2008年 第34卷 第2期
2008, 34(2): 113-120.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00113
摘要:
基因表达数据的爆炸性增长迫切需求自动、有效的数据分析工具. 目前聚类分析已成为分析基因表达数据获取生物学信息的有力工具. 为了更好地挖掘基因表达数据, 近年来提出了许多改进的传统聚类算法和新聚类算法. 本文首先简单介绍了基因表达数据的获取和表示, 之后系统地介绍了近年来应用在基因表达数据分析中的聚类算法. 根据聚类目标的不同将算法分为基于基因的聚类、基于样本的聚类和两路聚类, 并对每类算法介绍了其生物学的含义及其难点, 详细讨论了各种算法的基本原理及优缺点. 最后总结了当前的基因表达数据的聚类分析方法,并对发展趋势作了进一步的展望.
基因表达数据的爆炸性增长迫切需求自动、有效的数据分析工具. 目前聚类分析已成为分析基因表达数据获取生物学信息的有力工具. 为了更好地挖掘基因表达数据, 近年来提出了许多改进的传统聚类算法和新聚类算法. 本文首先简单介绍了基因表达数据的获取和表示, 之后系统地介绍了近年来应用在基因表达数据分析中的聚类算法. 根据聚类目标的不同将算法分为基于基因的聚类、基于样本的聚类和两路聚类, 并对每类算法介绍了其生物学的含义及其难点, 详细讨论了各种算法的基本原理及优缺点. 最后总结了当前的基因表达数据的聚类分析方法,并对发展趋势作了进一步的展望.
2008, 34(2): 121-129.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00121
摘要:
针对四元数矩阵正交特征矢量系求解困难的缺点, 本文提出一种获取四元数矩阵正交特征矢量集等效、便捷的方法, 其基本思路为: 首先, 构造四元数矩阵定义于复数域的导出阵, 并利用该导出阵特征矢量空间的一种特殊的等价空间间接获取相应特征值所对应的特征矢量. 然后, 将复数矢量转换为四元数矢量, 按如此方式获取的对应所有特征值的非零特征矢量则构成原始四元数矩阵的正交特征矢量系. 同时, 本文将定义于实数域的主成分分析方法 (Principal component algorithm, PCA) 向四元数体作合理的推广, 给出详细的数学推导过程, 证明该方法的合理性及其在统计模式识别领域得以应用的可能性. 最后, 作者将彩色图像像素的R、G、B三分量作为四元数的三个虚数部分, 首次在人脸识别中引入基于四元数的彩色人脸识别方法. 较传统的基于灰度图像的识别方法, 本文方法不仅利用了人脸图像灰度值的空间分布信息, 而且充分利用不同人脸之间的色彩差异, 从而得到更多的鉴别信息.在四川大学人工智能研究所的彩色人脸库上进行的实验表明, 所提出的基于四元数的识别方法不仅大幅度提高了识别率, 而且具有较高的鲁棒性.
针对四元数矩阵正交特征矢量系求解困难的缺点, 本文提出一种获取四元数矩阵正交特征矢量集等效、便捷的方法, 其基本思路为: 首先, 构造四元数矩阵定义于复数域的导出阵, 并利用该导出阵特征矢量空间的一种特殊的等价空间间接获取相应特征值所对应的特征矢量. 然后, 将复数矢量转换为四元数矢量, 按如此方式获取的对应所有特征值的非零特征矢量则构成原始四元数矩阵的正交特征矢量系. 同时, 本文将定义于实数域的主成分分析方法 (Principal component algorithm, PCA) 向四元数体作合理的推广, 给出详细的数学推导过程, 证明该方法的合理性及其在统计模式识别领域得以应用的可能性. 最后, 作者将彩色图像像素的R、G、B三分量作为四元数的三个虚数部分, 首次在人脸识别中引入基于四元数的彩色人脸识别方法. 较传统的基于灰度图像的识别方法, 本文方法不仅利用了人脸图像灰度值的空间分布信息, 而且充分利用不同人脸之间的色彩差异, 从而得到更多的鉴别信息.在四川大学人工智能研究所的彩色人脸库上进行的实验表明, 所提出的基于四元数的识别方法不仅大幅度提高了识别率, 而且具有较高的鲁棒性.
2008, 34(2): 130-134.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00130
摘要:
我们通常采用任意摆放位置的三条直线来完成三维物体定位. 对于交于两点的三条非共面直线这种配置, 它具有位置任意摆放三条直线不具有的一些特殊性质. 因此, 我们基于这种特殊配置直线提出一种确定物体位姿的新方法. 在理论上, 这种方法是对基于三条直线位姿估计方法的丰富, 同时这种方法也能为实际工程应用提供支持. 而且, 我们提出一种解决多解现象的方法和一种新的迭代方法. 最后, 仿真实验表明我们的算法具有较快的工作速度和较好的鲁棒性.
我们通常采用任意摆放位置的三条直线来完成三维物体定位. 对于交于两点的三条非共面直线这种配置, 它具有位置任意摆放三条直线不具有的一些特殊性质. 因此, 我们基于这种特殊配置直线提出一种确定物体位姿的新方法. 在理论上, 这种方法是对基于三条直线位姿估计方法的丰富, 同时这种方法也能为实际工程应用提供支持. 而且, 我们提出一种解决多解现象的方法和一种新的迭代方法. 最后, 仿真实验表明我们的算法具有较快的工作速度和较好的鲁棒性.
2008, 34(2): 135-141.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00135
摘要:
针对同一场景多聚焦图像的融合问题, 提出了一种基于非采样 Contourlet 变换 (Nonsubsampled Contourlet transform, NSCT) 图像融合算法. 并对经 NSCT 分解得到的不同频域子带系数, 分别讨论了低频子带系数和各带通方向子带系数的选择方案. 在选择低频子带系数时, 提出了一种基于图像局部区域梯度能量和``加权平均''相结合的系数选择方案, 从而不仅能够恰当地选择融合后图像的 NSCT 系数, 还能够有效地抑制噪声对融合图像质量的影响; 在选择带通方向子带系数时, 充分利用了 NSCT 的方向特性以及各尺度子带图像与源图像尺寸大小相同的特性, 给出了非采样 Contourlet 域方向对比度的概念, 并提出了一种基于方向对比度的系数选择方案. 采用了多聚焦图像进行仿真实验, 并对融合结果进行了主客观评价. 实验结果表明, 相比于传统的基于小波变换的图像融合算法, 该算法能够有效避免``人为''效应或高频噪声的引入, 得到具有更好视觉效果和更优量化指标的融合图像.
针对同一场景多聚焦图像的融合问题, 提出了一种基于非采样 Contourlet 变换 (Nonsubsampled Contourlet transform, NSCT) 图像融合算法. 并对经 NSCT 分解得到的不同频域子带系数, 分别讨论了低频子带系数和各带通方向子带系数的选择方案. 在选择低频子带系数时, 提出了一种基于图像局部区域梯度能量和``加权平均''相结合的系数选择方案, 从而不仅能够恰当地选择融合后图像的 NSCT 系数, 还能够有效地抑制噪声对融合图像质量的影响; 在选择带通方向子带系数时, 充分利用了 NSCT 的方向特性以及各尺度子带图像与源图像尺寸大小相同的特性, 给出了非采样 Contourlet 域方向对比度的概念, 并提出了一种基于方向对比度的系数选择方案. 采用了多聚焦图像进行仿真实验, 并对融合结果进行了主客观评价. 实验结果表明, 相比于传统的基于小波变换的图像融合算法, 该算法能够有效避免``人为''效应或高频噪声的引入, 得到具有更好视觉效果和更优量化指标的融合图像.
2008, 34(2): 142-149.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00142
摘要:
探讨欠定情况下(观测信号少于源数目)的盲信号分离. 首先给出了 m 维超平面的法矢量的计算公式, 提出了一个基于超平面法矢量的矩阵恢复算法. 其次针对语音分离, 提出了 k 源区间及其检测方法, 从而使 k-SCA 条件下的算法推广到了非稀疏信号的盲分离. 在源信号重建上, 提出了一个简化 l1 范数解的新算法. 几个仿真实验 (含语音信号实验) 证实了所提出算法的性能.
探讨欠定情况下(观测信号少于源数目)的盲信号分离. 首先给出了 m 维超平面的法矢量的计算公式, 提出了一个基于超平面法矢量的矩阵恢复算法. 其次针对语音分离, 提出了 k 源区间及其检测方法, 从而使 k-SCA 条件下的算法推广到了非稀疏信号的盲分离. 在源信号重建上, 提出了一个简化 l1 范数解的新算法. 几个仿真实验 (含语音信号实验) 证实了所提出算法的性能.
2008, 34(2): 150-158.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00150
摘要:
用于非线性椭球估计的扩展集员算法在实际应用中存在着数值稳定性差、计算复杂度高以及滤波器参数难以选择等问题. 本文提出了一种基于 UD 分解的自适应扩展集员估计算法, 用于解决非线性系统时变状态和参数的联合估计和定界问题. 新算法将 UD 分解与序列更新和选择更新策略结合起来, 改进了传统扩展集员算法的数值稳定性和实时性能; 同时, 对滤波器参数进行自适应选择以进一步降低计算复杂度并达到次优估计结果. 仿真实验表明了该算法的有效性和鲁棒性.
用于非线性椭球估计的扩展集员算法在实际应用中存在着数值稳定性差、计算复杂度高以及滤波器参数难以选择等问题. 本文提出了一种基于 UD 分解的自适应扩展集员估计算法, 用于解决非线性系统时变状态和参数的联合估计和定界问题. 新算法将 UD 分解与序列更新和选择更新策略结合起来, 改进了传统扩展集员算法的数值稳定性和实时性能; 同时, 对滤波器参数进行自适应选择以进一步降低计算复杂度并达到次优估计结果. 仿真实验表明了该算法的有效性和鲁棒性.
2008, 34(2): 159-166.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00159
摘要:
提出一种能够工作在三维路标环境中的视觉自定位系统. 机器人通过 MAP 估计器融合里程计和单向摄象机的图像信息递归估计其自身位姿状态. 本文构建了传感器的非线性模型并且在系统运行中嵌入和跟踪机器人运动和视觉信息的不确定性. 本文从概率几何观点阐述传感信息不确定性, 用 unscented 变换传播经过非线性变换的相关系统信息. 考虑到处理能力, 机器人在地图元素的投影特征附近提取相应图像特征并通过统计距离描述数据关联程度. 本文的一系列系统性实验证明了该系统的稳定性和精确性.
提出一种能够工作在三维路标环境中的视觉自定位系统. 机器人通过 MAP 估计器融合里程计和单向摄象机的图像信息递归估计其自身位姿状态. 本文构建了传感器的非线性模型并且在系统运行中嵌入和跟踪机器人运动和视觉信息的不确定性. 本文从概率几何观点阐述传感信息不确定性, 用 unscented 变换传播经过非线性变换的相关系统信息. 考虑到处理能力, 机器人在地图元素的投影特征附近提取相应图像特征并通过统计距离描述数据关联程度. 本文的一系列系统性实验证明了该系统的稳定性和精确性.
2008, 34(2): 167-171.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00167
摘要:
考虑了具有积分输入-状态稳定逆动态, 非线性不确定和未知控制方向的非线性系统的分散自适应调节. 证明了闭环系统的所有信号有界, 实现了渐近调节. 数值例子验证了设计的有效性.
考虑了具有积分输入-状态稳定逆动态, 非线性不确定和未知控制方向的非线性系统的分散自适应调节. 证明了闭环系统的所有信号有界, 实现了渐近调节. 数值例子验证了设计的有效性.
2008, 34(2): 172-179.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00172
摘要:
针对同步发电机组汽门系统, 文章研究了一种基于支持向量机逼近的内模控制系统. 所研究的控制系统包括两个主要部分: 支持向量机逼近逆控制器、内模框架下的不确定性补偿. 由基于泰勒扩展的输入输出逼近模型计算逆控制律, 并由非线性系统辨识来实现. 同时, 采用一个鲁棒滤波器实现内模框架下的不确定性补偿. 针对汽门系统的仿真实验验证了该控制系统的优良性能.
针对同步发电机组汽门系统, 文章研究了一种基于支持向量机逼近的内模控制系统. 所研究的控制系统包括两个主要部分: 支持向量机逼近逆控制器、内模框架下的不确定性补偿. 由基于泰勒扩展的输入输出逼近模型计算逆控制律, 并由非线性系统辨识来实现. 同时, 采用一个鲁棒滤波器实现内模框架下的不确定性补偿. 针对汽门系统的仿真实验验证了该控制系统的优良性能.
2008, 34(2): 180-187.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00180
摘要:
多模态函数一般存在多个局部极值解, 局部极值解处适应值的大小很大程度上影响了它们被遗传算法搜索到的概率. 为了弄清楚这种影响机制, 通过分析基因池遗传算法的无限种群动力系统, 刻画了双峰函数局部极值解的适值差与系统不动点之间的解析关系, 进一步分析推广了理论结果的适用范围. 最后, 提出针对多模态优化问题的两阶段遗传算法, 给出了应用理论结果改善遗传搜索性能的范例, 实验结果表明该算法对多模态函数的搜索性能有明显改善, 从侧面证明了理论结果在实际应用中的正确性.
多模态函数一般存在多个局部极值解, 局部极值解处适应值的大小很大程度上影响了它们被遗传算法搜索到的概率. 为了弄清楚这种影响机制, 通过分析基因池遗传算法的无限种群动力系统, 刻画了双峰函数局部极值解的适值差与系统不动点之间的解析关系, 进一步分析推广了理论结果的适用范围. 最后, 提出针对多模态优化问题的两阶段遗传算法, 给出了应用理论结果改善遗传搜索性能的范例, 实验结果表明该算法对多模态函数的搜索性能有明显改善, 从侧面证明了理论结果在实际应用中的正确性.
2008, 34(2): 188-194.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00188
摘要:
潜在问题是影响大型复杂系统安全性、可靠性的重要因素. 神经网络是一种新的潜在问题分析方法, 但是其分析结果难以解释. 本文提出了一种基于电路结构的神经网络模型 (Neural network model based on circuit architecture, CArNN), 将 CArNN 作为个体进行集成, 形成神经网络集成用于潜在问题分析. 对 CArNN 模型的鲁棒性进行了分析, 提出了两个保证模型鲁棒性的约束条件. 利用此方法对一个经典电路进行了分析, 结果显示, 此方法对潜在电路的正确识别率达到94\%.
潜在问题是影响大型复杂系统安全性、可靠性的重要因素. 神经网络是一种新的潜在问题分析方法, 但是其分析结果难以解释. 本文提出了一种基于电路结构的神经网络模型 (Neural network model based on circuit architecture, CArNN), 将 CArNN 作为个体进行集成, 形成神经网络集成用于潜在问题分析. 对 CArNN 模型的鲁棒性进行了分析, 提出了两个保证模型鲁棒性的约束条件. 利用此方法对一个经典电路进行了分析, 结果显示, 此方法对潜在电路的正确识别率达到94\%.
2008, 34(2): 195-201.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00195
摘要:
在服务台忙的情况下, 到达服务台的顾客以概率 q 进入无限位置的优先队列而以概率 p 进入无限位置的重试轨道 (orbit), 并且按照先到先服务 (FCFS) 规则排队, 假定只有队首的顾客允许重试, 同时考虑服务台可修的因素, 证明了系统稳态解存在的充要条件. 利用补充变量法求得稳态时两个队列与系统的平均队长、顾客等待时间、服务台的各种状态概率以及可靠性指标.
在服务台忙的情况下, 到达服务台的顾客以概率 q 进入无限位置的优先队列而以概率 p 进入无限位置的重试轨道 (orbit), 并且按照先到先服务 (FCFS) 规则排队, 假定只有队首的顾客允许重试, 同时考虑服务台可修的因素, 证明了系统稳态解存在的充要条件. 利用补充变量法求得稳态时两个队列与系统的平均队长、顾客等待时间、服务台的各种状态概率以及可靠性指标.
2008, 34(2): 202-207.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00202
摘要:
针对带有单个观测时滞的线性不确定系统, 最优鲁棒估计问题被考虑. 基于新息重组分析的方法, 给出最优鲁棒估计器. 它的计算最后归结为计算与原始系统同维的两个 Riccati 方程和一个 Lyapunov 递推等式. 我们给出一个数值例子来验证所提出新方法的有效性.
针对带有单个观测时滞的线性不确定系统, 最优鲁棒估计问题被考虑. 基于新息重组分析的方法, 给出最优鲁棒估计器. 它的计算最后归结为计算与原始系统同维的两个 Riccati 方程和一个 Lyapunov 递推等式. 我们给出一个数值例子来验证所提出新方法的有效性.
2008, 34(2): 208-210.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00208
摘要:
当前常见的作为评价数字水印相似程度公式的归一化相关值, 在表示提取出的水印与原始水印反面相似时存在很大的不足. 为此, 本文首先对常见的几种归一化相关值公式进行了分析, 然后继承这些公式的合理性和有效性, 克服这些公式的不足, 构造出了一个新的能更科学、合理和有效地评价数字水印相似程度的公式, 本文称之为两极化相关值. 最后对两极化相关值与归一化相关值进行了对比实验, 实验结果验证了两极化相关值的科学性、合理性和有效性.
当前常见的作为评价数字水印相似程度公式的归一化相关值, 在表示提取出的水印与原始水印反面相似时存在很大的不足. 为此, 本文首先对常见的几种归一化相关值公式进行了分析, 然后继承这些公式的合理性和有效性, 克服这些公式的不足, 构造出了一个新的能更科学、合理和有效地评价数字水印相似程度的公式, 本文称之为两极化相关值. 最后对两极化相关值与归一化相关值进行了对比实验, 实验结果验证了两极化相关值的科学性、合理性和有效性.
2008, 34(2): 211-214.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00211
摘要:
基于神经网络对数据链指挥下的战斗机提出了鲁棒飞行控制器设计方案. 为了克服由于数据链的引入对战斗机飞行控制所带来的不利影响, 设计了基于 RBF 神经网络的鲁棒飞行控制器. 通过对神经网络参数在线调整, 使飞行控制系统能跟踪期望指令, 并满足给定的性能指标. 最后将所设计的飞行控制系统用于数据链指挥下的战斗机飞行控制, 仿真结果表明所设计的飞行控制系统是有效的.
基于神经网络对数据链指挥下的战斗机提出了鲁棒飞行控制器设计方案. 为了克服由于数据链的引入对战斗机飞行控制所带来的不利影响, 设计了基于 RBF 神经网络的鲁棒飞行控制器. 通过对神经网络参数在线调整, 使飞行控制系统能跟踪期望指令, 并满足给定的性能指标. 最后将所设计的飞行控制系统用于数据链指挥下的战斗机飞行控制, 仿真结果表明所设计的飞行控制系统是有效的.
2008, 34(2): 215-219.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00215
摘要:
针对未知但有界的持续扰动, 提出了一种约束非线性 H∞ 鲁棒预测控制策略. 首先, 引入离散系统的输入状态稳定性概念; 其次, 采用仿射输入定义预测控制的控制律, 并给出相应终端约束集的估计解法. 进一步, 得到预测控制闭环系统的鲁棒稳定性结论. 最后, 数值仿真验证了上述策略的有效性.
针对未知但有界的持续扰动, 提出了一种约束非线性 H∞ 鲁棒预测控制策略. 首先, 引入离散系统的输入状态稳定性概念; 其次, 采用仿射输入定义预测控制的控制律, 并给出相应终端约束集的估计解法. 进一步, 得到预测控制闭环系统的鲁棒稳定性结论. 最后, 数值仿真验证了上述策略的有效性.
2008, 34(2): 219-224.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.00219
摘要:
由于网络传输带宽的限制, 在网络传输中可能造成数据的丢失. 对于同时具有测量数据和控制数据丢失的一类网络控制系统, 研究 H2 输出反馈控制问题. 数据的丢失采用满足 Bernoulli 分布的二进制随机变量进行表述. 利用矩阵不等式方法给出了 H2 动态输出反馈控制器存在的充分条件, 所设计的控制器使得闭环系统是均方意义下指数稳定并具有给定的 H2 性能. 采用 SLPMM (Sequentially linear programming matrix method) 给出相应的控制器求解算法. 最后用数值仿真验证了所提出算法的可行性.
由于网络传输带宽的限制, 在网络传输中可能造成数据的丢失. 对于同时具有测量数据和控制数据丢失的一类网络控制系统, 研究 H2 输出反馈控制问题. 数据的丢失采用满足 Bernoulli 分布的二进制随机变量进行表述. 利用矩阵不等式方法给出了 H2 动态输出反馈控制器存在的充分条件, 所设计的控制器使得闭环系统是均方意义下指数稳定并具有给定的 H2 性能. 采用 SLPMM (Sequentially linear programming matrix method) 给出相应的控制器求解算法. 最后用数值仿真验证了所提出算法的可行性.
