提对原有液压钻机结构进行改良,使新结构能更好地服务自动上下杆功能,然后再对重要零件进行校核,以防止在结构更改后受力改变导致零件过度疲劳造成安全事故。

中医五行人之火行人与水行人认知功能差异比较研究

目的基于五行理论探究中医五行人中火行人与水行人的认知功能及加工过程差异性,为进一步丰富中医五行人理论内涵、推进我国本土化人格理论模型提供基础。方法在招募的受试者中根据前期制订的《中医五行(形)人面部表型分类量化规范》筛选出典型的火行人与水行人,采用成套重复性神经心理测查工具(Repeatable Battery for the Assessment of Neuropsychological Status,RBANS)和Top-down及Bottom-up认知心理测查范式对其认知功能进行测评。采用独立样本t检验对两组受试者的认知功能进行差异性分析。结果招募受试者火行人24人,水行人20人,与水行人组相比,火行人组在注意功能维度得分明显更高,在RBANS各部分得分上数字广度和编码测验任务得分更高;火行人组在Bottom-up认知心理测查范式的长时认知加工过程中的反应时更短、准确率更高,水行人在Bottom-up认知心理测查范式的短时加工准确率差值更低,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论中医五行人中火行人更易高度集中注意力,更易被线索所吸引,但注意力的维持时间较短,同时水行人在注意力反应时间更长,更不易被线索所影响,且注意力稳定性更强。

中医五行人之木行人与金行人认知功能差异比较研究

目的基于现代心理学认知测查范式探讨中医五行人中木行人与金行人的认知功能及加工过程差异,为丰富中医五行人理论及中医心理学内涵提供基础。方法根据前期制订的《中医五行(形)人面部表型分类量化规范》,招募典型的木行人与金行人,采用重复性成套神经心理状态测验(Repeatable Battery for the Assessment of Neuropsychological Status,RBANS)、自上而下和自下而上线索化范式测评其认知功能及注意加工差异。采用独立样本t检验和秩和检验对两组受试者的认知功能进行差异性分析。结果共纳入受试者木行人32例、金行人40例。在RBANS中,与木行人相比,金行人视觉广度及其子任务线条定位得分更高(P<0.05);在自下而上线索化范式中,与金行人相比,木行人短时反应时差值更高,与木行人相比,金行人长时反应时差值更高,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论中医五行人中木行人更依赖自下而上的认知加工方式,金行人更擅长处理视空间信息,更节约认知加工资源。