分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 分类： 物理学 >> 电磁学、光学、声学、传热、经典力学和流体动力学 分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2024-04-11
摘要： The electromagnetic fields of point sources with time varying charges moving in the vacuum are derived using the Liénard-Wiechert potentials. The properties of the propagation velocities and the Doppler effect are discussed based on their far fields. The results show that the velocity of the electromagnetic waves and the velocity of the sources cannot be added like vectors; the velocity of electromagnetic waves of moving sources are anisotropic in the vacuum; the transverse Doppler shift is intrinsically included in the fields of the moving sources and is not a pure relativity effect caused by time dilation. Since the fields are rigorous solutions of the Maxwell’s equations, the findings can help us to abort the long-standing misinterpretations concerning about the classic mechanics and the classic electromagnetic theory. Although it may violate the theory of the special relativity, we show mathematically that, when the sources move faster than the light in the vacuum, the electromagnetic barriers and the electromagnetic shock waves can be clearly predicted using the exact solutions. Since they cannot be detected by observers in the region outside their shock wave zones, an intuitive and reasonable hypothesis can be made that the superluminal sources may be considered as a kind of electromagnetic blackholes.
分类： 数学 >> 统计和概率 分类： 统计学 >> 数理统计学 分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2024-04-11
摘要： 统计独立性是统计学和机器学习领域的基础性概念，如何表示和度量统计独立性是该领域的基本问题。Copula理论提供了统计相关关系表示的理论工具，而Copula熵理论则给出了度量统计独立性的概念工具。本文综述了Copula熵的理论和应用，概述了其基本概念定义、定理和性质，以及估计方法。介绍了Copula熵研究的最新进展，包括其在统计学的十个基本问题（结构学习、关联发现、变量选择、因果发现、系统辨识、时延估计、域自适应、正态性检验、双样本检验和变点检测等）上的理论应用。讨论了前四个理论应用之间的关系，以及其对应的深层次的相关性和因果性概念之间的联系，并将Copula熵的（条件）独立性度量框架与基于核函数和距离相关的同类框架进行了理论对比，又通过仿真和实际数据实验评估验证了Copula熵的实际优越性。简述了Copula熵在理论物理学、天体物理学、地球物理学、理论化学、化学信息学、材料学、水文学、气候学、气象学、环境学、生态学、动物形态学、农学、认知神经学、运动神经学、计算神经学、心理学、系统生物学、生物信息学、临床诊断学、老年医学、精神病学、公共卫生学、经济学、管理学、社会学、教育学、计算语言学、新闻传播学、法学、政治学、军事学、情报学，以及能源工程、食品工程、土木建筑、交通运输、制造工程、可靠性工程、冶金工程、化学工程、航空航天、兵器工程、车辆工程、电子工程、通信工程、高性能计算、信息安全、测绘遥感和金融工程等领域的实际应用。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 分类： 物理学 >> 电磁学、光学、声学、传热、经典力学和流体动力学 分类： 电子与通信技术 >> 光电子学与激光技术 分类： 物理学 >> 地球物理学、天文学和天体物理学 分类： 物理学 >> 基本粒子与场物理学 提交时间： 2024-04-08
摘要： The Einstein’s theory of special relativity is based on his two postulates. The first is that the laws of physics are the same in all inertial reference frames. The second is that the velocity of light in the vacuum is the same in all inertial frames. The theory of special relativity is considered to be supported by a large number of experiments. This paper revisits the two postulates according to the new interpretations to the exact solutions of moving sources in the laboratory frame. The exact solutions are obtained using the classic Maxwell’s theory, which clearly show that the propagation velocity of the electromagnetic waves of moving sources in the vacuum is not isotropic; the propagation velocity of the electromagnetic waves and the moving velocity of the sources cannot be added like vectors; the transverse Doppler effect is intrinsically included in the fields of the moving sources. The electromagnetic sources are subject to the Newtonian mechanics, while the electromagnetic fields are subject to the Maxwell’s theory. We argue that since their behaviors are quite different, it is not a best choice to try to bind them together and force them to undergo the same coordinate transformations as a whole, like that in the Lorentz transformations. Furthermore, the Maxwell’s theory does not impose any limitations on the velocity of the electromagnetic waves. To assume that all objects cannot move faster than the light in the vacuum need more examinations. We have carefully checked the main experiment results that were considered as supporting the special relativity. Unfortunately, we found that the experimental results may have been misinterpreted. We here propose a Galilean-Newtonian-Maxwellian relativity, which can give the same or even better explanations to those experimental results.
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 分类： 计算机科学 >> 计算机科学技术其他学科 分类： 工程与技术科学 >> 工程数学 提交时间： 2024-03-30
摘要： 什么是智能？是人工智能的核心问题之一，但是至今没有一个公认的定义。本文从智能与生命的关系视角提出：智能是生物体的基本能力和特征属性，是一种尽量用最小能量实现最大信息量，通过信息处理来适应环境、维持存在的能力。在此基础上，提出了智能是物质能量与信息之间的相互转换能力这一新观点，进一步提出了智能的测度计算方法、平均智能、综合智能等新概念，最后讨论了物质、能量与信息的定量转换关系，指出了智能的上界和能量转换为信息的下界，为便于实际应用，进一步给出一个无量纲的智能测度计算公式。为智能系统定量分析智能的高低给出了可行的计算方法。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2024-01-06
摘要： 近年来工业过程向过程复杂化、规模大型化的方向发展，传统的故障诊断技术已在解决实际工业过程问题时，遇到了一系列难题。随着深度学习(deep learning)在特征提取与模式识别上的优异性能和独特潜力，深度学习技术被用于故障诊断已经成为当前研究的重点。为此本文介绍了几种典型的基于深度学习的故障诊断方法。最后对于深度学习在故障诊断应用中存在的障碍进行了探讨，并对展望了未来的相关研究方向。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2024-01-06
摘要： 虽然目前的基于单幅图像的三维人脸重建方法可以恢复精细的几何细节，但是这些方法具有局限性。某些方法生成的人脸无法真实地设置动画，因为它们没有对皱纹如何随表情变化进行建模。其他方法是在高质量的面部扫描上训练的，并且不能很好地推广到自然场景的图像。报告中使用的方法，能回归三维人脸形状和动画的细节，这些细节是特定于个人的但能随着表情的变化。该方法的模型经过训练，可以从由特定于人的细节参数和通用表情参数组成的低维潜在表示中鲁棒地生成UV位移图，而回归量则经过训练，可以从单个图像中预测细节，形状，表情，姿势和照明参数。为了实现这一点，该方法引入了一种新的细节一致性损失，从依赖于表情的皱纹中分离出特定于人的细节。这种解缠使得能够通过控制表情参数，同时保持个人特定细节不变，来合成逼真的个人特定皱纹。该方法是从自然场景得图像中学习的，没有配对的三维数据监督。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 分类： 生物学 >> 生物进化论 分类： 生物学 >> 生物数学 分类： 物理学 >> 交叉学科物理及相关领域的科学与技术 分类： 生物学 >> 遗传学 提交时间： 2023-10-15
Zhang, Zecheng
Liu, Chunxiuzi
Zhu, Yingjun
Peng, Lu
Qiu, Weiyi
Tang, Qianyuan
Liu, He
Zhang, Ke
Di, Zengru
Liu, Yu
摘要： Background: In bioinformatics, tools like multiple sequence alignment and entropy methods probe sequence information and evolutionary relationships between species. Although powerful, they might miss crucial hierarchical relationships formed by the reuse of repetitive subsequences like duplicons and transposable elements. Such relationships are governed by evolutionary tinkering'', as described by Fran c{c}ois Jacob. The newly developed Ladderpath theory provides a quantitative framework to describe these hierarchical relationships.Results: Based on this theory, we introduce two indicators: order-rate $ eta$, characterizing sequence pattern repetitions and regularities, and ladderpath-complexity $ kappa$, characterizing hierarchical richness within sequences, considering sequence length. Statistical analyses on real amino acid sequences showed: (1) Among the typical species analyzed, humans possess relatively more sequences with large $ kappa$ values. (2) Proteins with a significant proportion of intrinsically disordered regions exhibit increased $ eta$ values. (3) There are almost no super long sequences with low $ eta$. We hypothesize that this arises from varied duplication and mutation frequencies across different evolutionary stages, which in turn suggests a zigzag pattern for the evolution of protein complexity. This is supported by our simulations and examples from protein families such as Ubiquitin and NBPF.Conclusions: Our method emphasizes how objects are generated'', capturing the essence of evolutionary tinkering and reuse. The findings hint at a connection between sequence orderliness and structural uncertainty, and suggest that different species or those in varied environments might adopt distinct protein elongation strategies. These insights highlight our method's value for further in-depth evolutionary biology applications.
分类： 物理学 >> 普通物理:统计和量子力学,量子信息等 分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-10-12
摘要： 立体视觉是根据人双眼、昆虫复眼深度视觉原理,通过多个摄像机从不同角度同时获得周围景物 的多幅数字图像,由立体匹配技术得到多幅图像上的对应点,并且由对应点的视差信息重建三维物体图像. 现有的多目视觉三维重建和立体匹配方法的生物学机制仍然未知,也不知道人双眼和昆虫复眼是如何感 知深度信息、进行快速准确立体匹配的.通过热光的近场高阶空间相干性,研究了多视图立体视觉的神经 生物学机制,给出了双视图和多视图立体视觉的三维重建公式.得到的结果与视觉神经科学的理论一致.
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对经典相关功耗分析过程中存在噪声等因素的影响,基于汉明重量与功耗轨迹之间存在线性相关的特性,提出 一种针对AES密码芯片的相关功耗分析方法。根据密码算法S盒输出中间值汉明重量分布不均匀的特性,利用区分比将 正确密钥与错误密钥进行筛选,得到与功耗轨迹相关性较强的一组明文。在密钥恢复阶段,通过观察这组明文输入找到前 2个S盒的泄漏点后,利用分别猜测法逐一找出剩余14个S盒的泄漏区间,而无需遍历所有功耗轨迹即可捕获剩余字节的 密钥信息。AT89S52芯片实验分析表明,采用此方法仅需9条明文和对应功耗轨迹即可以90%的成功率正确恢复出AES 的单个字节密钥信息,计算复杂度仅为经典相关功耗分析的4.1%,显著提升了相关功耗分析的效率。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对轻量级认证加密算法ASCON的结构,提出一种差分功耗分析方法。该方法结合算法S盒实现特点,利用汉 明重量模型作为功耗区分函数,将功耗曲线分组,并恢复出加密用的主密钥。进一步地,对于DPA攻击中出现的魅峰, 给出一种功耗曲线预处理方法,先将曲线根据明文分组并求均值,再对预处理后的曲线发起DPA攻击。通过采集sa 置换 泄露的1 500条功耗曲线,能快速恢复出其主密钥的44 bit。此外,直接攻击原始曲线所需时间为21 849.888 9 ms,引入预 处理技术后,攻击预处理的曲线所需时间为198.911 3 ms,约为直接攻击原始曲线所需时间的1/109。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对排序聚类定位算法类匹配精度较低,且用于位置解算的指纹点中存在异常指纹点的问题,提出一种匹配优化 与距离辅助的Wi-Fi定位算法。根据用户前后位置、距离和步长,设计了一种类匹配偏差检测模型,用来判断用户位置异 常和匹配偏差;将排序后的接收信号强度向量中相邻元素作差,并与设定阈值相比较,确定待定位点排序特征向量变化位 置,进行交换,以达到校正的目的,进而得到校正合并的类匹配结果;根据定位时前m 时间段内所确定的用户位置与匹配类 中指纹点的距离远近,剔除用于位置解算指纹点中的异常指纹点,实现更为精确的室内定位。仿真实验结果表明,该算法 类匹配精度提高了17%,平均定位精度提高了22%。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对后向投影算法(BP算法)对多目标进行成像时存在目标位置模糊以及旁瓣高的问题,在分析FDA目标回波幅 值所具有的累加特性后,提出了一种基于聚类相参叠加的频率分集阵列雷达目标成像方法。在分析及仿真BP算法成像过 程中,发现目标点具有能量集中特性且与虚像点能量存在差异性,而K均值聚类算法能充分利用目标点的这些特性,对雷 达成像区域目标点进行特征提取及分类,并只对分类后特定簇的网格点进行时延补偿,之后将回波幅值进行叠加,从而得 到成像区域中时延补偿网格点的能量值,最终实现多目标清晰二维成像。仿真实验结果表明,该方法可有效解决BP算法 对多目标进行成像时目标位置模糊及旁瓣高的问题,同时提高了成像结果的精确度。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对无人机集群截获的信号样本难以直接融合分析,以及训练样本较少且工作模式样本不平衡条件下多功能雷达 (MFR)工作模式识别精度低的问题,提出了一种基于自组织映射(SOM)聚类平滑图信号生成的MFR工作模式识别方法。 首先,利用分布式SOM算法对截获的信号样本集进行聚类,提取样本之间的相似性;然后,依据聚类结果将信号样本集以 平滑图信号的方式表征,建立同一工作模式下信号样本的关联;最后,采用图注意力网络对上述图信号进行图节点数据融 合与分类,完成MFR工作模式识别。实验结果表明,在工作模式样本不平衡度约为10∶1,每种类别训练样本数为25时,该 方法的识别准确率和F1指数相对现有方法分别提高了22.8%、22.34%,且能适用于存在一定噪声干扰的情况。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对地下目标体周围介质参数估计问题,提出一种基于图像熵的介质参数估计方法。首先推导了介质条件下频率 分集阵列探地雷达的点扩展函数,分析了点扩展函数与后向投影成像算法之间的联系,然后将频率分集探地雷达与超宽带 探地雷达成像结果做了对比分析。对于同一块包含目标的待成像区域而言,介质参数对电磁波的传播速度有较大的影响, 当采用不同的介质参数分别对该区域进行成像时,得到的成像结果亦不相同。对不同参数下的成像结果进行图像熵的计 算,成像结果的图像熵值越小,则在使用该参数时成像的聚焦度越好,所对应的介质参数越接近其真实值。实验结果表明: 在介质的电导率不为零时,频率分集探地雷达较超宽带探地雷达在目标定位成像方面具有更好的效果,且当目标为细长目 标体时,所提出的参数估计方法能够对目标体周围介质参数进行有效估计。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对频率分集阵列三维合成孔径雷达(3D-FDA-SAR)成像方法阵元数目多、阵元利用率低的问题,提出一种基于 多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法。将3D-FDA-SAR切航迹向的频率分集阵列改为多输入多输出频率分集阵 列,多输入多输出频率分集阵列随运动平台运动,在沿航迹向形成综合孔径,结合切航迹向的实阵列,合成虚拟二维频率分 集阵列平面,获得对目标的下视三维成像能力。首先建立多输入多输出3D-FDA-SAR成像模型与信号模型,利用多输入 多输出技术,在发射端发送波形正交信号单频窄带信号,在接收端通过全频接收方式,接收所有发射阵元经目标反射后的 回波信号,经正交匹配滤波器进行信号分离,获得不同收发通道的回波数据,再利用后向投影算法对回波数据进行成像处 理,最终获得目标的三维成像结果。仿真结果表明,基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法使用少量阵元,提高 了阵元利用率,获得了对下视目标的三维成像能力。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 基于宽带发射信号的相控阵三维合成孔径雷达(SAR)系统硬件设计复杂且接收信号不易分离。通过将频率分集 阵列应用到三维SAR中,线阵各阵元只需发射单频信号便可获得宽带观测性能,可大大降低系统硬件要求,但由于频率分 集阵列的回波信号具有空间-频率稀疏特性,采用基于匹配滤波思想的传统后向投影算法成像时,分辨率受限且图像旁瓣 较高。针对此问题,提出一种基于压缩感知的随机频率分集阵列SAR三维成像方法。该方法通过在切航迹向随机稀疏选 取阵元,在沿航迹向随机稀疏选取观测位置,实现对回波数据的二维稀疏采样。在成像部分,采用正交匹配追踪算法对空 间目标散射系数进行重构。仿真和实测实验结果表明,该压缩感知成像方法不仅可以减少频率分集阵列三维SAR系统的 数据处理量,还能够有效抑制雷达图像旁瓣,成像质量显著提高。利用压缩感知算法,频率分集阵列三维SAR可以在回波 稀疏的情况下准确重构目标信息,验证了所提方法的合理性和有效性。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2023-02-14 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 空时信号的在线重构问题可归结为对差分平滑的时变图信号的恢复问题。对于该凸优化问题,现有的基于梯度下 降法的分布式重构算法在优化问题的海森矩阵条件数较大时收敛速度极慢,在单个观测区间内算法最大迭代次数受限时 重构误差较大。针对该问题,提出了一种基于近似牛顿法的分布式在线重构算法。首先通过子图划分将原优化问题分解 为一系列子图上的局部优化问题,并求出该局部问题的解,然后对子图间的局部解作融合平均计算,得到近似的全局最优 解,再依据近似解与实际最优解之间的差距,证明以此方式求得的子图划分与融合矩阵具有稀疏性,且可作为原优化问题 的海森逆近似矩阵,最后将该近似矩阵替换至经典的牛顿法迭代公式,并利用该近似矩阵的结构化稀疏性实现分布式运 算。仿真结果表明,与现有算法相比,该算法收敛速度更快,重构误差更小,所需通信量更少。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2022-10-26 合作期刊: 《桂林电子科技大学学报》
摘要： 针对智能体在局部观测下无法有效决策的问题,提出了一种结合深度强化学习的冲突消解方法。该方法基于 DDQN算法,利用强化学习的学习模式的特性,计算智能体的累计回报,通过回报值的大小确定智能体的优先级,从而达到 冲突消解的目的。通过模拟现实生活中的堵车场景对该方法进行评估,实验结果表明,该方法能有效解决智能体的冲突。
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 分类： 物理学 >> 交叉学科物理及相关领域的科学与技术 提交时间： 2022-08-15
摘要： The notion of information and complexity are important concepts in many scientific fields such as molecular biology, evolutionary theory and exobiology. Many measures of these quantities are either difficult to compute, rely on the statistical notion of information, or can only be applied to strings. Based on assembly theory, we propose the notion of a ladderpath, which describes how an object can be decomposed into hierarchical structures using repetitive elements. From the ladderpath two measures naturally emerge: the ladderpath-index and the order-index, which represent two axes of complexity. We show how the ladderpath approach can be applied to both strings and spatial patterns and argue that all systems that undergo evolution can be described as ladderpaths. Further, we discuss possible applications to human language and the origin of life. The ladderpath approach provides an alternative characterization of the information that is contained in a single object (or a system) and could aid in our understanding of evolving systems and the origin of life in particular.
分类： 信息科学与系统科学 >> 信息科学与系统科学基础学科 提交时间： 2022-07-09
摘要： [目的] 分析基于信息六元组模型的信息容量定义和性质，提出信息与物质、能量和时间的关系公式，为信息科学特别是量子信息科技应用提供理论参照。 [方法] 基于客观信息论提出的信息六元组模型，结合量子信息理论，通过严格的数学公理化方法，研究了多种组合条件下的信息容量效应，推导了信息容量与质量、能量和时间的关系。 [结果] 证明了利用信息熵定义信息容量仅仅是客观信息论所定义信息容量的一种特例，估算了单个量子载体所能承载的信息容量，推导给出信息与物质、能量和时间的关系公式，并以此计算和分析了迄今为止宇宙可能承载的信息容量。 [局限] 相关理论方法需要在物理学实证研究和复杂信息系统科学应用中得到验证。 [结论] 客观信息论的信息容量内涵能够较为深刻和准确地揭示客观世界物质、能量、和信息三大组成要素之间的相互关系，具有很好的普适意义和应用前景。
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