Integrate Different Neural Models Using Double Channels of Pulse Coupled Neural Network
基于神经网络的混杂SiC_颗粒增强铝基复合材料力学性能预测
第16卷第4期精密成形工程2024年4月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING95基于神经网络的混杂SiC颗粒增强铝基复合材料力学性能预测李晓童1,庄乾铎1,牛志亮1,王锶杰1,邢正1,李赞2,岳振明1*(1.山东大学(威海)机电与信息工程学院,山东威海 264209;2.金属基复合材料国家重点实验室,上海 200240)摘要:目的提高混杂SiC颗粒增强铝基复合材料的韧性,利用卷积神经网络预测其力学性能,以得到力学性能关键因素的影响规律。
方法首先,通过实验得到了铝基复合材料的力学性能数据。
其次,基于相场裂纹扩展本构,采用Python代码批量生成了不同构型参数的代表性体积单元,并利用Abaqus软件进行了有限元仿真(FEM)。
通过代码实现了建模与仿真的一体化构建,利用得到的仿真数据,建立了神经网络模型,并实现了对复合材料力学性能的预测。
建模前,对数据进行预处理和筛选,以提高数据质量并降低模型复杂度。
最后,建立卷积神经网络,并优化模型的超参数。
结果通过建立的神经网络模型,实现了对复合材料力学性能的有效预测。
极限强度的预测误差保持在−7%~8.5%,能耗的预测误差保持在−5%~6%,预测精度较高。
结论通过结合实验、仿真和卷积神经网络模型,可以更有效地预测混杂SiC颗粒增强铝基复合材料的力学性能,从而为材料设计和制备提供指导。
关键词:混杂SiC颗粒;铝基复合材料;卷积神经网络;力学性能预测;相场裂纹扩展本构DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.04.012中图分类号:TG1 文献标志码:A 文章编号:1674-6457(2024)04-0095-06Prediction of Mechanical Properties of Hybrid SiC Particle-reinforcedAluminum-based Composites Based on Neural NetworkLI Xiaotong1, ZHUANG Qianduo1, NIU Zhiliang1, WANG Sijie1, XING Zheng1, LI Zan2, YUE Zhenming1*(1. School of Mechanical, Electrical and Information Engineering, Shandong University (Weihai), Shandong Weihai 264209,China; 2. State Key Laboratory of Metal Matrix Composites, Shanghai 200240, China)ABSTRACT: The work aims to enhance the toughness of hybrid SiC particle-reinforced aluminum-based composites and pre-dict the mechanical properties of the composites by utilizing a convolutional neural network (CNN) to determine the key factors affecting their mechanical performance. Firstly, experimental data on the mechanical properties of the aluminum-based compos-ites were obtained. Then, based on the phase-field crack propagation constitutive model, representative volume elements (RVEs) with different configuration parameters were generated by Python code, and finite element simulations (FEM) were conducted收稿日期:2024-01-19Received:2024-01-19基金项目:国家自然科学基金(52175337,52192591)Fund:The National Natural Science Foundation of China (52175337, 52192591)引文格式:李晓童, 庄乾铎, 牛志亮, 等. 基于神经网络的混杂SiC颗粒增强铝基复合材料力学性能预测[J]. 精密成形工程, 2024, 16(4): 95-100.LI Xiaotong, ZHUANG Qianduo, NIU Zhiliang, et al. Prediction of Mechanical Properties of Hybrid SiC Particle-reinforced Aluminum-based Composites Based on Neural Network[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(4): 95-100.*通信作者(Corresponding author)96精密成形工程 2024年4月with Abaqus software. The integrated construction of modeling and simulation code was realized and the neural network model was constructed with the obtained simulation data, enabling the prediction of the mechanical properties of the com-posites. Prior to modeling, the data were preprocessed and selected to improve data quality and reduce model complexity. A convolutional neural network was established, and the hyperparameters of the model were optimized. The developed neural network model achieved effective prediction of the mechanical properties of the composites. The prediction error for ultimate strength ranged from −7% to 8.5%, and for energy absorption ranged from −5% to 6%, demonstrating high prediction accu-racy. By combining experiments, simulations, and convolutional neural network models, the mechanical properties of hybrid SiC particle-reinforced aluminum-based composites can be predicted more effectively, thereby providing guidance for mate-rial design and fabrication.KEY WORDS: hybrid SiC particles; aluminum-based composites; convolutional neural network; mechanical property predic-tion; phase-field crack propagation constitutive碳化硅颗粒(SiC p)是金属基复合材料的典型增强体[1-4],具有高强度、高模量和耐磨损等优点,作为第二相增强体广泛应用于铝基复合材料中[5]。
人工智能领域中英文专有名词汇总
名词解释中英文对比<using_information_sources> social networks 社会网络abductive reasoning 溯因推理action recognition(行为识别)active learning(主动学习)adaptive systems 自适应系统adverse drugs reactions(药物不良反应)algorithm design and analysis(算法设计与分析) algorithm(算法)artificial intelligence 人工智能association rule(关联规则)attribute value taxonomy 属性分类规范automomous agent 自动代理automomous systems 自动系统background knowledge 背景知识bayes methods(贝叶斯方法)bayesian inference(贝叶斯推断)bayesian methods(bayes 方法)belief propagation(置信传播)better understanding 内涵理解big data 大数据big data(大数据)biological network(生物网络)biological sciences(生物科学)biomedical domain 生物医学领域biomedical research(生物医学研究)biomedical text(生物医学文本)boltzmann machine(玻尔兹曼机)bootstrapping method 拔靴法case based reasoning 实例推理causual models 因果模型citation matching (引文匹配)classification (分类)classification algorithms(分类算法)clistering algorithms 聚类算法cloud computing(云计算)cluster-based retrieval (聚类检索)clustering (聚类)clustering algorithms(聚类算法)clustering 聚类cognitive science 认知科学collaborative filtering (协同过滤)collaborative filtering(协同过滤)collabrative ontology development 联合本体开发collabrative ontology engineering 联合本体工程commonsense knowledge 常识communication networks(通讯网络)community detection(社区发现)complex data(复杂数据)complex dynamical networks(复杂动态网络)complex network(复杂网络)complex network(复杂网络)computational biology 计算生物学computational biology(计算生物学)computational complexity(计算复杂性) computational intelligence 智能计算computational modeling(计算模型)computer animation(计算机动画)computer networks(计算机网络)computer science 计算机科学concept clustering 概念聚类concept formation 概念形成concept learning 概念学习concept map 概念图concept model 概念模型concept modelling 概念模型conceptual model 概念模型conditional random field(条件随机场模型) conjunctive quries 合取查询constrained least squares (约束最小二乘) convex programming(凸规划)convolutional neural networks(卷积神经网络) customer relationship management(客户关系管理) data analysis(数据分析)data analysis(数据分析)data center(数据中心)data clustering (数据聚类)data compression(数据压缩)data envelopment analysis (数据包络分析)data fusion 数据融合data generation(数据生成)data handling(数据处理)data hierarchy (数据层次)data integration(数据整合)data integrity 数据完整性data intensive computing(数据密集型计算)data management 数据管理data management(数据管理)data management(数据管理)data miningdata mining 数据挖掘data model 数据模型data models(数据模型)data partitioning 数据划分data point(数据点)data privacy(数据隐私)data security(数据安全)data stream(数据流)data streams(数据流)data structure( 数据结构)data structure(数据结构)data visualisation(数据可视化)data visualization 数据可视化data visualization(数据可视化)data warehouse(数据仓库)data warehouses(数据仓库)data warehousing(数据仓库)database management systems(数据库管理系统)database management(数据库管理)date interlinking 日期互联date linking 日期链接Decision analysis(决策分析)decision maker 决策者decision making (决策)decision models 决策模型decision models 决策模型decision rule 决策规则decision support system 决策支持系统decision support systems (决策支持系统) decision tree(决策树)decission tree 决策树deep belief network(深度信念网络)deep learning(深度学习)defult reasoning 默认推理density estimation(密度估计)design methodology 设计方法论dimension reduction(降维) dimensionality reduction(降维)directed graph(有向图)disaster management 灾害管理disastrous event(灾难性事件)discovery(知识发现)dissimilarity (相异性)distributed databases 分布式数据库distributed databases(分布式数据库) distributed query 分布式查询document clustering (文档聚类)domain experts 领域专家domain knowledge 领域知识domain specific language 领域专用语言dynamic databases(动态数据库)dynamic logic 动态逻辑dynamic network(动态网络)dynamic system(动态系统)earth mover's distance(EMD 距离) education 教育efficient algorithm(有效算法)electric commerce 电子商务electronic health records(电子健康档案) entity disambiguation 实体消歧entity recognition 实体识别entity recognition(实体识别)entity resolution 实体解析event detection 事件检测event detection(事件检测)event extraction 事件抽取event identificaton 事件识别exhaustive indexing 完整索引expert system 专家系统expert systems(专家系统)explanation based learning 解释学习factor graph(因子图)feature extraction 特征提取feature extraction(特征提取)feature extraction(特征提取)feature selection (特征选择)feature selection 特征选择feature selection(特征选择)feature space 特征空间first order logic 一阶逻辑formal logic 形式逻辑formal meaning prepresentation 形式意义表示formal semantics 形式语义formal specification 形式描述frame based system 框为本的系统frequent itemsets(频繁项目集)frequent pattern(频繁模式)fuzzy clustering (模糊聚类)fuzzy clustering (模糊聚类)fuzzy clustering (模糊聚类)fuzzy data mining(模糊数据挖掘)fuzzy logic 模糊逻辑fuzzy set theory(模糊集合论)fuzzy set(模糊集)fuzzy sets 模糊集合fuzzy systems 模糊系统gaussian processes(高斯过程)gene expression data 基因表达数据gene expression(基因表达)generative model(生成模型)generative model(生成模型)genetic algorithm 遗传算法genome wide association study(全基因组关联分析) graph classification(图分类)graph classification(图分类)graph clustering(图聚类)graph data(图数据)graph data(图形数据)graph database 图数据库graph database(图数据库)graph mining(图挖掘)graph mining(图挖掘)graph partitioning 图划分graph query 图查询graph structure(图结构)graph theory(图论)graph theory(图论)graph theory(图论)graph theroy 图论graph visualization(图形可视化)graphical user interface 图形用户界面graphical user interfaces(图形用户界面)health care 卫生保健health care(卫生保健)heterogeneous data source 异构数据源heterogeneous data(异构数据)heterogeneous database 异构数据库heterogeneous information network(异构信息网络) heterogeneous network(异构网络)heterogenous ontology 异构本体heuristic rule 启发式规则hidden markov model(隐马尔可夫模型)hidden markov model(隐马尔可夫模型)hidden markov models(隐马尔可夫模型) hierarchical clustering (层次聚类) homogeneous network(同构网络)human centered computing 人机交互技术human computer interaction 人机交互human interaction 人机交互human robot interaction 人机交互image classification(图像分类)image clustering (图像聚类)image mining( 图像挖掘)image reconstruction(图像重建)image retrieval (图像检索)image segmentation(图像分割)inconsistent ontology 本体不一致incremental learning(增量学习)inductive learning (归纳学习)inference mechanisms 推理机制inference mechanisms(推理机制)inference rule 推理规则information cascades(信息追随)information diffusion(信息扩散)information extraction 信息提取information filtering(信息过滤)information filtering(信息过滤)information integration(信息集成)information network analysis(信息网络分析) information network mining(信息网络挖掘) information network(信息网络)information processing 信息处理information processing 信息处理information resource management (信息资源管理) information retrieval models(信息检索模型) information retrieval 信息检索information retrieval(信息检索)information retrieval(信息检索)information science 情报科学information sources 信息源information system( 信息系统)information system(信息系统)information technology(信息技术)information visualization(信息可视化)instance matching 实例匹配intelligent assistant 智能辅助intelligent systems 智能系统interaction network(交互网络)interactive visualization(交互式可视化)kernel function(核函数)kernel operator (核算子)keyword search(关键字检索)knowledege reuse 知识再利用knowledgeknowledgeknowledge acquisitionknowledge base 知识库knowledge based system 知识系统knowledge building 知识建构knowledge capture 知识获取knowledge construction 知识建构knowledge discovery(知识发现)knowledge extraction 知识提取knowledge fusion 知识融合knowledge integrationknowledge management systems 知识管理系统knowledge management 知识管理knowledge management(知识管理)knowledge model 知识模型knowledge reasoningknowledge representationknowledge representation(知识表达) knowledge sharing 知识共享knowledge storageknowledge technology 知识技术knowledge verification 知识验证language model(语言模型)language modeling approach(语言模型方法) large graph(大图)large graph(大图)learning(无监督学习)life science 生命科学linear programming(线性规划)link analysis (链接分析)link prediction(链接预测)link prediction(链接预测)link prediction(链接预测)linked data(关联数据)location based service(基于位置的服务) loclation based services(基于位置的服务) logic programming 逻辑编程logical implication 逻辑蕴涵logistic regression(logistic 回归)machine learning 机器学习machine translation(机器翻译)management system(管理系统)management( 知识管理)manifold learning(流形学习)markov chains 马尔可夫链markov processes(马尔可夫过程)matching function 匹配函数matrix decomposition(矩阵分解)matrix decomposition(矩阵分解)maximum likelihood estimation(最大似然估计)medical research(医学研究)mixture of gaussians(混合高斯模型)mobile computing(移动计算)multi agnet systems 多智能体系统multiagent systems 多智能体系统multimedia 多媒体natural language processing 自然语言处理natural language processing(自然语言处理) nearest neighbor (近邻)network analysis( 网络分析)network analysis(网络分析)network analysis(网络分析)network formation(组网)network structure(网络结构)network theory(网络理论)network topology(网络拓扑)network visualization(网络可视化)neural network(神经网络)neural networks (神经网络)neural networks(神经网络)nonlinear dynamics(非线性动力学)nonmonotonic reasoning 非单调推理nonnegative matrix factorization (非负矩阵分解) nonnegative matrix factorization(非负矩阵分解) object detection(目标检测)object oriented 面向对象object recognition(目标识别)object recognition(目标识别)online community(网络社区)online social network(在线社交网络)online social networks(在线社交网络)ontology alignment 本体映射ontology development 本体开发ontology engineering 本体工程ontology evolution 本体演化ontology extraction 本体抽取ontology interoperablity 互用性本体ontology language 本体语言ontology mapping 本体映射ontology matching 本体匹配ontology versioning 本体版本ontology 本体论open government data 政府公开数据opinion analysis(舆情分析)opinion mining(意见挖掘)opinion mining(意见挖掘)outlier detection(孤立点检测)parallel processing(并行处理)patient care(病人医疗护理)pattern classification(模式分类)pattern matching(模式匹配)pattern mining(模式挖掘)pattern recognition 模式识别pattern recognition(模式识别)pattern recognition(模式识别)personal data(个人数据)prediction algorithms(预测算法)predictive model 预测模型predictive models(预测模型)privacy preservation(隐私保护)probabilistic logic(概率逻辑)probabilistic logic(概率逻辑)probabilistic model(概率模型)probabilistic model(概率模型)probability distribution(概率分布)probability distribution(概率分布)project management(项目管理)pruning technique(修剪技术)quality management 质量管理query expansion(查询扩展)query language 查询语言query language(查询语言)query processing(查询处理)query rewrite 查询重写question answering system 问答系统random forest(随机森林)random graph(随机图)random processes(随机过程)random walk(随机游走)range query(范围查询)RDF database 资源描述框架数据库RDF query 资源描述框架查询RDF repository 资源描述框架存储库RDF storge 资源描述框架存储real time(实时)recommender system(推荐系统)recommender system(推荐系统)recommender systems 推荐系统recommender systems(推荐系统)record linkage 记录链接recurrent neural network(递归神经网络) regression(回归)reinforcement learning 强化学习reinforcement learning(强化学习)relation extraction 关系抽取relational database 关系数据库relational learning 关系学习relevance feedback (相关反馈)resource description framework 资源描述框架restricted boltzmann machines(受限玻尔兹曼机) retrieval models(检索模型)rough set theroy 粗糙集理论rough set 粗糙集rule based system 基于规则系统rule based 基于规则rule induction (规则归纳)rule learning (规则学习)rule learning 规则学习schema mapping 模式映射schema matching 模式匹配scientific domain 科学域search problems(搜索问题)semantic (web) technology 语义技术semantic analysis 语义分析semantic annotation 语义标注semantic computing 语义计算semantic integration 语义集成semantic interpretation 语义解释semantic model 语义模型semantic network 语义网络semantic relatedness 语义相关性semantic relation learning 语义关系学习semantic search 语义检索semantic similarity 语义相似度semantic similarity(语义相似度)semantic web rule language 语义网规则语言semantic web 语义网semantic web(语义网)semantic workflow 语义工作流semi supervised learning(半监督学习)sensor data(传感器数据)sensor networks(传感器网络)sentiment analysis(情感分析)sentiment analysis(情感分析)sequential pattern(序列模式)service oriented architecture 面向服务的体系结构shortest path(最短路径)similar kernel function(相似核函数)similarity measure(相似性度量)similarity relationship (相似关系)similarity search(相似搜索)similarity(相似性)situation aware 情境感知social behavior(社交行为)social influence(社会影响)social interaction(社交互动)social interaction(社交互动)social learning(社会学习)social life networks(社交生活网络)social machine 社交机器social media(社交媒体)social media(社交媒体)social media(社交媒体)social network analysis 社会网络分析social network analysis(社交网络分析)social network(社交网络)social network(社交网络)social science(社会科学)social tagging system(社交标签系统)social tagging(社交标签)social web(社交网页)sparse coding(稀疏编码)sparse matrices(稀疏矩阵)sparse representation(稀疏表示)spatial database(空间数据库)spatial reasoning 空间推理statistical analysis(统计分析)statistical model 统计模型string matching(串匹配)structural risk minimization (结构风险最小化) structured data 结构化数据subgraph matching 子图匹配subspace clustering(子空间聚类)supervised learning( 有support vector machine 支持向量机support vector machines(支持向量机)system dynamics(系统动力学)tag recommendation(标签推荐)taxonmy induction 感应规范temporal logic 时态逻辑temporal reasoning 时序推理text analysis(文本分析)text anaylsis 文本分析text classification (文本分类)text data(文本数据)text mining technique(文本挖掘技术)text mining 文本挖掘text mining(文本挖掘)text summarization(文本摘要)thesaurus alignment 同义对齐time frequency analysis(时频分析)time series analysis( 时time series data(时间序列数据)time series data(时间序列数据)time series(时间序列)topic model(主题模型)topic modeling(主题模型)transfer learning 迁移学习triple store 三元组存储uncertainty reasoning 不精确推理undirected graph(无向图)unified modeling language 统一建模语言unsupervisedupper bound(上界)user behavior(用户行为)user generated content(用户生成内容)utility mining(效用挖掘)visual analytics(可视化分析)visual content(视觉内容)visual representation(视觉表征)visualisation(可视化)visualization technique(可视化技术) visualization tool(可视化工具)web 2.0(网络2.0)web forum(web 论坛)web mining(网络挖掘)web of data 数据网web ontology lanuage 网络本体语言web pages(web 页面)web resource 网络资源web science 万维科学web search (网络检索)web usage mining(web 使用挖掘)wireless networks 无线网络world knowledge 世界知识world wide web 万维网world wide web(万维网)xml database 可扩展标志语言数据库附录 2 Data Mining 知识图谱(共包含二级节点15 个,三级节点93 个)间序列分析)监督学习)领域 二级分类 三级分类。
diffusion model unet的作用
一、什么是Diffusion Model UNetDiffusion Model UNet是一种基于深度学习技术的图像分割模型,它结合了UNet和扩散模型的特点,能够有效地处理医学图像、卫星图像以及其他领域的图像分割任务。
二、Diffusion Model UNet的作用1. 提高图像分割的准确度Diffusion Model UNet通过引入扩散模型的特征,能够更好地捕获图像中的细节信息,从而提高分割的准确度。
在医学领域,它可以帮助医生更精确地识别病变区域,为临床诊断和治疗提供更准确的信息。
2. 改善图像分割的鲁棒性由于扩散模型的特性,Diffusion Model UNet对噪声和图像质量的要求相对较低,能够在较差的图像条件下仍保持良好的分割效果。
这对于一些特殊环境下的图像分割任务(如车载摄像头图像、航拍图像)具有重要意义。
3. 加速图像分割的训练与推理过程Diffusion Model UNet利用扩散模型的高效性能,能够加速训练和推理的过程,从而提高模型的实用性。
在大规模图像数据处理中,这将大大缩短分割任务的时间成本。
4. 适用于多种图像分割场景Diffusion Model UNet的设计考虑了多种图像分割场景的需求,能够灵活应对医学、地质、农业等不同领域的图像分割任务,具有较好的通用性和适用性。
三、Diffusion Model UNet的发展前景随着深度学习技术的不断进步,Diffusion Model UNet在图像分割领域有望进一步发挥作用。
未来可以通过结合更先进的神经网络结构、优化迭代算法等手段,提高Diffusion Model UNet的性能与效率,拓展其在更多领域的应用场景。
四、结语Diffusion Model UNet作为深度学习图像分割模型的重要变种,具有较好的准确度、鲁棒性和效率,为图像领域带来了新的发展机遇。
相信随着技术的不断进步,Diffusion Model UNet将在图像分割领域发挥越来越重要的作用,为科研和产业发展注入新的活力。
残差半循环神经网络[发明专利]
专利名称:残差半循环神经网络专利类型:发明专利
发明人:汤琦,祁褎然
申请号:CN202080036830.3申请日:20200323
公开号:CN114175052A
公开日:
20220311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:残差半循环神经网络(RSNN)可以被配置成接收时不变输入和时变输入数据以生成一个或多个时间序列预测。
所述时不变输入可以由所述RSNN的多层感知器处理。
所述多层感知器的输出可以用作所述RSNN的循环神经网络单元的初始状态。
循环神经网络单元还可以接收时不变输入,并且利用所述时不变输入处理所述时不变输入以生成输出。
所述多层感知器和所述循环神经网络单元的输出可以被组合以生成所述一个或多个时间序列预测。
申请人:赛诺菲
地址:法国巴黎
国籍:FR
代理机构:北京坤瑞律师事务所
代理人:封新琴
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neural mass model方程
一、导言神经质量模型是一种用来描述神经元裙体整体行为的模型,它可以很好地描述大脑的大规模神经活动。
神经质量模型方程是描述神经元裙体动力学行为的数学方程,它的推导和应用对于理解大脑活动、神经网络的行为具有重要意义。
二、神经质量模型方程的基本原理神经质量模型方程描述了神经元裙体中神经元的整体电活动。
在生物神经系统中,大量的神经元通过突触连接形成神经网络,神经质量模型方程的基本原理是基于神经元之间的突触传递和耦合。
神经元之间的突触传递会引起电活动的传播和同步,通过建立神经元裙体的动力学模型,可以描述神经网络的整体行为。
三、神经质量模型方程的数学描述神经质量模型方程的数学描述基于大量神经元的集体行为和动力学特性。
它通常采用偏微分方程来描述神经元裙体的电活动,并包括了神经元的发放率、突触传递和耦合强度等因素。
常见的神经质量模型方程包括了Wilson-Cowan模型、Amari模型、Jansen-Rit模型等,它们都是描述神经元裙体整体行为的数学模型,具有不同的适用范围和假设条件。
四、神经质量模型方程的应用神经质量模型方程在神经科学和计算神经科学领域具有广泛的应用。
通过将神经质量模型方程与实际神经活动数据相结合,可以对大脑的功能和机制进行建模和分析,从而揭示大脑的信息处理、感知和认知等基本原理。
神经质量模型方程也被应用于人工智能领域,用于构建神经网络和深度学习模型,以模拟和理解大脑的智能和学习机制。
五、神经质量模型方程的挑战和未来发展尽管神经质量模型方程在神经科学和计算神经科学领域取得了许多重要进展,但也面临着许多挑战和未解决的问题。
神经质量模型方程的精确性和可靠性仍然有待进一步验证和改进,而且对于大规模神经网络的建模和仿真也需要更加精细和有效的算法和数值方法。
未来,我们可以期待神经质量模型方程在神经科学、计算神经科学和人工智能领域的更加广泛和深入的应用,为我们揭示大脑和智能的奥秘。
六、进一步完善神经质量模型方程为了解决神经质量模型方程的精确性和可靠性问题,研究人员们不断努力着。
注意力机制提取极化特征
注意力机制提取极化特征首先,我们需要明确什么是极化特征。
在情感分析、意见挖掘等任务中,我们通常需要判断一段文本或一张图像中所表达的情感极性,即正面、负面或中性。
极化特征表示的是文本或图像中包含的与情感相关的信息。
为了提取极化特征,我们可以使用注意力机制来自适应地选择输入数据中与情感极性有关的部分。
注意力机制可以根据输入数据的不同部分给予不同的权重,使得模型能够更加关注最重要的部分。
在自然语言处理任务中,我们常常使用循环神经网络(RNN)和注意力机制来提取极化特征。
以情感分类任务为例,我们可以使用双向长短时记忆网络(BiLSTM)作为编码器,将文本序列转化为向量序列。
然后,我们可以使用一个注意力机制来对这些向量序列进行加权求和,得到一个固定长度的向量表示,即极化特征。
具体地,我们可以使用一个全连接层来计算每个时间步上的注意力权重。
这个全连接层的输入是BiLSTM的输出,输出是一个权重向量。
然后,我们可以使用这个权重向量对BiLSTM的输出进行加权求和,得到一个加权后的表示。
最后,我们可以将这个加权后的表示作为极化特征输入给后续的分类器。
在计算机视觉任务中,我们也可以使用注意力机制来提取极化特征。
以图像情感分析为例,我们可以使用卷积神经网络(CNN)来提取图像的特征。
然后,我们可以使用一个注意力机制来对这些特征进行加权求和,得到一个固定长度的向量表示,即极化特征。
具体地,我们可以使用一个全连接层来计算每个图像区域的注意力权重。
这个全连接层的输入是CNN的输出,输出是一个权重向量。
然后,我们可以使用这个权重向量对CNN的输出进行加权求和,得到一个加权后的表示。
最后,我们可以将这个加权后的表示作为极化特征输入给后续的分类器。
总之,注意力机制在提取极化特征方面有着重要的应用。
通过使用注意力机制,我们可以自适应地选择输入数据中与情感极性有关的部分,从而提高模型对关键信息的关注度。
注意力机制已经在许多任务中取得了良好的效果,并成为深度学习中不可或缺的一环。
SOINN绍介_E
90 secs 4 hours
70 days
Test time(Approx. 6000imgs)
2 days
Without time to extract features
14
15
We have many modalities.
16
17
Modalities of SOINN Robot
150
100 50 KDE-SOINN : Local Kernel 0
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000
サンプル数
32
実験 : 計算時間(前頁の拡大図)
1000 900 800 700 600 500 400 300 200
• SOINN works best with internet:
– Google Drive, finance, distribution, climate/environment, education, medicine, etc.
7
Mate Tea Cup …??
8
SOINN + internet
3
Self-organizing Incremental Neural Network (SOINN)
Noise is eliminated. Pattern is recognized.
4
SOINN applet demo
5
6
SOINN Algorithm
SOINN has vast possibilities
SOINN
Self-organizing Incremental Neural Network
人工智能算法辅助药物分子设计及优化方法探究
人工智能算法辅助药物分子设计及优化方法探究随着科技的飞速发展,人工智能(Artificial Intelligence,AI)在药物研发领域扮演着愈发重要的角色。
人工智能算法的引入为药物分子设计和优化带来了新的可能性和机遇。
本文将探究人工智能算法在药物分子设计和优化中的应用,进一步探讨其优势和挑战。
药物分子设计和优化是一项繁琐而复杂的任务,需要大量的时间和资源。
而且,许多候选化合物往往在实验过程中无法通过安全性和有效性的测试。
这就需要寻找一种更高效和准确的方法来筛选和设计出具备药物活性的化合物。
人工智能算法通过利用机器学习和数据分析的技术,可以处理大规模的分子数据和化学信息。
AI模型可以通过训练大量的化合物数据,以理解化合物的结构-性能关系。
这样,AI模型可以通过预测和评估化合物的属性和药物活性,从而为药物设计提供指导。
首先,人工智能算法能够帮助药物分子的快速筛选。
传统的方法往往需要依赖人工经验和实验室测试。
而人工智能算法可以通过模型的训练和学习,识别潜在的药物候选化合物。
这一过程可以减少大量的实验工作,节省时间和资源。
其次,人工智能算法能够加快药物分子的优化过程。
药物的优化通常需要对分子结构进行修改和调整,以提高其活性和选择性。
人工智能算法可以通过分子模拟和计算预测,评估不同分子结构的性能。
这样,研究人员可以更快地找到最佳的化合物结构,节约了大量的试错过程。
另外,人工智能算法在药物分子设计中还能辅助寻找新的药物靶点。
通过分析疾病相关的基因、蛋白质和代谢途径等信息,AI模型可以发现新的潜在靶点,并提供相应的候选化合物。
这种方法有助于加速新药物的发现进程,为药物行业的创新提供了巨大的机遇。
然而,人工智能算法在药物分子设计和优化中也面临一些挑战。
首先是数据质量问题。
AI模型需要大量的高质量数据来进行训练和学习,但往往存在数据的不一致性和不完整性。
因此,在构建AI模型之前,收集和处理数据需要非常慎重。
杜克大学推出AI图像生成器 模糊图像五秒可变清晰
杜克大学推出AI图像生成器模糊图像五秒可变清晰作者:来源:《中国计算机报》2020年第25期近日,美国杜克大学的研究团队研发了一个AI图像生成模型PULSE。
PULSE可以在5秒钟内将低分辨率的人像转换成清晰、逼真的人像。
据了解,PULSE所做的工作并不是把输入的低分辨率人像变成一张高分辨率的人像,而是“一对多”地输出许多张面部细节各不相同的高分辨率人像。
比如,用户输入一张16×16分辨率的图像,PULSE可输出一组1024×1024分辨率的图像。
上述研究已在计算机视觉与模式识别会议CVPR 2020上发表,论文标题为《PULSE:通过对生成模型的潜在空間探索实现自监督照片上采样》。
研究人员用高分辨人脸数据集CelebA HQ评估PULSE的性能。
为了进行对比,研究人员利用CelebA HQ数据集训练了监督模型BICBIC、FSRNET和FSRGAN。
所有模型均以16×16分辨率的图像作为输入,BICBIC、FSRNET和FSRGAN模型以128×128分辨率图像作为输出,PULSE模型以128×128分辨率图像和1024×1024分辨率图像作为输出。
评估结果显示,图像质量方面,PULSE模型在生成眼睛、嘴唇等图像细节方面的能力优于其他模型。
此外,研究人员还利用平均意见分数(MOS)测试来定量评估模型的分辨率。
研究人员邀请40位评估者对6个模型的输出结果进行打分。
结果显示,PULSE的MOS分数最高。
研究人员称,未来,PULSE或可被用于天文学、医学等领域。
比如,一位天文学研究人员输入一张模糊的黑洞图像,就可以获得许多张可能的天体照片。
一种新的部分神经进化网络的股票预测(英文)
一种新的部分神经进化网络的股票预测(英文)一种新的部分神经进化网络的股票预测自从股票市场的出现以来,人们一直在寻求能够提前预测股票走势的方法。
许多投资者和研究人员尝试使用各种技术分析工具和模型来预测股票未来的走势,但是股票市场的复杂性和难以预测性使得这变得困难重重。
因此,寻找一种能够准确预测股票走势的方法一直是金融界的热点问题。
近年来,人工智能技术在金融领域的应用日益增多。
其中,神经网络是一种被广泛使用的工具,它可以自动学习和识别模式,并根据所学的模式进行预测。
然而,传统神经网络在预测股票市场方面存在诸多问题,例如过拟合和难以处理大量数据等。
为了克服这些问题,本文提出了一种新的部分神经进化网络(Partial Neural Evolving Network, PNEN)模型来预测股票走势。
PNEN模型将神经网络和进化算法相结合,通过优化和训练来实现更准确的预测结果。
PNEN模型的核心思想是将神经网络的隐藏层拆分为多个小模块,每个小模块只负责处理一部分输入数据。
通过这种方式,模型可以更好地适应不同的市场情况和模式。
同时,采用进化算法来优化模型的参数,可以进一步提高模型的预测性能。
具体而言,PNEN模型包括以下几个步骤:1. 数据准备:从股票市场获取历史交易数据,并对数据进行预处理和归一化处理,以便更好地输入到模型中。
2. 构建模型结构:将神经网络的隐藏层拆分为多个小模块,通过进化算法来确定每个小模块的结构和参数。
进化算法通过优化模型的准确性和稳定性,以获得更好的预测结果。
3. 训练模型:使用历史数据集对模型进行训练,并通过反向传播算法来更新模型的权重和偏置。
同时,通过与进化算法的交互,不断调整模型结构和参数。
4. 预测结果:使用训练好的模型对未来的股票走势进行预测。
通过模型对市场的分析和判断,可以为投资者提供决策参考。
为了验证PNEN模型的效果,我们在实际的股票市场数据上进行了实验。
结果表明,与传统神经网络模型相比,PNEN 模型在预测股票走势方面具有更好的准确性和稳定性。
lif神经元物理意义
lif神经元物理意义The Leaky Integrate-and-Fire (LIF) neuron is asimplified mathematical model used to study the behavior of neurons in computational neuroscience. While it may not capture the full complexity of biological neurons, it provides valuable insights into the fundamental principles underlying neural activity. Understanding the physical significance of LIF neurons requires exploring theirvarious aspects, including their structure, function, and role in neural networks.At a basic level, the LIF neuron consists of three main components: a membrane potential, a threshold potential,and a reset mechanism. The membrane potential representsthe electrical charge across the neuron's cell membrane, which changes over time due to the flow of ions. The threshold potential is the minimum membrane potential required to trigger an action potential or spike. When the membrane potential exceeds this threshold, the neuron fires, and its potential is reset to a resting state.The physical significance of the LIF neuron lies in its ability to simulate the firing behavior of real neurons. By incorporating parameters such as membrane resistance and capacitance, the LIF model can replicate the integrationand transmission of electrical signals observed inbiological neurons. This allows researchers to study how neurons process and transmit information in neural networks, which is crucial for understanding brain function.From a broader perspective, the LIF neuron serves as a building block for more complex neural network models. By connecting multiple LIF neurons together, researchers can simulate the behavior of larger-scale neural circuits. This enables the study of emergent properties, such as synchronization, oscillations, and information processing, that arise from the collective behavior of interconnected neurons.Another important aspect of the LIF neuron's physical significance is its computational efficiency. Compared to more detailed neuron models, the LIF model iscomputationally lightweight, making it suitable for large-scale simulations. This efficiency allows researchers to investigate neural phenomena at different levels of abstraction, from individual neurons to entire brain regions.Furthermore, the LIF neuron has been used in practical applications, such as artificial neural networks and neuromorphic engineering. Its simplicity and efficiency make it an attractive choice for implementing neural networks in hardware or software systems. By emulating the behavior of LIF neurons, these systems can perform tasks such as pattern recognition, classification, and control, with potential applications in robotics, machine learning, and brain-computer interfaces.In conclusion, the LIF neuron has significant physical significance in the field of computational neuroscience. It provides a simplified yet valuable tool for studying the behavior of neurons and neural networks. By capturing essential aspects of real neurons, the LIF model enables researchers to explore fundamental principles, simulatelarge-scale networks, and develop practical applications. Its physical significance lies in its ability to bridge the gap between theoretical understanding and practical implementation in the study of neural systems.。
基于DenseNet_的人脸图像情绪识别研究
第 42 卷第 6 期2023年 11 月Vol.42 No.6Nov. 2023中南民族大学学报(自然科学版)Journal of South-Central Minzu University(Natural Science Edition)基于DenseNet的人脸图像情绪识别研究雷建云,马威,夏梦*,郑禄,田望(中南民族大学计算机科学学院& 湖北省制造企业智能管理工程技术研究中心,武汉430074)摘要针对人脸情绪识别类内差异大,类间差异小的特点,结合学生人脸图像的线上课堂情绪识别的场景,提出多尺度空洞卷积模块提取不同空间尺度特征的稠密深度神经网络模型,实现自然场景下学生人脸图像识别. 该模型主要由多尺度空洞卷积和DenseNet神经网络两个子网络组成,其中多尺度空洞卷积由不同空洞率的四分支网络提取不同尺度特征,空洞卷积减小特征图尺寸,减少DenseNet内存资源占用;最后在DenseNet网络中结合Adam优化器和中心损失函数.使用稠密网络的旁路连接,加强情绪特征传递和复用.研究结果表明:基于稠密深度神经网络的情绪识别网络模型能够有效提高情绪分类的准确率,模型对预处理后的FER2013+数据集识别准确率达到93.99%,可为线上教学反馈提供技术支持.关键词人脸情绪识别;稠密神经网络;空洞卷积;中心损失函数;深度学习优化器中图分类号TP391.4 文献标志码 A 文章编号1672-4321(2023)06-0781-07doi:10.12130/znmdzk.20230609Research on emotion recognition of face image based on densenetLEI Jianyun,MA Wei,XIA Meng*,ZHENG Lu,TIAN Wang(College of Computer Science & Hubei Provincial Engineering Research Center for Intelligent Management of Manufacturing Enterprises,South-Central Minzu University,Wuhan 430074,China)Abstract The characteristics of large intra-class differences and small inter-class differences in facial emotion recognition, combined with the scene of online classroom emotion recognition of student face images, a dense deep neural network model with multi-scale atrous convolution modules to extract features of different spatial scales is proposed,that realize student face image recognition in natural scenes. The model is mainly composed of two sub-networks: Multi-scale atrous convolution and DenseNet neural network. The multi-scale atrous convolution extracts features of different scales by four-branch networks with different atrous rates. Atrous convolution reduces the size of the feature map and reduce the memory resource occupation of DenseNet. Finally, the Adam optimizer and the central loss function are combined in the DenseNet network. The bypass connection of the dense network is used to strengthen the transfer and reuse of emotional features. The research results show that: The emotion recognition network model of the network can effectively improve the accuracy of emotion classification based on dense deep neural network, and the recognition accuracy rate of the model for the preprocessed FER2013+ data set reaches 93.99%, which provides technical support for online teaching feedback. Keywords facial emotion recognition; densenet; atrous convolution; center loss function; optimizer近几年来,基于卷积神经网络和循环神经网路的深度神经网络模型在计算机视觉和自然语言处理等领域应用广泛.自第一个大规模的深度神经网络AlexNet[1]诞生以后,各种骨干架构如VGGNet[2]、GoogleNet[3]、MobileNet[4]、ResNet[5]和DenseNet[6]等相继被提出,网络的性能不断提升,网络规模越来越大. 情绪识别的难点之一,同一个人脸有不同的表情,对应不同的情绪分类,不同人脸有相同的表情,对应相同的情绪分类,因此,人脸情绪识别的分类任务有类间差异小,类内差异大的挑战.收稿日期2022-01-22 * 通信作者夏梦,研究方向:深度学习与图形识别. E-mail:****************** 作者简介雷建云(1972-),男,教授,博士,研究方向:信息安全,E-mail:*********************基金项目湖北省科技重大专项(2020AEA011);武汉市科技计划应用基础前沿项目(2020020601012267)第 42 卷中南民族大学学报(自然科学版)1 研究现状1.1 传统情绪识别传统人脸情绪识别方法依赖手工设计特征或者浅层学习,如局部二值模式(local binary pattern,LBP)[7]、三正交平面的局部二值模式(local binary pattern from three orthogonal planes,LBP-TOP)[8]、非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization,NMF)[9]和稀疏学习[10]. 2013年起,表情识别比赛如FER2013 (the Facial Expression Recognition 2013)[11]和EmotiW[12]从具有挑战性的真实世界场景中收集了相对充足的训练样本,促进了人脸表情识别从实验室受控环境到自然环境下的转换(表1).1.2 基于深度学习的情绪识别由于静态数据处理的便利性及其可得性,目前大量研究是基于不考虑时间信息的静态图像进行.直接在相对较小的人脸表情数据库上进行深度网络的训练势必会导致过拟合问题. 为了缓解这一问题,许多相关研究采用额外的辅助数据来从头预训练并自建网络,或者直接基于有效的预训练网络,例如AlexNet、VGG、ResNet、Mobelinet和GoogLeNet进行微调.大型人脸识别数据库CASIA WebFace、CFW和FaceScrub dataset,以及相对较大的人脸表情数据库如FER2013和TFD是较为合适的辅助训练数据. Kaya等人[13](2017)指出在人脸数据上进行预训练的VGG-Face模型比在预训练的ImageNet模型更加适合于人脸表情识别任务. Knyazev等[14](2017)也指出在大型的人脸数据库上进行预训练,然后进一步在额外的表情数据库上进行微调,能够有效地提高表情识别率.1.3 稠密网络架构DenseNet卷积神经网络是深度学习领域中举足轻重的网络框架,尤其在计算机视觉领域更是一枝独秀. CNN从ZFNet到VGG、GoogLeNet再到Resnet和最近的DenseNet,网络越来越深,架构越来越复杂,解决梯度传播时梯度消失的方法也越来越巧妙. 稠密网络架构DenseNet高速公路网络是第一批提供有效训练超过100层的端到端网络的架构之一. 使用旁通路径和浇注单元,公路网络与数百层可以毫无困难地优化. 旁路路径被认为是简化这些深度网络训练的关键因素. ResNet进一步支持这一点,其中使用纯身份映射作为旁路路径. ResNet在许多具有挑战性的图像识别、定位和检测任务上取得了令人印象深刻的、破纪录的性能,如ImageNet和COCO目标检测. 最近,随机深度被提出作为一种成功训练1202层ResNet的方法. 随机深度通过在训练过程中随机丢层来改进深度残差网络的训练. 这表明并非所有的层都是需要的,并强调了在深层(残差)网络中存在大量的冗余[6].DenseNet是一种网络架构,目的是训练更深的神经网络. 由于单独的DenseNet应用到人脸情绪识别时没有结合提取情绪特征,导致识别精度不高;DenseNet网络通过通道上的融合,会减轻深度特征的权重,更多提取到的是浅层特征. 本文针对人脸情绪识别的特点,在DenseNet中结合中心损失函数,提高情绪识别精度;使用Adam随机梯度优化器加快训练模型收敛;结合多尺度空洞卷积模块,分别用5、8和12的膨胀提权不同尺度图像特征;使用DenseNet-BC的增长率k=12,24,32分别进行情绪特征提取进行研究. 常见DenseNet网络结构如表2所示.2 基于DenseNet模型的面部表情识别2.1 整体网络结构针对原始的稠密网络不能有效提取情绪特征,多尺度特征提取不充分,且稠密网络内存占用高的问题. 本文提出多尺度卷积提取多尺度特征,减少稠密网络内存占用,同时结合改进的稠密网络模型,使用中心损失函数,加强模型对表情分类损失的学习. 网络由两部分组成,第一部分为多尺度空洞卷积模块,第二部分为结合Adam优化器和中心损失函数的稠密网络DenseNet169. 网络结构如图1.表1 常见人脸表情数据集Tab.1 Common facial expression dataset数据集CK+ JAFFE FER-2013+ RAF-DB AffectNet数量5932133141229672450000主体12310N/AN/AN/A来源实验室实验室网络网络网络收集方法P&SPP&SP&SP&S表情种类7类基础表情+蔑视7类基础表情8类基础表情7类基础表情7类基础表情注:P=posed;S= spontaneous;Condit.=Collection condition;Elicit.= Elicitation method.782第 6 期雷建云,等:基于DenseNet 的人脸图像情绪识别研究2.2 多尺度空洞卷积对于人脸情绪识别,不同的人脸都由五官组成,相同的人脸受不同的外界条件影响,能表达不同的情绪,面部肌肉做不同程度的收缩与舒张,因此人脸情绪识别需要模型重视深层的图像特征,针对类内差异大类间相似度高的问题,在稠密卷积网络模型中如何提高不同尺度特征的表达能力也是解决该问题的有效方法,V -J 人脸检测算法采用多尺度融合的方式提高模型的精度,Inception 网络则是通过不同大小的卷积核来控制感受野,[15]人脸检测算法采用了多尺度模型集成以提高分类任务模型的性能. 除了不同大小的卷积核控制感受野外,在图像分割网络Deeplab V3[16]和目标检测网络Trident Networks [17]中使用空洞卷积来控制感受野. 还有方法是通过直接使用不同大小的池化操作来控制感受野,这个方法被PSPNet [18]网络所采用. 本文提出结合多尺度空洞卷积的稠密网络形成更紧凑和位置不变的特征向量,提高不同尺度卷积特征表达能力,从而有效解决类内差异大和类间相似度小导致人脸情绪识别分类性能问题.空洞卷积也叫扩张卷积或者膨胀卷积,在卷积核中插入空洞,起到扩大感受野从而进行多尺度卷积,多尺度卷积在情绪特征识别任务中对于识别准确率相当重要,广泛应用在语义分割等任务中. 在深度网络中为了增加感受野且降低计算量,采用降采样增加感受野的方法,但空间分辨率会降低,为了能不丢失分辨率,且仍能扩大感受野,可以使用空洞卷积,在分割任务中十分有用,一方面感受野大了可以检测分割大目标,另一方面分辨率高了可以精确定位目标,捕捉多尺度上下文信息. 空洞卷积有一个参数可以设置,空洞率,具体含义就是在卷积核中填充一定数量的0,当设置不同的空洞率,感受野就会不一样,即获得了多尺度信息.该模块包含四个分支,每个分支都由3个batchnorm 、relu 和conv 组成,中间的卷积为3 × 3的空洞卷积,三个空洞卷积的膨胀分别为5、8和12. 第4个分支在原始图像的基础上,为了和前三个分支的特征图像尺寸一致对边缘做了一定的裁剪且使用3 × 3卷积计算使图像变成40 × 40 × 18,最后在四个分支上进行通道上的融合,形成40×40×54的特征图,作为稠密网络的输入. 通道融合如公式(1).表2 DenseNet 网络架构 k =32,卷积=BN -ReLu -Conv Tab.2 DenseNet Network structure k =32 conv= BN -ReLu -Conv 层卷积池化稠密块(1)转换层(1)稠密块(2)转换层(2)稠密块(3)转换层(3)稠密块(4)分类层输出大小112 × 11256 × 5656 × 5656 × 5628 × 2828 × 2828 × 2814 × 1414 × 1414 × 147 × 77 × 71 × 1DenseNet -1217 × 7,s = 23 × 3 最大池化,s = 21×1卷积3×3卷积×61 × 1 卷积2 × 2 平均池化,s = 21×1卷积3×3卷积×1211 卷积2 × 2 平均池化,s =21×1卷积3×3卷积×241 × 1 卷积2 × 2 平均池化,s = 21×1卷积3×3卷积×167 × 7 全局平均池化8D 全连接 softmaxDenseNet -1691×1卷积3×3 卷积×61×1卷积3×3卷积×121×1卷积3×3 卷积×321×1卷积3×3 卷积×32DenseNet -2011×1卷积3×3 卷积×61×1卷积3×3卷积×121×1卷积3×3 卷积×481×1卷积3×3 卷积×32多尺度空洞卷积模块稠密网络DenseNet-BC 模块图1 网络结构图Fig.1 Network structure diagram783第 42 卷中南民族大学学报(自然科学版)Y=cat(x1,x2,x3,x4) . (1)x1、x2和x3分别为不同膨胀的空洞卷积分支,x4是原始图像分支,cat表示对这四个分支在通道上面进行融合.2.3 DenseNet-BC网络模型DenseNet网络由稠密块、过渡层交替连接组成. 在稠密层中,任何层直接连接到所有后续层,加强特征传递,因此后面所有层都会收到前面所有层的特征图,即X0、X1、X2、…、Xμ-1做为输入,如公式(2):Xμ=Hμ([X0,X1,…,Xμ-1]) .(2)2.3.1 Adam优化器Adam是一种随机梯度优化方法,占用很少的内存,只需要一阶梯度. 该方法根据梯度的第一和第二矩估计值计算不同参数的学习率. 该优化器结合了比较流行的两种方法AdaGrad和RMSProp方法分别在稀疏梯度和非平稳设置梯度的优点,该优化器有如下优点:参数更新幅度对于重新缩放梯度是不变的,其步长由步长超参数限制,不需要固定的目标.2.3.2 中心损失函数中心损失函数针对softmax损失函数类内间距太大的问题,对每一个类都维护一个类中心,而后在特征层如果该样本离类中心太远就要惩罚,也就是所谓的中心损失,每一个特征需要通过一个好的网络达到特征层获得类中心,计算后所有样本的特征平均值为类中心,而好的网络需要在类中心加入的情况下才能得到. 没法直接获得类中心,所以将其放到网络里自己生成,在每一个batch里更新类中心,即随机初始化类中心,每一个batch里计算当前数据与center的距离,而后将这个梯度形式的距离加到center上. 类似于参数修正. 同样的类似于梯度下降法,增加一个度量,使得类中心不会抖动.3 实验与结果分析对提出的网络模型进行实验验证,使用PyTorch 深度学习框架,在DenseNet网络前面加入多尺度空洞卷积,同时在通道维度上结合原始输入的图像,在稠密网络中使用softmax+center 损失函数减少同类之间的距离,增加不同类的距离. 使用Adam优化器进行梯度反向传播. 具体分为实验环境和实验细节、数据集预处理、多尺度特征提取实验和对比实验.3.1 实验环境和实现细节3.1.1 实验环境本实验在Ubuntu 18.04.2 LTS操作系统环境下,基于PyTorch深度学习框架构建.实验环境见表3.3.1.2 实验过程输入48 × 48 × 3的图像经过多尺度空洞卷积处理之后得到46 × 46 × 54的人脸图像,批量大小为256,结合权值衰减参数为0.00001,学习率参数为1e-1的Adam算法,使用DenseNet-BC169 k=24的稠密网络训练300轮. 分类全连接层包含8个神经元输出实现8分类,8个输出中最大输出的序号对应情绪状态. 具体对应关系如下:生气-0,轻蔑-1,厌恶-2,害怕-3,高兴-4,中性-5,伤心-6,惊讶-7. 3.2 数据集预处理本文所采用到的实验数据集为网上公开数据集FER2013+,数据集由48 × 48 × 1的3万张图片组成.数据集分为3部分,分别是训练集、验证集和测试集,其中公开测试集用于训练过程中的验证,私有测试集用于训练最后的测试.使用OpenCV对原始数据集进行尺寸和通道的调准,将尺寸通过双线性插值法调整到60 × 60的三通道图片.卷积神经网络在分类问题中,对于数据集的不同类的样本量要求均衡,本文借助数据增强,用水平翻转、垂直翻转、旋转45°、旋转90°、高斯模糊添加噪音、仿射变换的方法,训练集中各类样本数量变为24000张,测试集各类样本数量变为4000张. 预处理前后数据集见表4~5和图2.表3 实验环境Tab.3 Experimental environment操作系统CPUGPU内存编程语言深度学习框架GPU加速库Ubuntu 20.04******************************×2Nvida Quadro RTX 6000 × 4128GPython 3.6PyTorch 1.9.1CUDA 11.2表4 预处理前FER2013+数据集Tab.4 FER2013plus dataset before preprocessing训练集公开测试集私有测试集开心7287865893惊讶3149415396中性874011821090轻蔑1191316厌恶1192418生气2100287273恐惧5326283伤心3014351384总计2506031993153784第 6 期雷建云,等:基于DenseNet 的人脸图像情绪识别研究3.3 多尺度特征提取实验在实验过程中,分别使用不同空洞率的三分支结构网络模型进行训练,分别使用了5、8和12的膨胀进行多尺度特征的提取的资源消耗和识别性能最佳,太大的空洞卷积无法提取细粒度信息,太小的空洞卷积无法提取大尺度信息.本实验为了保证通道融合上面尺寸的统一,使用公式(3)和公式(4)对图像的填充和裁剪进行计算,W in 和H in 表示输入图像尺寸,padding 表示填充数组,dilation 表示膨胀数组kernel_size ,描述卷积核大小数组,stride 描述卷积步长数组.为了证明多尺度空洞卷积模块的有效性,将在改进的DenseNet 模块前,分别添加多尺度模块和不添加多尺度模块进行训练学习情绪特征,实验结果对比如表6所示,其中训练时间是指batch size 为128的单批训练耗时.W out =êëêêúûúúW in +2×padding []0-dilation []0×()kernel_size [0]-1-1stride []0+1 ,(3) H out =êëêêúûúúH in +2×padding []1-dilation []1×()kernel_size [1]-1-1stride []1+1 .(4)3.4 算法复杂度为了说明本文模型的优越性,分别将DenseNet -BC 模型和ResNet 模型进行算法复杂度对比实验,实验数据如表7.本文提出改进的稠密网络模型的模型参数量明显少于其他的旁路网络.表7是在FER2013+的8分类网络条件下进行实验,时间是指batch size 为128的单批训练耗时.3.5 对比实验3.5.1 超参数调优实验在预处理后的FER2013+数据集上研究不同超参数对模型收敛速度和情绪分类正确率的影响. 分别从DenseNet -BC 网络增长率k ,DenseNet -BC 层数c ,权重衰减d 三个方面对模型进行训练. 实验结果如表8所示,结果表明k =24,c =169,d =1e -5时网络性能最好,收敛最快. 更深的网络会在数据集上产生过拟合,k 值太大会通过通道融合的方式加强浅层特征对深层特征的干扰,导致模型提取深层情绪特征比例较少,不利于人脸情绪识别.图3为不同模块的识别性能对比. 中心损失函数和softmax 损失相结合,学习类间的差异和类内的共同特征,有利于网络模型对情绪特征的学习,结合在深度学习中表现优秀的Adam 优化器和多尺度空洞卷积,最终模型的收敛速度快,收敛效果好. 这说明,多尺度特征和中心损失函数对情绪识别的精度有帮助,Adam 优化器能帮助模型加速收敛.3.5.2 表情识别性能本文方法在常用的面部情绪数据集FER2013+表5 预处理后FER2013+数据集Tab.5 Preprocessed FE2013plus dataset训练集公开测试集私有测试集开心2400040004000惊讶2400040004000中性2400040004000轻蔑2400040004000厌恶2400040004000生气2400040004000恐惧2400040004000伤心2400040004000总计192003200032000训练集预处理前后对比图预处理前预处理后图2 训练集预处理前后对比图Fig.2 Comparison of training set before and after preprocessing表7 模型参数对比Tab.7 Model parameter comparison 性能DenseNet -BC k=32ResNet12116920126450101101_wide152时间/s0.4530.550.7020.8790.0860.1560.2540.224参数量897101815132298209863783429562619752008354018009639508048290887表6 多尺度提取模块对比Tab.6 Comparison of multi -scale extraction modules 模型169121含有多尺度提取模块准确率0.85530.8366训练时间0.5500.453不含多尺度提取模块准确率0.79710.7863训练时间0.5450.450785第 42 卷中南民族大学学报(自然科学版)上进行十折交叉验证,实验结果如表9和图4、5所示,针对损失函数、Adam 优化器和多尺度空洞卷积对实验结果的影响见图4所示. 根据实验数据分析发现,都引入旁路连接的DenseNet 和ResNet ,明显能加快模型的收敛速度和取得更好的收敛效果,旁路连接有利于提取情绪特征和情绪特征复用;注重宽度的GoogLeNet 收敛速度不如有旁路连接的网络模型,但也取得了不错的收敛效果; 不过VGG 实验效果较差,说明浅层网络很难提取到有用的情绪特征.本文在DenseNet 神经网络结构进行表情识别性能的验证,结果表明,使用更深层的DenseNet 网络容易在FER2013数据集上产生过拟合,大模型需要训练的参数过多,数据集数量过少导致的原因,本文采用基于静态图像的单幅图像识别,相比于图像的视频序列方法,单幅图像方法的计算量更小,关于模型的正确率没有明显差别. 静态图像方法中DeRL 方法[19]和PPDN 方法[20]使用了中性表情图像作为其他情绪的参考,因此取得了比其他方法更好的性能.刘露露[21]将4个尺度特征融合放到模型的后端,DenseNet 模型中将多尺度特征放到模型的前端,显著加强多尺度特征在模型中的作用,提高表情特征的重要性,减少无用特征的干扰,实现多尺度情绪特征提取.本文的方法使用稠密网络DenseNet -BC169,模型的参数量为1855130,相比其他的轻量级模型,参数量较少,但模型准确率并没有下降,在预处理后的FER2013+上面训练300轮在公共测试集上达到93.99%的正确率. 本文方法相比于其他静态图像方法有更小的计算量和更好的情绪识别性能.4 结语针对人脸情绪识别问题提出基于DenseNet -BC169的面部表情识别网络模型,该网络模型由多尺度空洞卷积模块和稠密网络模块两部分组成.通道多尺度空洞卷积模块关注不同尺度特征的重要性,加强表情特征的作用,减少无用特征的干扰,实现对多尺度特征的提取. DenseNet 模块使用旁路加强特征传递,实现对显著表情区域的关注.该网络通过通道融合的方式,以较小的计算开销实现了对特征图的面部表情识别. 此外,在DenseNet 中结合Adam 优化器加快网络收敛速度,中心损失函数得到更好收敛效果. 实验结果表明,本文方法对预处HappySurpriseDisgustContemptAngerFearNeutral Sadness图3 识别效果Fig.3 Recognition effect表9 不同网络模型性能对比Tab.9 Performance comparison of different network models方法VGG19ResNet152DenseNet -BC169GoogLeNet 实验设置图片图片图片图片FER2013Plus (正确率/%)89.1990.2893.9988.98表8 超参数实验对比Tab.8 Comparison of superparametric experiments Variablek ,c =169,d =1e -5c ,k =24,d =1e -5d ,k =24,c =169Value 1224321211692011e -41e -51e -6Accuracy/%86.3993.0290.0690.3693.9992.5689.3891.2890.39A c c50100150200Epocn图4 不同模快性能对比 Performance comparison of different models 0.80.60.40.2A c c050100150200Epocn图5 不同网络模型性能对比Fig.5 Performance comparison of different network models786第 6 期雷建云,等:基于DenseNet的人脸图像情绪识别研究理后的FER2013+表情数据集的面部情绪识别准确率能达到93.99%.参考文献[1]KRIZHEVSKY A,SUTSKEVER I,HINTON G E.ImageNet classification with deep convolutional neuralnetworks [J].Communications of the ACM,2017,60(6): 84-90.[2]SIMONYAN K, ZISSERMAN A. Very deep convolutional networks for large-scale image recognition[J].arXivPreprint arXiv:1409.1556, 2019.[3]SZEGEDY C, LIU W, JIA Y Q, et al. Going deeper with convolutions [C] // IEEE. 2015 IEEE Conference onComputer Vision and Pattern Recognition CVPR. NewYork: IEEE, 2015:1-9.[4]HOWARD A G,ZHU M,CHEN B,et al. Mobilenets:Efficient convolutional neural networks for mobile visionapplications[J]. arXiv Preprint arXiv:1704.04861,2017.[5]HE K M, ZHANG X Y, REN S Q , et al. Deep residual learning for image recognition [C]// IEEE. 2016 IEEEConference on Computer Vision and Pattern RecognitionCVPR. NewYork: IEEE, 2016:770-778.[6]HUANG G,LIU Z,VAN D M L,et al. Densely connected convolutional networks[C]//IEEE. Proceedingsof the IEEE Conference on Computer Vision and PatternRecognition. Hawaii: IEEE, 2017: 4700-4708.[7]SHAN C, GONG S, Facial expression recognition based on local binary patterns: A comprehensive study[J]. Imageand Vision Computing, 2009, 27(6):803–816.[8]ZHAO G,PIETIKAINEN M. Dynamic texture recognition using local binary patterns with an application to facialexpressions[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysisand Machine Intelligence, 2007, 29(6):915–928.[9]ZHI R,FLIERL M,RUAN Q,et al. Graph-preserving sparse nonnegative matrix factorization with application tofacial expression recognition[J]. IEEE Transactions onSystems, Man, and Cybernetics, 2011, B41(1):38–52.[10]ZHONG L,LIU Q,YANG P,et al. Learning active facial patches for expression analysis[C]// IEEE . ComputerVision and Pattern Recognition (CVPR). Portland:IEEE, 2013:2562-2569.[11]GOODFELLOW I J, ERHAN D, CARRIER P L, et al.Challenges in representation learning: A report on threemachine learning contests[J]. Neural Networks,2013,64:59-63.[12]DHALL A, RAMANA O, GOECKE R, et al. Video and image based emotion recognition challenges in the wild:Emotiw 2015[C]// ACM. International Conference onMultimodal Interaction. Brisbane:ACM,2015:423–426.[13]KAYA H,GURPINAR F,SALAH A A. Video-based emotion recognition in the wild using deep transfer learningand score fusion[J]. Image and Vision Computing,2017,65: 66-75.[14]KNYAZEV B,SHVETSOV R,EFREMOVA N,et al.Convolutional neural networks pretrained on large facerecognition datasets for emotion classification from video[C]//IEEE. 2018 13th IEEE International Conferenceon Automatic Face & Gesture Recognition. Istanbul:IEEE, 2018: 692-696.[15]ZHANG K,ZHANG Z,LI Z,et al. Joint face detection and alignment using multitask cascaded convolutionalnetworks[J]. IEEE Signal Processing Letters,2016,23(10):1499-1503.[16]CHEN L,PAPANDREOU G,SCHROFF F,et al.Rethinking atrous convolution for semantic imagesegmentation[J]. arXiv Preprint arXiv:1706.5587,2017.[17]LI Y,CHEN Y,WANG N,et al. Scale-aware trident networks for object detection[J]. arXiv Preprint arXiv:1901.1892, 2019.[18]ZHAO H,SHI J,QI X,et al. Pyramid scene parsing network [C]//IEEE. In Proceedings of the IEEEConference on Computer Vision and PatternRecognition. Hawaii: IEEE,2017:6230-6239.[19]YANG H Y,CIFTCI U,YIN L J.Facial expression recognition by de-expression residue learning [C]//IEEE. 2018 IEEE Conference on Computer Vision andPattern Recognition. Salt Lake City: IEEE, 2018:2168-2177.[20]ZHAO X Y,LIANG X D,LIU L Q,et al. Peak-piloted deep network for facial expression recognition [M]//Computer Vision-ECCV 2016. Berlin:Springer InternationalPublishing,2016.[21]刘露露,李波,何征,等.基于FS-YOLOv3及多尺度特征融合的棉布瑕疵检测[J].中南民族大学学报(自然科学版),2021,40(1):95-101.(责编&校对 姚春娜)787。
recurrent models of visual attention
recurrent models of visualattentionRecurrent models of visual attention are a type of deep neural networks that are used to simulate the human visual system and its ability to focus on different areas of an image for a certain period of time. This is done by using recurrent neural networks (RNNs) combined with convolutional neural networks (CNNs). The recurrent model of visual attention is designed to mimic the way humans shift their focus from one area to another in order to identify objects and features in images.In general, recurrent models of visualattention use a combination of CNNs and RNNs to detect which elements or features of an image are most important. This is done in two stages. First, the CNN extracts the features of the image, such as edges and shapes. Then, the RNN takes thesefeatures and uses them to determine which elements of the image should be focused on, and for howlong. This is done through a process called “attention”, where the RNN assigns more importance to certain elements of the image over others based on their relevance to the task at hand.For example, if an image contains both a cat and a dog, the RNN might assign more attention to the cat than the dog. This is because cats tend to be more relevant to the task of identifying animals in images than dogs. Similarly, if an image contains both a car and a tree, the RNN might assign more attention to the car than the tree. This is because cars tend to be more relevant to the task of identifying vehicles in images than trees.The advantage of using recurrent models of visual attention is that they can learn to focus on the most relevant elements in an image, instead of just relying on the fixed filters used in regular CNNs. This makes them more suitable for tasks such as object detection, where it is important to identify the specific objects in an image.Furthermore, since they are able to focus on different elements of an image for different lengths of time, they can also be used for tasks such as scene recognition, where it is important to recognize not only individual objects but also the overall structure of the scene.Overall, recurrent models of visual attention are a powerful tool for simulating the human visual system and its ability to focus on different elements of an image for various lengths of time. By combining CNNs and RNNs, these models can learn to focus on the most relevant elements in an image, making them well suited for tasks such as object detection and scene recognition.。
Geometric Modeling
Geometric ModelingGeometric modeling is a crucial aspect of computer-aided design (CAD) and computer graphics. It involves the creation of digital representations of objects and environments using mathematical algorithms and geometric techniques. These models are used in various fields such as engineering, architecture, animation, and virtual reality. Geometric modeling plays a significant role in the design and visualization of complex structures, the simulation of physical phenomena, and the creation of realistic computer-generated imagery. One of the primary challenges in geometric modeling is achieving accuracy and precision in representing real-world objects and scenes. This requires the use of advanced mathematical concepts such as calculus, linear algebra, and differential geometry. Geometric modeling also involves the use of computational algorithms to generate and manipulate geometric shapes, surfaces, and volumes. These algorithms need to be efficient and robust to handle large-scale and intricate models while maintaining visualfidelity and integrity. Another important aspect of geometric modeling is the representation of 3D objects in a 2D space, which is essential for visualization and rendering. This process involves techniques such as projection, rasterization, and rendering, which are used to convert 3D geometric data into 2D images for display on screens or print. Achieving realistic and visually appealing representations requires careful consideration of lighting, shading, and texture mapping, which are fundamental in computer graphics and visualization. Inaddition to the technical challenges, geometric modeling also raises issuesrelated to usability and user experience. Designing intuitive and user-friendly interfaces for creating and manipulating geometric models is crucial for enabling efficient and effective design workflows. This involves considerations such as interactive manipulation, real-time feedback, and intuitive control mechanisms, which are essential for empowering users to express their creative ideas and concepts. Furthermore, geometric modeling has a significant impact on the manufacturing and production processes. The digital models created through geometric modeling are used for computer-aided manufacturing (CAM) and numerical control (NC) machining, enabling the production of precise and complex parts and assemblies. This integration of geometric modeling with manufacturing technologieshas revolutionized the way products are designed, prototyped, and manufactured, leading to advancements in efficiency, quality, and innovation. From an academic perspective, geometric modeling is a multidisciplinary field that draws from mathematics, computer science, and engineering. Researchers and educators in this field are constantly exploring new methods and techniques for geometric modeling, pushing the boundaries of what is possible in terms of representing and manipulating geometric data. This includes areas such as parametric modeling, geometric constraints, and procedural modeling, which are essential for enabling flexible and adaptable design processes. In conclusion, geometric modeling is a complex and multifaceted field with far-reaching implications for various industries and disciplines. It encompasses technical challenges related to accuracy, efficiency, and visualization, as well as considerations of usability, manufacturing, and academic research. As technology continues to advance, geometric modeling will play an increasingly critical role in shaping the way we design, create, and interact with the world around us.。
基于神经网络的多特征轻度认知功能障碍检测模型
第 62 卷第 6 期2023 年11 月Vol.62 No.6Nov.2023中山大学学报(自然科学版)(中英文)ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI基于神经网络的多特征轻度认知功能障碍检测模型*王欣1,陈泽森21. 中山大学外国语学院,广东广州 5102752. 中山大学航空航天学院,广东深圳 518107摘要:轻度认知功能障是介于正常衰老和老年痴呆之间的一种中间状态,是老年痴呆诊疗的关键阶段。
因此,针对潜在MCI老年人群进行早期检测和干预,有望延缓语言认知障碍及老年痴呆的发生。
本文利用患者在语言学表现变化明显的特点,提出了一种基于神经网络的多特征轻度认知障碍检测模型。
在提取自然会话中的语言学特征的基础上,融合LDA模型的T-W矩阵与受试者资料等多特征信息,形成TextCNN网络的输入张量,构建基于语言学特征的神经网络检测模型。
该模型在DementiaBank数据集上达到了0.93的准确率、1.00的灵敏度、0.8的特异度和0.9的精度,有效提高了利用自然会话对老年语言认知障碍检测的准确率。
关键词:轻度认知功能障碍;自然会话;神经网络模型;多特征分析;会话分析中图分类号:H030 文献标志码:A 文章编号:2097 - 0137(2023)06 - 0107 - 09A neural network-based multi-feature detection model formild cognitive impairmentWANG Xin1, CHEN Zesen21. School of Foreign Languages, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China2. School of Aeronautics and Astronautics, Sun Yat-sen University, Shenzhen 518107, ChinaAbstract:Mild cognitive impairment (MCI) is both an intermediate state between normal aging and Alzheimer's disease and the key stage in the diagnosis of Alzheimer's disease. Therefore, early detec‐tion and treatment for potential elderly can delay the occurrence of dementia. In this study, a neural net‐work-based multi-feature detection model for mild cognitive impairment was proposed, which exploits the characteristics of patients with obvious changes in linguistic performance. The model is based on ex‐tracting the linguistic features in natural speech and integrating the T-W matrix of the LDA model with the subject data and other multi-feature information as the input tensor of the TextCNN network. It achieved an accuracy of 0.93, a sensitivity of 1.00, a specificity of 0.8, and a precision of 0.9 on the DementiaBank dataset, which effectively improved the accuracy of cognitive impairment detection in the elderly by using natural speech.Key words:mild cognitive impairment; natural speech; neural network model; multi-feature detec‐tion; speech analysisDOI:10.13471/ki.acta.snus.2023B049*收稿日期:2023 − 07 − 18 录用日期:2023 − 07 − 30 网络首发日期:2023 − 09 − 21基金项目:教育部人文社会科学基金(22YJCZH179);中国科协科技智库青年人才计划(20220615ZZ07110400);中央高校基本科研业务费重点培育项目(23ptpy32)作者简介:王欣(1991年生),女;研究方向:应用语言学;E-mail:******************第 62 卷中山大学学报(自然科学版)(中英文)轻度认知障碍(MCI,mild cognitive impair‐ment)是一种神经系统慢性退行性疾病,也是阿尔茨海默病(AD,Alzheimer's disease)的早期关键阶段。
脑电波信号多域变换与深度学习癫痫诊断
脑电波信号多域变换与深度学习癫痫诊断作者:陈浩滨葛薇杨超郑霖来源:《现代信息科技》2022年第20期摘要:单一维度的特征检测使现有基于EEG的癫痫诊断准确性受到限制。
通过将EEG转换成格拉姆角场图和小波时频图,构建一种由2个2维CNN和1个DNN的集成深度学习模型,2个2维CNN分别提取格拉姆角场图和小波时频图的特征并融合,将融合特征输出至DNN以进行癫痫融合识别。
借助波恩大学的脑电数据集测试了该集成深度学习模型的有效性,结果表明,该模型对癫痫EEG识别的准确度、特异性以及敏感度分别为96.5%、95.0%以及96.0%,整体识别性能优于传统的单神经网络模型,可为癫痫等疾病的诊断提供更好的辅助功能。
关键词:深度学习;癫痫;卷积神经网络;连续小波变换;格拉姆角场中图分类号:TP391 文献标识码:A文章编号:2096-4706(2022)20-0006-05Multi-domain Transformation of EEG and Deep Learning Epilepsy DiagnosisCHEN Haobin1, GE Wei2, YANG Chao1, ZHENG Lin1(1.Guangxi Key Laboratory of Wireless Wideband Communications and Signal Processing,Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China; 2.College of Humanities and Management, Guilin Medical University, Guilin 541004, China)Abstract: Feature detection in a single dimension limits the accuracy of existing EEG-based epilepsy diagnosis. By converting EEG into Gram angle field map and wavelet time-frequency map,an integrated deep learning model consisting of two 2D CNNs and one DNN is constructed. Two 2D CNNs extract and fuse the features of Gram angle field map and wavelet time-frequency map respectively, and output the fused features to DNN for epileptic fusion recognition. The effectiveness of the integrated deep learning model is tested with the EEG dataset of the University of Bonn. The results show that the accuracy, specificity and sensitivity of the model for EEG recognition of epilepsy are 96.5%, 95.0% and 96.0%, respectively. The overall recognition performance is better than the traditional single neural network model, which can provide better auxiliary functions for the diagnosis of epilepsy and other diseases.Keywords: deep learning; epilepsy; convolutional neural network; continuous wavelet transform; Gram angle field0 引言癫痫是由于大脑神经元突发性异常放电,导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病。
神经网络中的变分自编码器详解
神经网络中的变分自编码器详解神经网络是一种模拟人脑神经系统的计算模型,它通过构建多层神经元之间的连接关系,实现了复杂的信息处理和学习能力。
其中,变分自编码器(Variational Autoencoder,简称VAE)是一种强大的生成模型,它结合了自编码器和概率图模型的思想,可以用于生成高质量的样本数据。
1. 自编码器简介自编码器是一种无监督学习的神经网络模型,它通过将输入数据编码为低维表示,再将低维表示解码为重构数据,从而实现对输入数据的自动编码和解码过程。
自编码器的目标是尽可能减小重构数据与原始数据之间的差异,通过学习到的低维表示,可以实现数据的降维和特征提取。
2. 变分自编码器的基本原理变分自编码器在自编码器的基础上引入了概率图模型的思想,它将输入数据视为从一个潜在的隐变量空间中生成的结果。
变分自编码器的目标是通过最大化数据的似然概率来学习潜在的隐变量空间,从而实现对数据的生成和重构。
3. 变分推断在变分自编码器中,推断潜在的隐变量是一个关键的步骤。
变分推断通过引入一个近似后验分布来近似真实的后验分布,从而实现对潜在变量的推断。
常用的近似后验分布是高斯分布,它可以通过神经网络来参数化。
4. 重参数化技巧在变分推断中,为了实现对潜在变量的采样,需要从近似后验分布中采样得到样本。
然而,由于神经网络的非线性特性,无法直接对近似后验分布进行采样。
为了解决这个问题,引入了重参数化技巧,将采样过程分解为两个步骤:首先从一个固定的分布中采样得到一个噪声样本,然后通过神经网络的输出进行线性变换和非线性变换,得到最终的采样结果。
5. 损失函数和训练过程变分自编码器的损失函数由两部分组成:重构误差和正则化项。
重构误差衡量了重构数据与原始数据之间的差异,正则化项则用于约束近似后验分布与真实后验分布之间的差异。
训练过程通过优化损失函数来最小化重构误差和正则化项,从而学习到合适的模型参数。
6. 变分自编码器的应用变分自编码器广泛应用于生成模型和特征学习等领域。
神经网络中的深度生成模型详解
神经网络中的深度生成模型详解深度生成模型是神经网络领域中的一种重要技术,它能够通过学习数据的概率分布来生成新的数据样本。
在深度生成模型中,最常用的两种模型是变分自编码器(Variational Autoencoder,VAE)和生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)。
一、变分自编码器(VAE)变分自编码器是一种基于概率编码的生成模型。
它由两个主要部分组成:编码器和解码器。
编码器将输入数据映射到潜在空间中的概率分布,解码器则将潜在空间中的样本映射回原始数据空间。
在训练过程中,变分自编码器通过最大化观测数据的边缘似然来学习潜在空间的分布。
同时,为了使得编码器生成的潜在样本更加接近真实数据分布,变分自编码器引入了一个额外的损失函数,即KL散度。
KL散度用于衡量编码器生成的潜在样本分布与真实数据分布之间的差异。
变分自编码器的一个重要特点是可以通过在潜在空间中进行插值来生成新的样本。
通过在潜在空间中沿着不同方向进行插值操作,可以生成具有不同属性的样本。
这使得变分自编码器在图像生成、文本生成等任务中具有广泛的应用。
二、生成对抗网络(GAN)生成对抗网络是一种通过博弈的方式来训练生成模型的方法。
它由两个主要部分组成:生成器和判别器。
生成器负责生成样本,而判别器则负责判断生成的样本是真实数据还是生成数据。
在训练过程中,生成器通过最小化生成样本被判别器判断为假的概率来学习生成真实数据的分布。
而判别器则通过最大化判断生成样本为假的概率来学习区分真实数据和生成数据。
通过交替训练生成器和判别器,生成对抗网络可以逐渐提高生成样本的质量。
生成对抗网络的一个重要特点是可以生成高质量的样本。
相比于变分自编码器,生成对抗网络在生成样本的逼真度上具有更大的优势。
然而,生成对抗网络的训练过程相对较为复杂,容易出现训练不稳定的问题。
三、深度生成模型的应用深度生成模型在计算机视觉、自然语言处理等领域中有着广泛的应用。
Science|AI揭示了蛋白质复合物的结构
Science|AI揭示了蛋白质复合物的结构2021年11月11日,Science杂志发表文章,对AI在预测蛋白质复合物结构方面的新进展进行了介绍和分析。
以下是全文内容。
蛋白质结构预测方面的人工智能(AI)革命仍在继续。
仅在一年前,软件程序首次成功地对单个蛋白质的三维形状进行建模,其准确度与几十年前的实验技术所能确定的一样。
今年夏天,研究人员使用这些人工智能程序组建了一个接近完整的人类蛋白质结构目录。
现在,研究人员再次提高了难度,公布了一套程序组合,可以确定哪些蛋白质有可能相互作用,以及由此产生的复合物(细胞的重要引擎)是什么样子。
斯坦福大学的系统生物学家Michael Snyder说:"这是一个非常酷的结果。
生物学中的一切都在复合物中工作。
因此,知道谁和谁一起工作是至关重要的。
这些关系在以前的技术中很难达到。
预测这些关系的新能力有助于产生对细胞生物学的一系列见解,并可能揭示下一代治疗药物的新靶点。
"这两种蛋白质形成了一种蛋白质复合物(参与酵母中DNA修复);人工智能软件预测了这两种蛋白质的结构。
直到最近,绘制蛋白质形状的原子尺度图还需要昂贵而缓慢的实验技术,如X射线晶体学和核磁共振光谱。
这些实验技术,如果它们能起作用的话,通常只能产生单个蛋白质结构。
几十年来,计算机建模专家一直在努力加快事情的进展。
他们最近的成功取决于深度学习算法,该算法使用实验提供的蛋白质结构数据库,来训练软件程序如何根据其氨基酸序列来预测蛋白质的结构。
去年,两个小组(一个来自英国一家名为DeepMind的公司,另一个由西雅图华盛顿大学的David Baker领导)创建了相互竞争的人工智能程序,现在这两个程序都能预测出数以千计的蛋白质结构(Science, 30 July, p. 478)。
该软件还产生了少数已知蛋白质复合物的结构,主要是在细菌中(Science, 16 July, p.262)。
但是真核生物中(从酵母到人的有机体)相互作用的蛋白质伙伴往往是未知的。
联合自适应核和Transformer的脊柱磁共振成像多类别分割网络
联合自适应核和Transformer的脊柱磁共振成像多类别分割网络郑州;王苹苹;张魁星【期刊名称】《生物医学工程研究》【年(卷),期】2024(43)2【摘要】针对脊柱磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)结构复杂,存在多余组织、噪声及伪像的问题,本研究设计了一种联合自适应核和Transformer 的脊柱MRI实例多类别分割网络。
以Swin Transformer作为骨干网络,通过引入稠密连接模块减少前向通道的信息丢失,以更好地捕获图像中的细节和局部信息。
同时,为进一步捕获复杂空间的多尺度特征,采取自注意力核选择的方式构建跨尺度稠密连接,使模型在训练过程中能自适应学习到合适的卷积核尺寸,提高模型对不同尺度信息的感知能力,提高分割性能。
通过在215例受试者的T2加权MRI图像2D切片上进行验证,实验结果显示,该算法的平均交并比(mean intersection over union,mIoU)、平均召回率(mean recall rate,mRecall)和平均骰子系数(mean dice coefficient,mDice)分别为82.63%、89.37%和88.85%。
结果表明,本研究算法的分割性能较好,可实现脊柱MRI中椎体及椎间盘的精准分割,为临床医生提供辅助诊断工具。
【总页数】7页(P108-114)【作者】郑州;王苹苹;张魁星【作者单位】山东中医药大学青岛中医药科学院;山东中医药大学医学人工智能研究中心;山东中医药大学智能与信息工程学院【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.联合注意力和Transformer的视网膜血管分割网络2.基于结合Transformer和卷积神经网络的生成对抗网络在磁共振成像中分割胎盘组织3.基于融合视觉Transformer与边缘引导编码-解码网络(RET-Net)算法分割脊柱MRI4.基于Transformer的高效自适应语义分割网络5.跨尺度跨维度的自适应Transformer 网络应用于结直肠息肉分割因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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Integrate Different Neural Models Using Double Channels of Pulse Coupled Neural NetworkXiaodong GuDepartment of Electronic EngineeringFudan UniversityShanghai, P.R.China, 200433E-mail: guxiaodong@Abstract—Double-channel modulation multiplied of PCNN (Pulse Coupled Neural Network), based on the experimental observations of synchronous pulse bursts in the cat cortex, combines space-coding with time-coding and can be used to integrate different neural models to improve the performance of the whole system..I. PROBLEM STATEMENTIn the field of artificial neural networks, many models have been introduced to solve different problems. One approach to improving the ability of the whole system is to integrate different models together. However, when a neural network is used to integrate other neural models, a network based on space-coding is not enough to assemble the different specified models because it neglects time-coding. Time plays an important role in information coding. For example, the relative timing between spikes from neurons in one’s ears conveys information to his or her brain about the locations of sound sources in space. The timing spikes has already been well established as a means for conveying information in the visual system in files, in the auditory system of bats, and so on. However, for traditional artificial neural networks called AFR (Average-Firing-Rate) neural networks, each neuron only uses the sum of pulse-average-firing-rates of signals received from other neurons during a short period of time as the input signal, so the information coded by the accurate time, when pulses emitted by other neurons arrive, is lost. In 1995, Hopfield indicated that the sizes of variables are represented by the explicit time at which action potentials occur, rather than by the more usual ‘firing rate’ of neurons [1]. On the same issue, Sejnowski thinks that time may be a new neural code [2]. Therefore, the network used to integrate different models had better not be an AFR neural network, but a space-time coding neural network. Lately, SNNs (Spiking Neural Networks), pulse-emitting and space-time coding models, have attracted the attention of many researches [3-5] because compared with AFR neural networks, they mimic real neurons better and have more powerful computation performance [6]. There are many SNN models, such as oscillatory correlation model [7] and PCNN [8,9] and it is an open question as to which one is better at integrating different neural models?II. CURRENT RESEARCHEckhorn introduced the linking field network [8] based on the phenomena of synchronous pulse bursts in the cat visual cortex in 1990. Synchronous firing was a candidate for blinding different features together in the cortex. After three years, Johnson developed PCNN [9] based on the linking model. PCNN can be applied in many fields, such as image processing, object detection, and optimization [10-15]. PCNN consider the pulse-forming mechanism, the method of transmission and reception, and the interactions based on the phase properties of the pulse trains. It is a minimal model to explain the experimentally observed synchronous feature-dependent activity of neural assemblies over large cortical distances in the cat cortex.PCN (Pulse Coupled Neuron) consists of three parts: the receptive field, the modulation field, and the pulse generator (See Fig.1). A PCN receives signals through the receptive field. There are two channels in a PCN. One channel called F channel is feeding input (F); the other called L channel is linking input (L).There are different synapses with different time constants in each channel. In general, the feeding connection has a slower characteristicresponse time constant than that of the linking connection. In modulation field, the linking input L is a dded a constant positive bias firstly. Then it is multiplied by the feeding input F and the bias is taken to be unity. In Fig.1, β is the linking strength. The total internal activity U is the result of multiplied modulation. In the pulse generator, the total internal activity U is compared with the threshold θto obtain the output and the output feedbacks to adjust the threshold.Double-channel modulation multiplied is the main characteristic of PCNN, and we have used it in image processing efficiently, such as image thinning [14], image shadow removal [15]. We think that it is also useful in integrating different specified models. When integrating different specified models, output signals of a neuron in integrated specified models can be sent to the different synapses with different time constants in one channel, or in both channels of the corresponding PCN. PCNN can integrate specified models by choosing different parameters, such as the time constant of each synapse in double channels.III.KEY AVENUESSNNs consider space-coding and time-coding together, so they have more powerful computation performance than traditional AFR neural networks. Therefore they, rather than AFR networks, are considered better at integrating different neural models. As one of many SNN models, double-channel modulation multiplied of PCNN makes it different from other models and makes it more suitable for integrating different neural networks than other SNN models.Now we plan to use PCNN to integrate specified models to mimic the attention selection of the brain in the developmental robot. In this scheme, on the one hand, using oscillatory correlation network introduced by Wang or PCNN finds each object in the testing scene in sequence; on the other hand, using Kohonen network or PCNN extracts the feature of the interesting object as the prior knowledge. Then integrating the former with the latter finds the interesting object in the testing scene. Introducing the prior knowledge to this model is supported by the top-down mechanism existing in the cognitive process of the brain.REFERENCES[1] J. J. Hopfield, “ Pattern recognition computation using action potentialtiming for stimulus representation,” Nature, 376, pp.33-36, 1995.[2] T.J. Sejnowski, “Time for a new neural code?” Nature, 376, pp.31-32,1995.[3] J.G. Elias, P.M. Northmore, W. Westerman, “An analog memorycircuit for spiking silicon neurons,” Neural Ccomputation, vol.9, pp.419-440,1997.[4] S.H. Kwatra, F.J. Doyle III, I.A. Rybak, J.S. Schwaber, “Aneuro-mimetic dynamic scheduling algorithm for control: analysis andapplication,” Neural Computation, vol. 9,pp.479-502,1997.[5] D.Tal&E.L. 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