基于SNN神经元重分布的NEST仿真器性能优化

为满足大规模脉冲神经网络(SNN)的计算需求,类脑计算系统通常需要采用大规模并行计算平台。然而随着节点数量的增多,通信在仿真中所占比例大幅增加,导致计算效率下降。类脑模拟器开源软件NEST采用缓冲区大小相等的策略,有效缩短了通信时间,但是由于缓冲区互相无交流,使得通信数据量持续增加,因此其在能耗方面表现较差。分析NEST集群的负载特性,针对其中的通信问题进行稀疏性优化,提出基于SNN子图跨节点优化的神经元重分布算法ReLOC。通过优化SNN子图的跨节点分布减少每一轮神经元到进程的数量,从而减少跨节点脉冲,使进程间通信更加稀疏,达到缩减每一轮通信进程的目的。在此基础上,以稀疏交换的思想对NEST本身的通信机制进行改进,使有脉冲交换的进程进行数据交换,从而在连接稀疏的情况下提升通信效率。以包含28个Xilinx PYNQ节点的计算集群作为实验平台,运行皮质微电路SNN模型和平衡随机网络模型,验证ReLOC算法的有效性。实验结果表明,相比循环分布算法,重分布算法能够使通信的平均稀疏性提高20%,同时配合稀疏交换最多可使通信能耗减少98.63%。

丹顶鹤(Grus japonensis)东、西种群巢址选择的分异

丹顶鹤（Grus japonensis）大陆种群以布列亚山—小兴安岭—张广才岭为界分为东、西两部分。2004~2005年,通过实地测量丹顶鹤东、西种群主要繁殖地的31处巢址的生境因子并进行统计学分析发现：丹顶鹤东、西种群巢址的芦苇密度、苇丛面积及巢距干扰源距离的差异显著（P（0.05）;采用系统聚类分析的方法可将位于5个保护区的丹顶鹤巢分成两类,且两类鹤巢分属东、西种群;丹顶鹤东、西种群巢址选择的分异不仅表现在单个生境因子的数量差别,还表现为群体采取不同的隐蔽对策;丹顶鹤东、西种群营巢对水深和芦苇高度的选择稳定一致。生境丧失作为外因通过丹顶鹤的＂K生活史＂特征起作用,导致丹顶鹤东、西种群的巢址选择具有群体特征。

基于不同零模型的三江平原沼泽湿地主要物种小尺度点格局分析

在三江平原沼泽湿地,基于不同零模型的点格局方法,研究了常年积水环境条件下沼泽湿地主要优势种毛苔草、漂筏苔草、狭叶甜茅以及小叶章种群的空间分布格局特征。结果表明:在0—200cm尺度范围内4种物种基本都偏离完全随机模型,表现为聚集分布,但偏离的程度不同;除了数量最少的小叶章种群外,其他3种物种都在一定尺度上偏离了泊松聚块模型;毛苔草和狭叶甜茅种群在极小尺度上偏离嵌套双聚块模型,但不显著,而漂筏苔草种群在所有尺度上符合嵌套双聚块模型。种群的实测值偏离完全随机模型的程度越大,越有可能符合符合泊松聚块模型,偏离泊松聚块模型的程度越大,越有可能符合嵌套双聚块模型。4种物种在0—200cm尺度范围内形成的聚块是由营养繁殖引起的,多个分株系统组成大聚块,而每个分株系统形成一个小聚块,聚块的形成加剧了种内竞争,使得种群的聚集强度降低。

南亚松引种种源/家系苗期选择研究

为研究南亚松优良种源和家系的筛选问题,对引种5个月生4个种源91个南亚松优株家系苗期生长指标进行测定和分析。采用嵌套式数据分析方法进行方差分析,结果表明:种源和家系间发芽率和地径均具有显著性差异;家系间高径比差异显著;种源间苗高达显著性差异。采用聚类分析方法筛选出11个表现相对优良家系,发现1个生长变异较大家系T36,并探讨了聚类分类结果与种源分类间关联性。

我国风铃木类植物叶性状表型变异与遗传多样性研究

风铃木类植物是世界著名的木本花卉,在我国的城市绿化、景观营造中发挥着重要作用。为全面了解我国东南、华南沿海地区风铃木的栽培种类和遗传多样性,构建可靠的表型鉴别方法,以中国林业科学研究院科院热带林业实验站内的6种风铃木试验种群为参照,通过对比18个叶表型性状在不同种间的遗传变异水平,筛选稳定的遗传鉴定性状,并对我国东南、华南沿海11个城市中的812株风铃木栽培林木进行遗传聚类分析。结果表明:①风铃木类植物的叶表型性状在种间及种内个体间均具有显著的差异,其中复叶长、小叶长、小叶宽、小叶长宽比、叶先端长宽比、叶缘、叶质地、叶被毛、小叶叶形9个叶表型性状的表型分化系数、种间重复力均超过了60%,表明这些性状在种间的变异有较高的遗传关联,能够作为风铃木类植物分类、鉴定标准。②我国东南、华南沿海地区常用的风铃木栽培林木共分4大类10种变异类型,其中,A类包含银鳞风铃木,B类包含有红花风铃木,紫花风铃木、洋红风铃木,C类群包含金花风铃木,D类群包含黄花风铃木。此外,B、C、D大类内的不同变异类型在叶形,叶大小,叶尖长、叶质地以及叶被毛上也存在非常明显的差异,反映出我国风铃木种群的现有遗传变异及种质多样性。本研究在种源对照试验的基础上探讨了叶表型性状在不同风铃木物种间的遗传变异,揭示了9个可靠的种间变异性状,并以此为参考对我国东南、华南沿海城市景观园林中风铃木类植物的遗传多样性进行评价。该研究结果将会为我国风铃木类植物的分类研究、栽培生产和推广应用提供参考。

复式并行流水线在基于PC集群机的并行绘制中的应用

提出基于动态绘制组的混合式体系结构,除了动态绘制组间的并行处理流水线外,在动态绘制组内部设计了缓帧并行流水线改进工作流程,形成了复式的并行绘制流水线,大大地提高了基于PC集群机的并行图形绘制系统的整体性能.采用此复式流水线的原型系统在实际测试中表现突出,性能比单层并行绘制流水线绘制系统有较大提高.

南荻种质资源表型性状遗传多样性

本研究测定了采自于黄淮平原亚地区(ⅢD9a),江汉平原亚地区(ⅢD9b),赣南-湘东丘陵亚地区(ⅢD9d)和川、鄂、湘亚地区(ⅢD10c)4个植物区系32份南荻(Miscanthus lutarioriparius)种质材料的干物质产量、冠层高、花茎高、茎径、茎密度、叶长、叶宽、叶茎比、含水量9个表型性状,并采用巢式方差分析、偏相关分析和UPGMA聚类分析方法进行了数据分析。结果表明,1)干物质产量、冠层高、花茎高、茎径、茎密度和含水量6个表型性状在区系间存在显著差异(P<0.05),9个表型性状在区系内均存在极显著差异(P<0.01),其变异系数范围为13.53%~45.54%。2)干物质产量与茎径显著正相关(P<0.05),与叶茎比显著负相关(P<0.05);冠层高与花茎高、含水量极显著正相关(P<0.01);茎径与叶茎比极显著正相关(P<0.01);叶宽与叶长显著正相关(P<0.05),与含水量显著负相关(P<0.05);海拔与冠层高、茎径显著负相关(P<0.05),与茎密度极显著正相关(P<0.01);经度与干物质产量显著负相关(P<0.05);纬度与茎密度极显著正相关(P<0.01),与茎径显著负相关(P<0.05)。3)采用UPGMA聚类方法进行综合聚类,4个区系被分为3类,黄淮平原亚地区和赣南-湘东丘陵亚地区为第Ⅰ类,该类群南荻植株较矮、茎秆细小、产量较小;江汉平原亚地区和川、鄂、湘亚地区为第Ⅱ类,该类群南荻植株高大、茎秆粗壮、产量大;江汉平原、赣南-湘东丘陵和川、鄂、湘3个亚地区的南部地区为第Ⅲ类,该类群南荻介于第Ⅰ类和第Ⅱ类之间。

不同种源东北杏果实表型性状多样性分析

以辽宁、吉林和黑龙江3个省份13个种源的47株东北杏〔Armeniaca mandshurica(Maxim.)Skv.〕成熟果实为研究对象,采用多重比较、变异分析、巢式方差分析、主成分分析和聚类分析方法,对各种源的16个果实表型性状进行统计和分析。结果表明:各种源果实表型性状的差异较大;16个果实表型性状的Shannon-Wiener指数为1.92~2.04,其中,果核壳厚度和单果仁质量的Shannon-Wiener指数相等且最大。果实表型性状的种源间变异系数为9.40%~34.77%,种源内变异系数为5.35%~19.67%,且果实表型性状的种源间变异系数均值(17.38%)大于种源内变异系数均值(11.20%)。除单果仁质量、果仁纵径和果仁侧径外,其他果实表型性状在种源间和种源内大多存在显著或极显著差异;供试所有果实表型性状的种源间表型分化系数均值(52.19%)大于种源内表型分化系数均值(47.81%)。主成分分析结果表明:前4个主成分的累计贡献率达79.79%,能基本反映东北杏果实表型性状的大部分信息。其中,第1主成分的贡献率为39.83%,主要反映果实性状特征;第2主成分的贡献率为18.37%,主要反映果核性状特征;第3和第4主成分的贡献率分别为12.18%和9.41%,二者主要反映果仁性状特征。聚类分析结果表明:在欧氏距离17.5处,供试的13个种源被分成A和B类,并在欧氏距离7.5处各分成4和2个亚类。分析结果表明:A类包含辽宁桓仁、辽宁清原、辽宁东陵、吉林磐石、吉林龙潭、黑龙江宁安、黑龙江麻山和黑龙江阿城8个种源,这些种源的果实大、出仁率高,适用于选育大果或仁用类型;B类包含辽宁凤城、辽宁本溪、辽宁新宾、吉林抚松和吉林敦化5个种源,这些种源的果核大、果核壳厚、出核率高,适用于选育核壳用类型。研究结果显示:东北杏果实性状变异丰富,且变异主要来源于种源间,宜根据育种目标选择不同类群种源作为育种材料。

长江流域住区的形成与发展

长江流域住区的形成与发展经历了漫长的演变过程,大体可分为三个阶段:(1)上古时代的巢居与穴居阶段。此时的居住方式基本上是流动的,故有所谓"行国"之说。(2)起始于新石器时代而传承不息的乡村聚落阶段。遍布长江两岸大江南北的乡村聚落,具有"寄情山水,亲近自然"的特点。(3)起自奴隶社会而不断发展的城市住区阶段。城市是文明人类的自然生息地,长江流域城市起源早、发展快,近代以来城市数量已占全国城市总数的40%以上。

改进的嵌套分割算法及其在节能惰行中的应用

列车运行控制是一个动态复杂系统,节能控制可以归结为ATP曲线上惰行点的寻优问题。针对惰行点寻优,设计了基于嵌套分割的改进算法,将禁忌搜索思想引入抽样算子,将聚类思想引入分割算子,增强嵌套分割的局部搜索能力和反馈机制。惰行点搜索实验表明了改进算法的正确性和可行性。

服务设施选址的博弈分析

市场除具有网络特征外,还具有明显的层次嵌套特征。文章结合这两个方面的特征,对具有层次嵌套特征的人口、市场空间分布条件下服务设施的选址博弈问题进行了研究。结果发现,两个企业的服务设施竞争选址静态博弈,可以不存在纳什均衡;在纳什均衡存在的情况下,并不能保证双方市场份额相等;市场层次嵌套特征在一定程度上破坏均衡的存在,内层市场较大的市场份额吸引着对手进入,使外层市场均衡受到破坏;增加服务设施可以扩大市场覆盖范围,但由于利润最大化目标和距离的约束,在给定市场环境下,有些市场区域可能永远无法覆盖。

基于压缩因子粒子群的组合排样的研究

针对服装行业排样问题,提出了一种基于压缩因子粒子群的组合排样方法.该方法首先对样片进行预处理,接着通过k-means动态聚类样片,得到具有相似特征的同类样片,再将同类样片进行有选择性的组合,得到组合样片.然后提取利用率高于单个样片的组合样片的外轮廓,将其作为最终排样样片.最后结合有较强的搜索能力的压缩因子粒子群算法进行排样,从而实现服装样片的优化排样.实验表明:所提的组合排样方法能有效提高排样的效率和减少排样所需的时间.

黄淮野生大豆表型性状多样性研究

以黄淮地区具有代表性的4个野生大豆居群为研究试材,对百粒重、生育期、荚果长、荚果宽、株高、每荚粒数、分枝数、茸毛色、主茎、粒色、萌发时间、叶形12个重要农艺性状进行系统比较分析,运用变异系数、多重比较和巢式方差分析研究了居群间和居群内的表型变异;应用相关分析揭示了表型性状间及其与地理、气候因子间的相关性以及表型变异的地理格局;并且运用主成分分析、非加权配对算数平均分(UPGMA)聚类分析进行了居群分类。结果表明:居群间的变异远大于居群内的变异,居群分化较大,百粒重与纬度显著正相关、生育期与纬度显著负相关,粒色与经度、年降水量显著相关,其它9个性状没有特别明显的相关关系;表型性状的欧式距离与地理距离相关不显著。百粒重、荚果长、荚果宽、茸毛色、叶形5个表型性状指标是造成表型差异的主要形态性状。分枝数与百粒重呈显著负相关,荚果宽与每荚粒数、萌发时间呈显著相关水平。利用群体间欧式距离表明,在欧式距离4.67处可以将居群分为3类,在欧式距离5.12处可以将居群分为2类。

基于嵌套圆的可视化聚类方法研究

将嵌套圆融入可视化聚类方法之中,探讨和研究了基于嵌套圆的可视化聚类方法和主要算法,并选择情报学领域的数字资源进行实证分析。实证结果表明,该方法既能够在有限的可视化空间提供海量资源的整体描述和全局视图展示,又可以根据实际需要对重要聚类簇或核心节点进行深入挖掘和个性化展示,能够为海量信息资源的深度开发与利用提供技术支持。

珍稀鹤类巢址的空间聚类识别方法

依据2003年到2005年松嫩平原西部地区珍稀鹤类巢址调查数据,利用三种不同类型的指数进行分析研究:(1)拓扑指数,Voronoi图面积;(2)统计指数,Morishita指数; (3)空间指数,分维数.结果表明珍稀鹤类巢址空间格局具有明显的空间聚类分布,这三个指数使我们对珍稀鹤类巢址的聚类现象有了定量的认识,加深对自然保护区资源保护的重要性.

基于巢模板的核空间蚁群聚类算法

为了改进蚁群算法因大量引入随机机制所引发的不稳定性,引入巢模板来改进聚类规则,提出一种基于巢模板的核空间蚁群聚类算法,并与原空间上的聚类算法进行比对。该算法用支持向量机的非线性映射函数把数据样本映射到核空间,再用巢模板记忆蚁群群体特征。核空间上的巢模板蚁群聚类算法能较好地处理特征复杂、类别多的数据集,其聚类结果比较接近真实情况,并且效果明显优于原空间上的聚类算法。

地下水化学组成的时空聚类分析与多级嵌套水流系统识别

水文地球化学是识别地下水流系统的重要方法,然而区域尺度上多级嵌套地下水流系统的复杂性使地下水化学组成的分析和解释难度增加。以鄂尔多斯北部盆地湖泊集中区典型的胡同察汗淖地下水流系统为例,基于丰水期和枯水期3个期次不同深度地下水样品的物理化学数据,应用时空聚类与主成分分析方法,揭示地下水化学组成的空间分布特征、变化规律及其作用机制,分析水化学时空聚类结果对多级嵌套地下水流系统划分的可行性。该聚类结果将地下水样品分为3类,其中C1为以Na-HCO_(3)型为主的深层地下水,具有偏负的氢氧同位素组成(δD<-70‰,δ^(18)O<-9‰)和极低浓度的NO_(3)^(-);C2为Ca-HCO_(3)为主的浅层地下水,具有偏正的氢氧同位素组成(δD>-70‰,δ^(18)O>-9‰)和高浓度的NO_(3)^(-);而C3呈无优势阳离子、δD和δ^(18)O变化范围大且显著线性相关等深、浅地下水混合特征。呈南北条带分布在苏贝淖-胡同察汗淖排泄区的C2和部分C3水化学组成有一定的季节变化。研究验证了研究区受地形和湖泊排泄控制的浅层局部和深层区域地下水流系统的空间分布,识别了苏贝淖-胡同察汗淖排泄区受浅循环和深循环共同影响的强烈作用带,证明了水化学时空聚类方法识别多级嵌套地下水流系统的可行性。

SWAM:SNN工作负载自动映射器

为了满足大规模脉冲神经网络(SNN)的计算需求,类脑计算系统通常需要采用大规模并行计算平台。因此,如何快速为SNN工作负载确定合理的计算节点数(即如何把工作负载合理映射到计算平台上)以获得最佳的性能、功耗等指标就成为类脑计算系统需解决的关键问题之一。首先分析了SNN工作负载特性并为其建立起计算模型;然后针对NEST类脑仿真器,进一步实例化了SNN的内存、计算和通信负载模型;最终设计并实现了一种基于NEST的SNN工作负载自动映射器(SWAM)。SWAM可以自动计算出映射结果并完成映射,避免了极其耗时的工作负载映射手动试探过程。在ARM+FPGA、纯ARM、PC集群三种不同的计算平台上运行SNN典型应用,并比较SWAM、LM算法拟合和实测的映射结果。实验结果表明:SWAM的平均映射准确率达到98.833%,与LM方法与实测映射相比,SWAM具有绝对的时间代价优势。

分形结构的演化显示

在分析了分形结构在三维空间的动态形成过程的基础上，提出了在屏幕空间演化生成分形图象的方法。该方法充分利用了已有的可视化技术来达到所需的真实感效果。

考虑嵌套断面约束的大规模集群风电有功控制策略

针对大规模风电场群分别接入电网不同断面的特点,提出了嵌套断面约束下风电场群的有功控制策略。根据风电外送断面裕度情况,将断面分为安全、预警和越限三种状态,结合各风电场的出力上调能力并针对外送断面的不同状态采用不同的控制策略计算风电场出力指令,从而在控制断面潮流的基础上最大化利用断面裕度。所提方法同时考虑了多重嵌套断面之间的协调和存在未投入自动发电控制风电场的过渡情况,指令周期内强制触发策略的设计也有效避免了断面越限。冀北电网的运行实践表明了所提控制策略在精确控制断面潮流、提高风电接纳能力方面的有效性。