|
|
Journal of Zhejiang University SCIENCE C
ISSN 1869-1951(Print), 1869-196x(Online), Monthly
2022 Vol.23 No.12 P.1733-1880
Regular Papers
Review: Technology trends in large-scale high-efficiency network computing
Jinshu SU, Baokang ZHAO, Yi DAI, Jijun CAO, Ziling WEI, Na ZHAO, Congxi SONG, Yujing LIU, Yusheng XIA
DOI: 10.1631/FITEE.2200217 Downloaded: 1461 Clicked: 1460 Cited: 0 Commented: 0(p.1733-1746) <Full Text><PPT> 349
1国防科技大学计算机学院，中国长沙市，410073
2军事科学院，中国北京市，100091
摘要：网络技术是超级计算、云计算、大数据和人工智能等大规模高效计算的基础。不同领域的网络技术既互相借鉴，又各自针对性设计和优化。综合考虑，本文认为大规模高效网络计算中的网络技术发展趋势主要包括3个方面，即融合、分化、优化。融合体现在不同领域的网络技术没有明显分界线；分化体现在不同领域的独特解决方案或者新应用需求下的创新方案；优化体现在针对特定场景的技术优化实现。本文将为相关领域的学者提供对于未来研究方向的思考，也为相关行业人员构建更加实用高效的网络系统提供方向。
关键词组：超级计算；云计算；网络技术；发展趋势
Review: FinBrain 2.0: when finance meets trustworthy AI
Jun ZHOU, Chaochao CHEN, Longfei LI, Zhiqiang ZHANG, Xiaolin ZHENG
DOI: 10.1631/FITEE.2200039 Downloaded: 1649 Clicked: 1699 Cited: 0 Commented: 0(p.1747-1764) <Full Text><PPT> 298
1浙江大学计算机科学与技术学院，中国杭州市，310027
2蚂蚁科技集团，中国杭州市，310027
摘要：人工智能通过从数据中识别隐藏模式以提高金融决策质量，从而加速金融服务的发展。然而，除了通常需要的属性，如模型准确性，金融服务还需要可信赖的人工智能，但其属性尚未充分实现。这些可信人工智能的属性是可解释性、公平性和包容性、稳健性和安全性，以及隐私保护。在本文中，我们回顾人工智能应用于金融服务各领域的最新进展和局限性，包括风险管理、欺诈检测、财富管理、个性化服务和监管技术。基于这些进展和局限性，介绍了金融大脑2.0，一个走向可信人工智能的研究框架。我们认为，在金融服务中，我们离真正可信人工智能还有很长的路要走，并呼吁人工智能和金融业的社区一同努力。
关键词组：金融智能；可信人工智能；风险管理；欺诈检测；财富管理
Parallel cognition: hybrid intelligence for human-machine interaction and management
Peijun YE, Xiao WANG, Wenbo ZHENG, Qinglai WEI, Fei-Yue WANG
DOI: 10.1631/FITEE.2100335 Downloaded: 4600 Clicked: 2597 Cited: 0 Commented: 0(p.1765-1779) <Full Text><PPT> 247
1中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室，中国北京市，100190
2青岛智能产业技术研究院，中国青岛市，266109
3西安交通大学软件学院，中国西安市，710049
4澳门科学与技术大学系统工程研究所，中国澳门特别行政区，999078
摘要：作为一门交叉学科，传统的认知科学主要采用实验、归纳、建模和验证的研究范式。对于包含大量用户异质行为和动态特性的社会物理信息系统，此种建模方法有时并不适用。为减少复杂人机系统中的人-机决策冲突，提出采用智能技术与系统来考察认知活动和认知功能的建模范式--平行认知。该范式分为三个阶段：基于人工认知系统的描述认知、基于计算思维实验的预测认知以及基于行为交互引导的引导性认知。在此基础上，进一步提出由心理模型和用户行为数据混合驱动的学习方法，自适应地学习人类个体的认知决策知识，从而使得三个阶段能够持续在线迭代。在交通行为引导和视觉推理场景下的初步实验表明，平行认知学习对于人类的行为引导是可行且有效的，有利于提升复杂工程系统和复杂社会系统中的人机协同程度。
关键词组：认知学习；人工智能；行为引导
Dual collaboration for decentralized multi-source domain adaptation
Yikang WEI, Yahong HAN
DOI: 10.1631/FITEE.2200284 Downloaded: 2944 Clicked: 1572 Cited: 0 Commented: 0(p.1780-1794) <Full Text><PPT> 288
1天津大学智能与计算学部，中国天津市，300350
2天津大学天津市机器学习重点实验室，中国天津市，300350
摘要：去中心化多源域自适应是指在数据去中心化场景下执行无监督多源域自适应。数据去中心化的挑战是源域与目标域在训练中缺乏跨域协同。对于无标签的目标域，目标域模型需要在源域模型的协助下迁移监督知识，而域差距会导致源域模型的适应性能有限。对于有标签的源域，源域模型在数据去中心化场景下倾向于过拟合本地数据，从而导致负迁移问题。对于以上挑战，提出双向协同的去中心化多源域自适应方法，通过其它域模型的协助进行局部源域模型与局部目标域模型的协同训练与聚合。对于目标域，我们在源域模型的协助下蒸馏监督知识，同时完全利用无标签目标域的数据来缓解域偏移问题。对于源域，我们在目标域模型的协助下正则化源域模型来避免负迁移问题。以上过程在去中心化的源域和目标域之间形成一种双向协同，以便在数据去中心化场景下提升域自适应性能。在标准多源域自适应数据集上的实验表明，我们的方法以较大优势优于现有的多源域自适应方法。
关键词组：多源域自适应；数据去中心化；域偏移；负迁移
Image-based traffic signal control via world models
Xingyuan DAI, Chen ZHAO, Xiao WANG, Yisheng LV, Yilun LIN, Fei-Yue WANG
DOI: 10.1631/FITEE.2200323 Downloaded: 3380 Clicked: 1342 Cited: 0 Commented: 0(p.1795-1813) <Full Text>
1中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室，中国北京市，100190
2中国科学院大学人工智能学院，中国北京市，100049
3安徽大学人工智能学院，中国合肥市，230039
4上海人工智能实验室，中国上海市，200232
摘要：交通信号控制正从被动控制过渡到主动控制，以引导当前交通流按预期状态运行。一个有效的预测模型对主动交通信号控制至关重要；其中预测什么交通状态，如何高精度预测，以及如何利用预测优化控制策略是主动交通信号控制研究的关键问题。本文使用车辆位置图像描述路口交通状态，同时受基于模型的强化学习方法DreamerV2的启发，引入基于学习的交通世界模型。该世界模型以图像序列描述交通动态，并作为交通环境的抽象替代以生成多步预测样本用于控制策略优化。在执行阶段，优化后的交通信号控制器根据交通状态的抽象表示直接实时输出控制指令，同时世界模型能够预测不同控制行为对未来交通状态的影响。实验结果表明，基于交通世界模型优化的控制策略的性能优于一般基准，并且世界模型实现了基于图像的高精度预测；这些结果显示了世界模型在未来交通信号控制中的应用前景。
关键词组：交通信号控制；交通预测；交通世界模型；强化学习
Weijun WANG, Yun WANG, Jun WANG, Xinyun FANG, Yuchen HE
DOI: 10.1631/FITEE.2200053 Downloaded: 2756 Clicked: 1644 Cited: 0 Commented: 0(p.1814-1827) <Full Text><PPT> 319
1中国计量大学浙江省智能制造质量大数据溯源与应用重点实验室，中国杭州市，310018
2浙江同济科技职业学院机电工程学院，中国杭州市，311231
3苏州市计量测试院，中国苏州市，215004
摘要：故障分类作为过程监控中不可缺少的部分，其性能高度依赖于过程知识的充分性。然而，由于采样条件有限及实验室分析昂贵，数据标签总是难以获取，这可能导致分类性能下降。为了解决这个难题，本文提出一种新的半监督故障分类方法，其中每个未标记样本相对于特定标记数据集的价值采用增强的主动学习来评估。具有高价值的未标记样本将作为训练数据集的补充信息。此外，引入了几个合理的指标和准则大大降低了人工标注的干扰。最后，通过数值例子和田纳西伊士曼过程（TEP）评估了该方法的故障分类有效性。
关键词组：半监督；主动学习；集成学习；混合判别分析；故障分类
MSSSA: a multi-strategy enhanced sparrow search algorithm for global optimization
Kai MENG, Chen CHEN, Bin XIN
DOI: 10.1631/FITEE.2200237 Downloaded: 4747 Clicked: 1593 Cited: 0 Commented: 0(p.1828-1847) <Full Text><PPT> 257
1北京理工大学自动化学院，中国北京市，100081
2复杂系统智能控制与决策国家重点实验室，中国北京市，100081
摘要：麻雀搜索算法(SSA)是一种新的元启发式优化方法，具有简单和灵活的优点。然而，在处理多模态优化问题时，该算法仍存在早熟收敛、探索与开发不平衡等缺陷。针对上述问题，本文提出一种多策略增强的麻雀搜索算法(MSSSA)。首先，引入混沌映射以获取高质量的初始种群，并采用对立学习策略增加种群的多样性。其次，设计了一种自适应参数控制策略，以在全局探索与局部开发之间保持适当的平衡。最后，在个体更新阶段嵌入混合扰动机制，以避免算法陷入局部最优。为了验证所提方法的有效性，在IEEE CEC2014和IEEE CEC2019测试集的40个函数，以及10个不同维度的经典函数上进行了大量的实验。实验结果表明，与一些先进的算法相比，所提出的MSSSA表现出突出的优化性能。该算法还成功地应用于两个工程优化问题，证明了MSSSA在解决实际问题方面的优越性。
关键词组：群智能；麻雀搜索算法；自适应参数控制策略；混合扰动机制；优化问题
Supaporn LONAPALAWONG, Changsheng CHEN, Can WANG, Wei CHEN
DOI: 10.1631/FITEE.2200035 Downloaded: 3456 Clicked: 1909 Cited: 0 Commented: 0(p.1848-1861) <Full Text><PPT> 290
1浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室，中国杭州市，310058
2中国电力科学研究院，中国北京市，100192
3浙江大学计算机科学与技术学院，中国杭州市，310058
摘要：分析电力系统在连锁故障中的薄弱环节是电力系统分析领域极具挑战的难题。电力系统领域的传统分析方法虽能发现一些简单的传播规律，但却难以捕捉不同运行条件下的复杂细节。近年来的研究引入了深度学习算法来解决这一难题。然而，现有基于深度学习的方法大多仅从拓扑层面考虑电力系统的网架结构，未能充分考虑空间信息（如电距离）以提高图卷积过程的精确度。鉴于此，本文提出一种新型电力系统加权线图，综合考虑电力系统拓扑结构和空间信息，大幅优化线图的边权分配。此外，本文提出一种基于图分类任务的多图卷积网络（MGCN），在保留电力系统空间相关性的同时有效捕获物理元件之间的关联。经验证，该模型能够在具有额外拓扑特征的建模系统中保持理想精度，从而更好地分析存在并行输电线路的复杂连锁故障。最后，本文采用逐层相关传播方法解释MGCN，并量化了模型分类的贡献因子，有效提升模型的可解释性。
关键词组：电力系统；脆弱性；连锁故障；多图卷积网络；加权线图
Observer-based control for fractional-order singular systems with order α (0<α<1) and input delay
Bingxin LI, Xiangfei ZHAO, Xuefeng ZHANG, Xin ZHAO
DOI: 10.1631/FITEE.2200294 Downloaded: 3926 Clicked: 1482 Cited: 0 Commented: 0(p.1862-1870) <Full Text><PPT> 284
1南开大学机器人与信息自动化研究所，中国天津市，300071
2南开大学天津市智能机器人技术重点实验室，中国天津市，300071
3东北大学理学院，中国沈阳市，110819
4南开大学深圳研究院，中国深圳市，518083
摘要：本文研究输入时滞分数阶（0<α<1）奇异系统的观测器控制问题。基于史密斯预测器和逼近误差，有输入时滞的系统近似等价于无输入时滞的系统。进一步地，基于线性矩阵不等式方法，提出基于观测器控制的充要条件。该条件由于包含等式约束，因此是非严格线性矩阵不等式条件，在使用工具箱求解时会遇到一些麻烦。因此，本文改进了基于严格线性矩阵不等式的条件。最后，通过数值算例和直流电机实例说明了基于严格线性矩阵不等式的条件的有效性。
关键词组：基于观测器的控制；奇异系统；分数阶；输入时滞；线性矩阵不等式
Generalized labeled multi-Bernoulli filter with signal features of unknown emitters
Qiang GUO, Long TENG, Xinliang WU, Wenming SONG, Dayu HUANG
DOI: 10.1631/FITEE.2200286 Downloaded: 2768 Clicked: 1353 Cited: 0 Commented: 0(p.1871-1880) <Full Text><PPT> 303
机构：1武汉大学，水资源与水电工程科学国家重点实验室，中国武汉，430072；2武汉大学，水工程科学研究院，中国武汉，430072；3中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，中国成都，610072；4中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,中国昆明，650051
目的：岩土颗粒材料在不同加载条件下表现出复杂的力学行为，如滞回性。理解和掌握其滞回行为及变形特性是建立具有良好变形预测能力的本构关系的基础。本文旨在研究循环荷载下堆石料的变形特性，分析试样产生残余变形的原因及导致加卸载滞回圈逐渐重合的细观机理，研究不同加载条件（围压、应力水平、加卸载幅度和循环次数）对回弹模量的影响，为建立适用于堆石料的本构关系提供理论指导。
创新点：1.分析循环荷载下堆石料试样产生残余变形的原因，揭示导致加卸载条件下应力滞回圈逐渐靠近并重合的细观机理；2.提出综合考虑围压、应力水平和加卸载幅度影响的回弹模量函数表达式。
方法：1.采用离散元数值模拟方法对堆石料细观模拟参数进行率定，并开展不同加载条件的循环加卸载数值试验（图6和12）；2.研究循环作用下颗粒配位数、孔隙率及颗粒破碎行为，并分析产生残余变形的原因及导致加卸载滞回圈逐渐重合的细观机理（图9）；3.研究不同围压、应力水平、加卸载幅度和加卸载循环次数对塑性应变累积及回弹模量的影响，并提出考虑不同加载条件的回弹模量表达式（公式（14））。
结论：1.循环荷载条件下堆石料宏观应力和体变存在滞回行为，且与围压、应力水平、加卸载幅度和循环次数密切相关。2.堆石料试样中无承载能力的颗粒的数量随循环荷载逐渐增加是产生残余应变的原因；孔隙率随循环次数增加呈缓慢变化并逐渐稳定，在宏观上反映为滞回圈逐渐重合。3.根据围压、应力水平及加卸载幅度对塑性应变累积及回弹模量的影响，提出了综合考虑不同加载条件影响的回弹模量表达式。
关键词组：颗粒材料；离散元方法；塑性变形；循环荷载；滞回行为