链式膜系统及直接(间接)膜算法与聚类分析研究进展

当前关于膜计算的研究有很多,但是大部分都停留在理论研究层面,关于膜计算的应用研究依然比较少.现有膜系统主要包括细胞型膜系统、组织型膜系统和神经型膜系统.现有膜系统及其变形都是基于图结构的设计,为了进一步扩展膜系统的应用能力,将现有的基本膜系统结合离散Morse理论,创建了新型的单纯形P系统.同时将细胞的多维框架思想加入膜系统研究中,从形式化的角度,创建了膜系统的链式结构.将膜系统的极大并行性和聚类分析模型进行结合,不仅可以用于处理高复杂度、数量庞大的数据集,而且还可以提高聚类算法的性能,具有广泛的应用价值.针对两种新型膜系统进行了详细介绍,同时将膜系统与聚类问题进行结合的研究进行了概述.     

通讯膜计算系统研究综述

膜计算是自然计算的一个分支,文章主要研究从活细胞的结构和功能中或从组织和器官等细胞群协作中抽象的计算模型.根据膜结构不同,膜计算系统可以分为细胞型膜系统(树状结构)和组织型膜系统或脉冲神经膜系统(任意图结构).细胞间的通讯是膜系统中的一个重要特征,文章讨论的通讯规则是指同向/异向规则,对细胞型和组织型通讯膜系统的研究现状进行概述,从计算能力和计算复杂性方面介绍这2类通讯膜系统的研究进展.最后给出通讯膜系统中存在的一些问题.     

时间因素对脉冲神经膜系统计算能力的影响

脉冲神经膜系统是一类分布式并行的神经网络计算模型.从模型的研究着眼点来看,脉冲神经膜系统是一类全新的脉冲神经网络模型,属于第三代神经网络计算模型的研究范畴.通过分析评述脉冲神经膜系统中时间因素对其计算能力影响,讨论了异步工作模式下,时间以及时间无关模式下的脉冲神经膜系统的计算能力不会减弱,即具有图灵通用性.这些结果可为脉冲神经膜系统进行模糊信息处理提供理论支持,也可为基于脉冲神经膜系统的离散时间建模方法提供可行性论据.最后,针对目前该领域研究的热点和难点,对该领域研究的公开问题和研究方向进行讨论.     

使用最小串行策略的小通用脉冲神经膜系统

膜计算是生物计算的新分支,具有强大的计算能力和潜在的应用价值.使用最小串行策略的脉冲神经膜系统是一类基于神经元细胞的膜计算模型,在该系统中引入带权的突触,分别构造了含有71个神经元的基于最小脉冲数目的函数计算型小通用串行脉冲神经膜系统和含有66个神经元的基于最小脉冲数目的数的产生型小通用串行脉冲神经膜系统,通过模拟注册机证明了2个系统的通用性.     

带通道状态通讯膜系统的研究综述

膜计算是一种生物启发式计算,其来源于对活细胞组织或器官结构及其功能的抽象模拟.细胞间最多建立一条链接,这条链接又称为突触,突触上有与其相关的通道状态.因此,根据此生物现象,提出了一种新型的计算模型:带有通道状态的通讯膜系统.这类膜系统是一类分布式并行计算模型,系统中细胞间的通讯主要依赖于细胞膜通道上同向/异向转运规则的使用,其中每个通道上的规则以一种串行的方式执行,且通道上的状态用来控制细胞间或细胞与环境间的通讯.文章根据带通道状态的同向/异向转运规则对细胞型通讯膜系统、组织型通讯膜系统,带有细胞分裂和通道状态的细胞型识别通讯膜系统及带有细胞分裂和通道状态的组织型识别通讯膜系统的概念分别进行了介绍,并说明了这些系统的计算能力以及计算复杂性.最后进行了总结并给出了未来展望.     

膜计算系统求解计算困难问题综述

在膜计算领域,一个备受关注的问题是证明各种膜系统模型能否在多项式时间内解决计算困难问题.然而一个重要的事实是,许多能够求解NP完全问题的膜系统模型甚至可以在多项式时间内解决PSPACE完全问题,有的模型可以刻画P#P(该复杂类被推测为严格包含在PSPACE中).文章主要介绍几类可以有效求解计算困难问题的膜系统,包括活性膜膜系统、膜上带蛋白膜系统、组织膜系统、带膜分裂的同向/反向规则膜系统以及脉冲神经膜系统;概述了这些膜系统模型的计算复杂性,指出了一些可以提高膜系统计算能力的特性,最后给出膜系统中存在的一些公开问题.     

基于SNP系统的改进粒子群聚类算法

脉冲神经膜系统是基于神经生物学的高性能计算模型.在标准粒子群聚类算法中引入脉冲神经膜系统,将初始聚类中心的各种组合作为粒子分配到若干个神经元,在神经元中进行粒子群的迭代与进化.利用脉冲神经膜系统的高并行性,在更短的时间内得到更优化的初始聚类中心,为K-means算法的局部寻优提供更好的聚类初值.实验结果表明,改进后的算法可以进一步提升聚类的准确率,取得更好的聚类效果.     

使用最小串行策略的均质脉冲神经膜系统的计算通用性

脉冲神经膜系统是根据神经网络中神经元相互之间依靠突触来处理脉冲的生物现象而提出的,具有良好的计算性能及潜在的应用价值。使用最小串行策略的脉冲神经膜系统是一类特殊的脉冲神经膜计算模型,为了验证其在均质情况下的通用性,引入了带权值的突触,构建了均质的基于最小脉冲数目的串行脉冲神经膜系统。使用自动机理论和形式语言,通过模拟注册机证明了作为数的产生装置和接受装置,使用最小串行策略的均质脉冲神经膜系统都是通用的。     

膜计算模型、理论及应用研究

正膜计算由欧洲科学院院士、罗马尼亚科学院院士、国际数学化学科学院院士G.Pun在1998年芬兰图尔库计算机中心的报告中提出,主要研究如何从生物细胞中获得解决复杂问题的计算模型、思想和算法.膜计算由于其强大的计算能力和潜在的应用价值,受到越来越多学者的关注,成为仿生计算的热点研究方向.每年有多个关于膜计算的专题会议举行,如WMC(workshop on membrane computing)、     

大气压等离子体作用于细胞产生电场效应的数值模拟研究

近年来,随着大气压等离子体技术的发展,等离子体医学作为新兴的交叉学科逐渐发展起来,大量实验研究表明,等离子体对生物组织会产生各种显著的效应,但人们始终缺乏对等离子体与生物组织相互作用内在机理的深入认识.本文从描述大气压等离子体的流体模型出发,耦合描述细胞电学特性的细胞介电模型,研究了正弦电压驱动的介质阻挡放电产生的大气压氦等离子体作用于细胞时,细胞中电场的分布与演化.计算结果表明,细胞膜电压占细胞总电压的主要部分,内膜电压远小于外模电压,肿瘤细胞的跨膜电压明显大于正常细胞的跨膜电压,且内膜电压只在放电过程中数值较大,而外膜电压则在放电后始终保持较大的数值.基于模拟结果,本文还讨论了放电参数对跨膜电压的影响.目前,有关等离子体医学的理论研究还较少,本文的计算将为研究大气压等离子体对细胞的电磁效应机理提供有益的探索.     

风力发电场风险评价单元划分模型的构建与应用

为更好的进行风力发电场风险评价单元划分研究,采用系统理论方法,在分析风力发电场风险评价单元的层次模型、集合模型和关联网模型基础上,从理论上构建了风力发电场风险评价单元划分的层次模型、集合模型和关联网线模型.研究结果表明:三种评价单元划分模型思想在对一个复杂系统的实际应用中可以结合应用,对不同的系统、不同的评估方法可采用不同的评价单元划分模型,也可混合使用,会得到更好的评价单元划分结果.该成果对风力发电场风险评价单元划分研究提供了新的思路,具有一定的参考价值.     

特定与非特定计时的认知和神经机制

特定与非特定计时机制一直是人类时间加工的两类假说,这两者在认知和神经层面具有各自的内涵和表现形式.新近研究表明:从认知层面看,特定计时系统说假定人类时间加工存在一种专门认知计时机制;非特定计时系统说认为人类时间加工不需要专门计时机制,而是通过对其他信息加工产物的分析获得.支持前者的认知模型主要涉及内部时钟模型、时间信息加工模型、注意阀门模型、资源分配模型及双滴水钟模型等;支持后者的认知模型主要有存储容量模型、变化/分割模型、背景变化模型、记忆痕迹模型等.从神经层面看,特定计时系统说主张特定的神经区域具有独特的表征时间信息的能力,当需要进行此类加工时该系统就会起作用;非特定计时系统说强调时间表征是源于内部的一种动态非特定神经机制,是基于感觉加工的激活数量或者神经元网络空间激活模式.支持前者的神经模型主要涉及特异化计时模型和分布式网络计时模型;支持后者的神经模型主要有状态依赖网络模型和能量读数模型.未来应该在更宏观的背景下探讨两类假说的相关问题,即实证研究的开展领域应该广泛化;理论模型的建构视角应该多元化;两类假说在认知和神经层面的内涵应该区分开.     

路基非饱和土动态回弹模量计算模型对比研究

作为路面结构设计的关键参数,对动态回弹模量的可靠计算一直是工程界不断探索的课题。本文收集并分析国内外已有关于路基土回弹模量的计算模型,根据自变量的不同属性,将计算模型归为两大类,第一类为将应力水平作为变量(I型),第二类是将表征湿度状态的基质吸力作为变量,这其中又分为两个子类,一是将基质吸力引入耦合到应力变量中(II1型);二是将基质吸力剥离出来作为独立变量(II2型)。然后结合2种土样的循环动三轴试验数据,对3类计算模型的可靠性及适用性进行对比评价。结果表明：将基质吸力作为单独变量(II2型)的计算模型能更真实的反映非饱和路基土动态回弹模量的变化规律,拟合度较高。     

非同型单元k/n(G)马尔可夫系统可靠性分析

首先对研究对象进行系统界定和系统分析,建立了非同型单元k/n(G)可修复系统的可靠性分析模型,然后利用马尔可夫过程结合数学方法研究和推导了该系统的可靠性指标的表达方式及计算方法.若各单元的失效和维修指标一致,则非同型单元系统演变成同型单元系统,从而把同型单元k/n(G)表决系统作为特殊情况纳入研究对象中.此外,通过改变初始设置条件可以应用到不同形式的系统情形中,最后通过对双部件并联系统、(n-1)/n表决系统和1/n冷备用系统三种应用实例的可靠性分析和计算,表明该模型是有效的.     

神经营养因子NT-3神经干细胞移植对帕金森病大鼠功能修复研究

为了研究神经干细胞和神经营养因子NT-3对帕金森病(PD)的修复作用,将NT-3表达载体pEGFP-C1-NT3转染大鼠原代神经干细胞(NSCs),构建了NSCs-NT3细胞.移植入帕金森病模型大鼠脑部MFB和VTA区域,观察到移植细胞在大鼠移植部位生长与迁移,证实移植成功.对移植后疾病模型进行APO旋转实验和水迷宫行为检测,结果表明,NT-3有利于学习与记忆能力改善,分子水平证实移植区域NT-3显著表达.本研究通过移植过表达NT-3的神经干细胞,从分子、细胞、组织和个体行为等不同层面证实了NSCs-NT3对PD模型大鼠修复的积极作用,为PD的转基因神经干细胞移植治疗研究提供了理论与实践依据.     

模糊膜计算模型与应用研究综述

膜计算是由生物细胞(群)相关机理启发的一类分布式、并行计算模型.膜计算模型已被证明是强大的并且以多项式时间复杂性求解众多的NP(non-deterministic polynomial)问题.膜计算模型与算法是膜计算领域的核心关键问题,特别是面向应用问题的模型和算法.模糊膜计算是近年开发的一种膜计算模型,它能克服先前模型在处理不确定性问题上的限制,得到极为广泛的关注.目前,模糊膜计算模型已在诸如电力系统故障诊断、微网控制中得到应用.首先简要地介绍几种模糊P系统,然后描述它们在工程问题中的应用.     

载荷参数对风力发电机锥形转子系统特征值的影响

转子不对中会造成运行故障和载荷参数改变.通过传递矩阵法,采用锥形类轴单元处理锥形转子,建立不对中风力发电机锥形转子系统的模型,并计算其特征值.分析锥形轴段单元数对其特征值的影响,讨论轴向载荷和扭矩载荷参数对风力发电机锥形转子系统特征值的影响.为风力发电机锥形转子系统不对中故障研究提供指导.     

滚动轴承组件热生成与热传递实验研究

讨论了关于滚动轴承热问题的相关理论计算模型及其特点,并从传统的热电偶测试以及当前的无线测试技术两方面论述滚动轴承热问题的实验研究进展.简述了关于滚动轴承热问题的相关理论计算模型及其特点,在此基础上,分类讨论了高速滚动轴承的热生成与热传递的实验研究工作,并从滚动轴承运行过程中的热生成和热传递2个方面分析关于滚动轴承热问题的实验研究,介绍了实验方案,测试技术等.对MEMS无线热敏传感器在高速滚动轴承上的应用进行了重点讨论.     

STEP-NC仿真系统研究

为满足STEP-NC数控系统研究的需要,提出基于STEP-NC仿真系统的方案.该系统采用模块化设计,译码器由解析模块、建模模块和路径规划模块构成,根据STEPNC程序特点完成程序解析、加工类库模型建立和刀具路径规划功能,其他模块完成实时加工仿真功能.作为独立模块的译码器,其数据接口用于仿真系统与实际数控系统进行数据交换,其路径信息接口设计为直线和圆弧两种单元类型,作为仿真和加工的计算依据.仿真和加工实验证明该仿真系统运行正确,说明基于STEP-NC仿真系统及译码器可以作为独立的功能模块嵌入数控系统.     

细观尺度C0和C1理论及有限元分片检验函数

细观尺度理论有多种理论和不同分类, 其中值得关注的分类是转角（或应变）和位移变量“独立”和“不独立”细观理论, 按有限元法可称为C0和C1理论. 细观尺度理论有限元收敛性条件还远不如经典板弯曲理论清楚, 本文基于增强型分片检验理论, 对两类细观理论建立了检验这类细观单元收敛性的分片检验的检验函数. 进一步研究了两种细观理论和有限元模型的区别和联系, 两种理论模型引出细观理论有限元法新提法： （ⅰ） 位移-转角不独立理论的C1类单元, 要求单元函数同时满足C0和C1连续; （ⅱ） 位移-转角独立理论的C0类有限元提出新的收敛条件： 非零常剪力增强分片检验, 和C0单元逼近C1单元要求通过零剪力增强分片检验.