熵在生命科学中的应用

本文首先论述了熵的基本概念及其物理意义,得出熵与系统的状态及无序度的关系.其次,概括了熵与新陈代谢、熵在人的生命过程中的应用,总结出生命系统的特征以及这个系统与周围环境进行着物质和能量交换的机理.最后,研究了病变与熵的关系,讨论是否可以通过用药物治疗及护理来调节熵的变化,从而治愈机体的病变.     

本征时间尺度排序熵及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳、非线性特性,将经验模态分解方法和排序熵有机结合,提出一种新的基于自适应尺度的复杂度参数——本征时间尺度排序熵,用于描述不同本征模态分量的复杂程度,从而实现故障特征的量化描述。首先,将原始振动信号经过EMD分解得到若干本征模态分量,然后分别对各本征模态分量计算排序熵,即可得到不同本征时间尺度排序熵,最后利用该参数实现不同故障状态的有效区分与识别。实例分析结果表明了该方法的有效性和实用性,从而为机械设备状态监测与故障诊断提供了一种有效途径。     

基于熵理论的城市主-支路交汇处交通状态判别

本文通过城市道路交通系统和热力学系统的对比,将热力学的基本理论——熵运用到交通流领域,并在交通流流体理论的基础上建立了熵产生模型。分析确定指定状态时注入的负熵及其意义,建立了主-支路交汇处交通系统的总熵模型,从而得到交通状态判别熵模型和需要注入负熵的条件。研究结果表明,熵值越小,道路服务水平越高。     

基于熵理论的城市主-支路交汇处交通状态判别

本文通过城市道路交通系统和热力学系统的对比,将热力学的基本理论———熵运用到交通流领域,并在交通流流体理论的基础上建立了熵产生模型。分析确定指定状态时注入的负熵及其意义,建立了主－支路交汇处交通系统的总熵模型,从而得到交通状态判别熵模型和需要注入负熵的条件。研究结果表明,熵值越小,道路服务水平越高。     

粒子的坐标熵与动量熵的互补性——熵增长定律对所有熵都适用吗?

基于统计物理学中定义熵的一般公式,提出了单粒子坐标熵和动量熵的定义。从微观粒子的状态既可以用坐标表象中的波函数描述,也可以用动量表象中的波函数来描述出发,利用坐标几率密度函数ρ和动量几率密度函数w来定义粒子的坐标熵Sx和动量熵Sp,引用便于计算的谐振子基态来说明Sx与Sp之间的确存在着这种互补性,对线性振子其他态的计算,也证实了这种互补性的存在;推断出坐标熵与动量熵之间应该存在着一种互补关系:当粒子的微观状态发生变化时,若此过程使坐标熵增加,则其动量熵必减少;若此过程使坐标熵减少,则其动量熵必增加,论述了这两种熵之间存在互补性。并认为,这2种熵互补的根源来自不确定度关系,最后指出熵增长定律对坐标熵适用,而对动量熵不适用。     

基于最优熵滤波器的非线性非高斯带有数据缺失随机系统的故障隔离

文中提出了一种非线性非高斯带有数据缺失随机系统的故障隔离方法。利用EM算法对缺失数据进行修补,通过构建滤波器对系统的状态估计,将故障隔离问题简化为熵的最优化问题。滤波器的状态误差用非线性非高斯系统方程表示,并且获得状态误差的概率密度函数。通过在只存在目标故障时使状态误差的概率密度函数的熵最大化,而在只有非目标故障时使状态误差的概率密度函数的熵最小化,从而分离出目标故障,实现故障隔离。最后利用仿真示例,与完整数据下的故障隔离效果进行比较,验证了该方法的有效性。     

Kolmogorov熵在大鼠脑电麻醉深度监测中的应用

将非线性动力学中的Kolmogorov熵应用到大鼠脑电麻醉深度监测分析中,计算并分析了大鼠在戊巴比妥钠腹腔注射麻醉过程中脑电信号的 Kolmogorov熵动态变化曲线,结果表明:大鼠注射戊巴比妥钠后,在最初的麻醉过程中,有些脑区呈抑制状态,有些脑区呈兴奋状态;大鼠注射戊巴比妥钠后 A脑区进入深度麻醉状态的诱导期时间约为1 300 s,B脑区的约为1 400 s;麻醉时Kolmogorov熵动态变化曲线与原始脑电信号所反映的各脑区抑制与兴奋状态的变化趋势有很好的一致性.因此,Kolmogorov熵可为临床麻醉深度的实时监测提供一个新的方法.     

绕楔形体流动与传热过程的热力学分析与优化

从热力学第一定律及第二定律出发，分析绕楔形体的流动为层流量，其流动与传热过程的熵产，从而建立流动与传热过程的熵产率关系式，并引入无因次熵产数以讨论楔角，特征长度以及雷诺数对流动与传热性能的影响，找出其优化的过程参数。     

绝热大气过程的若干性质

研究了绝热大气过程的若干重要性质，论证了绝热情形下大气熵范围的不变性和表面位温的局地不变性，在此基础上进一步探讨了当等熵面与地面相交时等熵面上以及等熵面与地面之间大气质量的守恒性.分析表明：在大气有效位能研究中，客观定义的大气参考状态应当是实际大气经过绝热调整后所能够达到的状态，是与调整前大气状态有关的，不同时刻的实际大气对应的参考状态应是不同的，而Lorenz所定义的大气参考状态是绝热调整无法达到的；进而提出了利用条件最小全位能的新概念来研究大气有效位能.     

基于二维近似熵度量轴心轨迹复杂性的研究

提出了二维近似熵的概念,并用于表征轴心轨迹的复杂性,定量地评价了回转机械的运行状态．该方法具有计算所需数据短、抗噪及抗野点能力强、对确定性信号和随机信号都适用等特点．应用二维近似熵,对某机组关键轴瓦的轴心轨迹进行了复杂性度量,研究结果表明,二维近似熵在表征轴心轨迹的时间模式复杂性方面具有很强的能力,从而为机械设备状态监测与故障诊断提供了一种行之有效的新方法．     

近似熵在大鼠状态识别中的应用

以大鼠作为实验动物,采用近似熵的方法,分析大鼠初级视觉皮层的自发脑电信号,从而判别大鼠安静、睡眠和活动3种状态.实验结果表明,采用近似熵算法,使用较短的数据就能对大鼠的状态进行有效识别,减少了冗余的计算量,解决在复杂隐蔽环境中对大鼠状态的识别问题.     

巧导玻耳兹曼方程

玻耳兹曼方程给熵函数以明确的统计意义,它指出,某个宏观状态的熵等于玻耳兹曼常量κ乘以相应微观状态数的对数。它把宏观物理量与微观性质有机地联系起来了。探究其导出过程,对于更深层次地理解玻耳兹曼方程具有十分重要的意义。     

散斑干涉相关条纹的交叉熵方法研究

现代电子散斑干涉计量过程中,状态变化信息的相关条纹表征对后续待测信息的提取起着重要作用,直接影响到后续处理的难度和信息提取的质量。本文根据交叉熵的基本概念和散斑干涉计量过程状态变化信息表征基本原理的分析,提出了一种新的相关条纹图生成方法－交叉熵法,通过详细的理论推导和应用效果的定量分析表明交叉熵方法所产生的相关条纹与减相关条纹在本质上是一致的,提出的方法完全有效。同时,由于交叉熵条纹表征方法融入了自适应同态滤波,与减条纹相比具有更好的条纹图对比度、较低的散斑指数和更好的包裹相位信息提取质量。     

基于信息熵的单元化制造系统状态度量

摘要： 将描述单元化制造系统状态所需信息量分为结构熵和运行熵2种形式并予以定义;在信息熵理论基础上,构建了单元化制造系统的结构熵与运行熵函数,并对制造资源的状态认定进行说明;根据调度理论,分别建立最大可能调度时限和调度符合度模型.以实施单元化制造的某加工车间为背景,依据其在不同状态下制造资源的状态信息,实证分析并绘制了系统状态随调度变化的示意图,利用所建熵函数及调度模型对系统状态进行度量,以验证所提出方法的科学性与有效性.结果表明,通过所构建的信息熵模型,可实现对单元化制造系统状态的度量与监控,并为提高系统的运行效率提供有效途径.     

基于多导脑电复杂性测度的脑疲劳分析

通过对连续长时间脑力劳动前后状态下的脑电信号进行分析,提取了脑电信号的基本尺度熵和排列熵两种复杂性测度,研究了它们与脑疲劳程度之间的关系,以及它们在不同脑疲劳状态下的变化规律及其相关性.实验结果表明,基本尺度熵和排列熵与脑疲劳程度之间存在很强的关联性,对于不同的脑疲劳状态,随着脑疲劳程度的增加,其alpha(8～12 Hz)、beta(13～30 Hz)频率段和total频率段(0.5～30 Hz)脑电信号的基本尺度熵和排列熵逐渐降低.相对于Tsallis熵算法,基本尺度熵和排列熵可以更好地反映疲劳前后脑电信号复杂度的变化特性.同时,由于基本尺度熵和排列熵算法概念简单,运算量小,因而它们的计算复杂度大大降低,运算速度更快,使得实时分析与监测脑疲劳成为可能.脑电信号的基本尺度熵和排列熵有望成为衡量脑疲劳程度的指标.     

带状态依赖标值的马尔科夫调制泊松过程的熵率和相互信息率?

导出了带状态依赖标值的马尔科夫调制泊松点过程的熵率和相互信息率.模拟研究显示MLE的精度和效与隐马尔科夫过程的相互信息率有关.     

熵增加原理是一切运动和变化的原始推动力

实际上所有能发生的一切运动和变化都必然是增熵过程，与系统的选取根本无关。如果认为生成水是远离平衡的不稳定的状态，这是不正确的错误结果。耗散结构理论不符合实际情况。生成糖类化合物、脂肪和蛋白质的反应是一个增熵的过程。物质体系的平衡状态与环境条件有关。熵与物质体系的平衡状态和序无关。产生各种力的原因是有利于形成正、负基本粒子间或物质间增熵趋势。熵增加原理是一切运动和变化的原始推动力。     

环境流体中的熵平衡方程和动力熵产生

熵平衡方程是非平衡态热力学的基础.但是目前的经典熵平衡方程,内能中不合理地隐含着流体微团组分相对于质心运动的动能,并非热力学意义上的平均分子运动动能.文中以内能仅为平均分子运动动能概念为出发点,重新推导得到了修正的熵平衡方程.在熵平衡方程中导入动力熵产生,使熵平衡方程能以显式表述动力过程.这时熵平衡方程不仅描述了一个热力学系统的不可逆过程,而且描述了动力可逆过程所造成的系统熵变化.使熵平衡方程能描述热力学系统状态和发展方向,更为合理且更具有普遍性.     

换热器传热过程的熵产分析

本文从热力学第一及第二定律出发,分析换热器传热过程的熵产率,从而建立传热过程的熵产率关系式,并以此对换热器的传热及流动性能进行定量分析,进而寻找使熵产率为最小时的换热器的有关参数,为换热器的优化设计及校核提供最佳数据.     

通过热力学与电学的类比加深对于熵的理解

恰当地开展分支学科之间的类比是理解物理学的一条有效途径。在借鉴电荷概念引入热荷概念之后,继而直接将熵定义为热荷量,使之成为一个通俗易懂的物理量。以此为基础,在电流与熵流的连续性、驱动力,以及它们与能流之间的关系和电流与熵流在流动过程中的熵产生等方面对热力学与电学进行了较为全面的类比。这样不仅能凸显出热力学与电学的一些基本物理过程之间的相似性或共性,以及客观世界的内在和谐性,而且能更加鲜明地反衬出它们之间的差异即各自的个性,从而加深对于熵的理解。