基于深度卷积神经网络的三维模型识别

为了进一步提高三维模型的识别精度,提出了一种基于深度卷积神经网络的三维模型识别方法。将点云数据通过占用网格规范化计算转化为二值3D体素矩阵,通过附加正则化项的随机梯度下降算法提取体素矩阵的特征,再通过共享权重的旋转增强对训练集进行数据增广并以此对模型标签进行预测。实验结果表明,该算法在公开数据集ModelNet40及悉尼城市模型数据集上的识别精度均达到85%左右。与基于同类机器学习的三维模型识别算法相比,在相同训练数据集上该方法网络训练时间短,在相同测试数据集上模型识别准确率高,检索速度快。提出的体素占用网格模型的深度卷积神经网络,可以实现三维点云模型数据集及规范化体素模型数据集的识别和分类工作。     

基于深度学习和支持向量机的基因结合蛋白预测

针对传统的方法对蛋白质预测的精度低且需要人工提取环节等问题,提出一种基于深度学习和支持向量机的基因结合蛋白预测算法;该算法将卷积神经网络与门控循环单元结合,搜索蛋白质序列,保留蛋白质序列中氨基酸的位置依赖性,利用支持向量机代替神经网络的Softmax分类器对蛋白质的特征序列进行预测;将该模型分别在基准数据集DBP2858和PDB14189上进行对比实验。结果表明,该模型具有更好的脱氧核糖核酸结合蛋白预测能力,并且预测精度和效率均较高。     

基于多头注意力机制的磷酸化位点预测模型

计算预测蛋白质磷酸化位点的方法常用于位点识别的初筛阶段。为了提升位点初筛的准确率,本文提出一个深度学习模型MAPhos。该模型首先运用氨基酸向量与位置向量的和表示每一个氨基酸残基;随后使用双向GRU循环神经网络捕获各氨基酸残基的特征;接着引入多头注意力机制计算各注意力头的子上下文向量,并将它们连接起来构成肽段的上下文向量;最后通过一个全连接神经网络进行非线性变换和结果预测。真实数据集上的实验结果表明,MAPhos模型预测磷酸化位点在AUC值、灵敏度、正确率、精度和F₁分数统计度量上胜过基于特征提取的模型和基于卷积神经网络的模型,同时与基于卷积神经网络的模型相比具有更好的可解释性,这证明了MAPhos模型更加适用于磷酸化位点识别任务的初筛阶段。     

矩阵打分的方法应用于蛋白质β-发夹模体的识别

从蛋白质的一级序列出发,用矩阵打分的方法对3088个蛋白质中的β发夹和非β发夹模体进行了识别.使用10-交叉检验,预测总精度为75.9%,Matthew相关系数为0.42.同时计算了不同loop长的模体对应的序列最佳固定模式长,并对有相同最佳固定模式长的模体序列进行了组合,组合后的模体预测总精度都高于76.1%,Matthew相关系数大于0.43.     

基于Finger-mixNet的指纹识别算法研究

针对传统指纹识别方法存在准确率低、推理速度慢等问题,提出了一种应用于指纹识别和匹配的深度学习模型Finger-mixNet指纹识别算法。Finger-mixNet模型基于卷积神经网络和Transformer结构进行关联融合,包括两个核心模块共同表征指纹识别任务的深度特征。Network-C模块基于卷积神经网络获取浅层纹理特征,Network-TC模块基于自注意力机制和卷积共同捕捉指纹深度特征信息,在获得对重点区域注意力的同时,具有比传统卷积更小的计算开销。为证明模型的有效性,在自建的指纹数据集和公共数据集中对模型进行了测试,在自建数据集中Finger-mixNet达到了97.1%的识别准确率,在公共数据集中也取得了98.3%的识别准确率,除此之外Finger-mixNet在保持高识别率同时在上述两种数据集中均能保持200FPS的识别速度。     

基于组合特征集成的蛋白质相互作用位点预测

运用RBF神经网络预测蛋白质相互作用位点.首先提取序列谱、保守权重、熵值、复合物可及表面积和序列变化率等一系列蛋白质相互作用位点的关键特征.然后应用RBF神经网络以及它们的集成来对这些样本集进行训练与测试.使用10次交叉验证进行训练与测试,创建了4组具有对比性的蛋白质相互作用特征组合.实验中每加入一种新的特征时正确预测率都会相应的提高,特别是加入可及表面积和序列变化率特征时正确率提高幅度更大,表明利用多特征组合,结合RBF神经网络算法进行预测蛋白质相互作用位点的方法是正确有效的.     

深度神经网络蛋白质溶解性预测模型设计

蛋白质溶解性是生物信息学领域的重要研究课题,通过分析蛋白质溶解性数据,结合特征提取和深度学习技术,设计多种卷积神经网络预测蛋白质溶解性的模型.使用CD-HIT对蛋白质原始数据进行降噪,并利用G-gap对每个样本进行张量化处理,得到适用于卷积神经网络的特征数据,作为模型其中一路网络的输入;为提高模型预测精度,对每个样本利用SCRATCH工具提取6维序列特征和51维结构特征作为额外特征,作为模型的另一路网络输入.依据数据特点,通过对卷积层的串并联结构调整组合,设计4种不同网络模型,实现蛋白质溶解性预测.通过对比试验确定网络结构和参数,结果表明基于深度双路卷积神经网络DDcCNN(Deep Dual-channel Convolutional Neural Networks)的蛋白质溶解性预测模型整体性能最优,其预测精度、查全率、查准率、MCC(Matthews Correlation Coefficient)等性能指标分别达到76.31%、65.31%、75.05%、0.55.并通过与基于传统的深度神经网络、支持向量机、随机森林、决策树建立的预测模型以及现有的研究成果进行比较试验,证明了本研究设计的有效性.     

基于深度特征与抗遮挡策略的运动目标跟踪

为了进一步提高复杂场景下的目标跟踪精度与鲁棒性,本文提出了基于深度特征与抗遮挡策略的运动目标跟踪算法,首先利用深层卷积神经网络提取出目标的深度卷积特征以代替传统的手工特征,然后将深度卷积特征融入传统的核相关滤波跟踪框架,充分利用深度特征描述能力强和相关滤波算法跟踪效率高的优势,同时采用高置信度抗遮挡更新策略来更新滤波器,利用融合特征训练尺度相关滤波器,以便更加精准预测目标的位置,提高算法抗遮挡能力.论文对数据集OTB-100视频序列中有遮挡问题的序列进行了测试,并与Deep STRCF、DSST、SRDCF、COT和ECO等算法进行比较,实验结果表明,本文所提算法在目标尺度变化、背景干扰和遮挡等复杂背景下具有更高的跟踪精度与成功率,跟踪效果最佳.     

基于循环神经网络的人体行为识别

使用4种类型的循环神经网络模型(RNN、GRU、LSTM、BLSTM)处理手机传感器采集的异构时间序列数据,用于人体行为识别研究.针对4种模型,分别构建自动特征提取方法,并对参数设置进行优化.在公开数据集UCI HAR上进行了行为识别测试实验,实验结果表明,BLSTM模型的识别精度高达95.7%,可以有效地用于行为识别,其识别率和性能优于其他3种循环神经网络,且高于卷积神经网络深度学习方法.     

基于胶囊网络的三维网格模型分类方法

多边形网格作为一种复杂的数据结构为三维物体提供了有效的形状近似表示,但由于网格数据的复杂性和不规则性,卷积神经网络很难直接应用到三维网格数据处理中.因此,提出一种基于胶囊网络的深度学习方法对三维网格数据进行有效分类.首先设计一种能够直接在网格表面进行计算的多项式卷积模板,提取三维网格模型的高阶参数特征.同时,为解决传统卷积神经网络大量池化层的引入导致的特征丢失问题,针对输入网格模型尺寸大小不统一问题,改进了胶囊网络姿态参数学习方法,通过共享姿态矩阵权值,减少模型参数量,进一步提高了三维网格模型的训练效率.实验在SHREC15数据集上与传统方法和最新的两种方法进行比较,相比于最新方法 MeshNet和MeshCNN,在原始测试集上的平均识别准确率提高了3.4和2.1个百分点,且融合特征后平均准确率达到93.8%.经实验验证,在训练时间较短的前提下,该方法也能取得相当的识别效果.本文所提出的三维网格分类方法,综合了图形学与深度学习方法的优点,有效提高了三维网格模型的分类效果.     

基于深度特征学习的图像自适应目标识别算法

针对传统图像识别算法过程繁琐、特征提取困难等问题,提出一种基于深度特征学习的图像自适应目标识别算法。首先对每层网络单个特征图的输入进行批量归一化(BN)处理,其次采用参数化线性修正单元PReLU对参数进行自适应调节,比较BN算法作用在激活函数前后输出的表现性能,构建自适应卷积神经网络模型CNN-BN-PReLU.实验从网络层数、卷积核数目、网络优化及经典卷积神经网络模型4个方面进行比较分析,结果表明,在DDSM数据集上,CNN-BNPReLU较优化前准确率提高了8.5%,训练时间大幅减少71.83%,其敏感度、特异度及AUC值均有显著提升,分别达到了96%,87%和0.91,识别效果远高于LeNet-5和AlexNet,具有较好的应用价值。     

拧紧力矩对复合材料层合板与金属板连接强度影响

航空发动机结构复杂，状态变量多且相互之间存在着严重非线性特征，传统的基于物理失效模型的方法难以精确地预测发动机的剩余寿命（RUL）。针对此问题，采用改进的卷积神经网络(CNN)方法对发动机剩余寿命进行预测。预测过程通过建立退化模型，给每个训练样本添加RUL标签；为了更好地提取发动机使用过程中状态变量与剩余寿命之间的相关关系，使用不同的一维卷积核提取序列趋势信息特征；将特征输入构建的卷积神经网络得到剩余寿命的预测值。为了验证方法的有效性，在NASA提供的涡轮风扇发动机仿真数据集(C MAPSS)上进行了测试，并与深度信念网络等方法对比，结果表明改进的卷积神经网络拥有更高的精度。     

基于深度学习的藻类混凝去除率预测方法

针对目前水厂应对藻类爆发时混凝剂投加量难以确定的问题,提出一种基于深度学习的藻类混凝去除率预测方法,利用DenseNet卷积神经网络和絮体图像对藻类混凝去除率进行预测,从而对投药量进行调整 . 具体做法是,在实验室条件下对高藻水进行混凝处理,记录混凝处理后的絮体图像和对应的去除率 . 以去除率区间为标签构建絮体图像数据集,利用此数据集对 DenseNet-121模型进行训练 . 结果显示,训练后的模型对测试集的预测准确度达到了 89.5%,与 VGG 和 ResNet模型相比,利用 DenseNet模型对本文建立的数据集进行识别的精确度更高,且在识别去除率在 60%~90% 区间的絮体图像相较于其他两种模型具有明显优势. 同时通过对数据集外的铜绿微囊藻絮体图像进行识别,验证了模型具有良好的泛化性.     

基于异质分类器集成的蛋白质结晶倾向性预测

X射线结晶学是确定蛋白质分子结构的重要方法之一。准确预测蛋白质的结晶倾向性对于基于X射线结晶学的蛋白质结构确定的成功率具有重要意义。该文提出了一种基于异质分类器集成的方法,以进一步提高蛋白质结晶倾向性预测的准确率。首先从蛋白质序列出发抽取氨基酸组成成分、伪氨基酸组成成分、伪位置特异性得分矩阵以及伪溶剂可及性特征,并将这些特征进行组合;然后,在特征空间训练多个异质分类器并进行集成。该文所提方法在公开训练集上的五重交叉验证及独立测试集上的马修斯系数分别达到了0.64及0.73。与现有的基于序列的蛋白质结晶倾向性预测方法的对比结果进一步验证了所提方法的有效性。     

全α类蛋白质超家族保守模体特征的分析

选取了全α类中序列一致性小于等于40%和25%的四个有代表性的超家族,并从中提取序列模体和结构模体,分析了其结构和功能特征的差异. 结果表明,细胞色素C超家族和EF手超家族中已知功能的模体类型相对单一,而类同源域超家族和翼螺旋DNA结合域超家族中序列模体类型较多,但是主要以HTH和wHTH两种结构模体为主. 进一步对模体的相对位置进行统计分析和比较,发现无论是已知功能的模体还是基于统计学方法识别的模体,它们相对于序列N端和C端的分布均呈现一定的规律性. 这些特征和规律将对蛋白质超家族的识别以及结构域的研究提供有力的帮助.     

基于KL散度和BP神经网络的人类基因启动子识别

人类基因启动子预测和识别是DNA序列分析中的一项重要任务.提出了一个基于KL散度和BP神经网络的人类基因启动子识别算法.利用KL散度提取分辨力最强的六联体来区分启动子和非启动子区域,将这些六联体的出现频率作为识别启动子的组成成分特征,结合CpG岛特征,应用BP神经网络技术建立人类启动子识别系统.该系统有3个分类器,即启动子-外显子分类器,启动子-内含子分类器和启动子-3’UTR分类器,每个分类器都是一个BP神经网络,通过3个分类器的结果来综合预测启动子序列.对测试集的实验结果为:敏感性达到51.4%,特异性达到52.9%.     

基于级联卷积神经网络的人脸检测算法

为了解决大部分基于深度学习的方法直接提取深度抽象特征,无法在速度与精度上取得均衡问题,该文将传统的级联框架与深度卷积神经网络结合,提出了一种新的基于级联的由浅至深的卷积神经网络人脸检测方法。首先通过融合全脸与部分人脸的全卷积神经网络置信图谱快速定位人脸候选区域,然后采用深度神经网络提取人脸鲁棒性特征,对候选区域进一步分类验证,并用联合回归的方法确定最终人脸位置,提高检测精确度。所提出的方法与一些代表性的算法对比和分析,在FDDB、AFW权威评测集上达到了可比较的精度,且能快速地进行检测。     

考虑滚动轴承故障位置与损伤程度的双分支卷积神经网络故障诊断方法

针对现有深度学习方法对非平稳的滚动轴承故障诊断过程中,先验故障信息利用不充分和故障样本不完备,导致诊断精度不高甚至无法诊断的问题,充分发掘轴承故障位置和损伤程度与振动数据特征间的映射关系,提出一种考虑滚动轴承故障位置与损伤程度的双分支卷积神经网络故障诊断方法。该方法首先将原始振动信号矩阵化,构建二维灰度图像数据集,然后建立双分支的改进VGGNet深度卷积网络,将故障位置与损伤程度进行双标签二值化,每个分支独立提取深层特征,实现故障位置和损伤程度特征与标签的自适应。仿真实验结果表明,相较其他深度学习方法,所提方法能够在部分先验知识缺失条件下,实现滚动轴承潜在的不同故障位置及损伤程度的多状态分类,获得较高准确率的同时兼具良好的抗噪性能。     

基于卷积神经网络的室内场景识别

场景识别一直是图像处理领域的重要问题之一,对研究移动机器人定位、计算机视觉等方面具有重要意义.然而,室内场景的复杂性与无序性使室内场景识别研究面临许多挑战.传统的手工提取特征无法充分描述室内场景的信息,而卷积神经网络提取的特征能够包含丰富的场景语义和结构信息,且对于平移、比例缩放、倾斜等形式的变形具有高度不变性,因此提出了应用基于卷积神经网络的GoogLeNet网络模型来完成识别任务的方法.该网络模型在深度学习框架Caffe上对MIT_Indoor数据集的识别准确率为59.7%,高于使用传统手工提取特征的算法的准确率,对比结果说明了深度卷积神经网络在室内场景识别问题上的有效性.     

基于小波变换和卷积神经网络的地震储层预测方法及应用

提高储层预测的分辨率和准确性一直是油气藏表征的一个关键问题。将频谱分解与深度学习相结合,提出基于小波变换和卷积神经网络的地震岩性、储层类型预测方法。小波变换能够提供包含高频和低频信息的二维时频谱图,卷积神经网络具有超强的二维图像特征提取和分类能力,时频谱图作为卷积神经网络的输入,有助于充分挖掘地震数据高频和低频信息进行岩性和储层预测。将提出的方法应用于川西沙溪庙组储层预测中,首先利用叠后地震数据预测得到河道砂体分布,然后利用叠前地震数据在河道内部预测储层类型分布。结果表明,深度学习反演预测岩性和储层类型的分辨率和精度更高,能够识别小河道砂体,与生产测试情况更加吻合,优于常规地震反演方法。