应用科学学报

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1. 神经网络剪枝技术研究综述

姜晓勇, 李忠义, 黄朗月, 彭孟乐, 徐书杨

应用科学学报 2022, 40 (5): 838-849. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.05.013

摘要（2498）

PDF（pc）（1569KB）（814）

本文梳理了神经网络剪枝技术的起源与研究进展，将其分为对权重参数稀疏化的非结构化剪枝和粗粒度的结构化剪枝，分别介绍了两者近年来具有代表性的方法。由于剪枝减少了模型参数，压缩了模型大小，使得深度模型能应用于嵌入式设备，表现出剪枝在深度学习模型压缩领域中的重要性。针对现有剪枝技术，阐述了一些在实际应用和衡量标准上存在的问题，并对未来的研究发展方向进行了展望。

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2. 植物三维点云分割

赖亦斌, 陆声链, 钱婷婷, 宋真, 陈明

应用科学学报 2021, 39 (4): 660-671. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.013

摘要（2519）

PDF（pc）（5604KB）（611）

针对植物点云具有形状不规则、密度不均匀的特点，提出一种适用于植物的三维点云分割方法。将烟草、玉米、黄瓜这3种植物作为样本数据，以滤波等预处理方法去除离群点与背景点，以欧氏聚类算法分割植物群体，并用区域增长算法、边缘提取算法、超体素聚类算法以及基于凹凸性的方法来分割叶片器官。将所提出的方法用于分割烟草、玉米的三维点云，其覆盖率分别为87.5%、96.9%，从而验证了该方法的可行性与有效性，为自动提取作物叶器官表型研究提供了线索。

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3. 基于卷积神经网络的时空权重姿态运动特征提取算法

郑长亮, 庞明

应用科学学报 2021, 39 (4): 594-604. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.007

摘要（2331）

PDF（pc）（1811KB）（538）

在传统姿态运动特征提取过程中存在有效提取效率低的问题，于是提出了基于卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）算法的时空权重姿态运动特征提取算法。针对所选择的运动时空样本，提取相应的时空运动关键帧并以静态图像的形式输出；采取运动目标检测、图像增强等多项措施完成初始运动图像的预处理工作；借助CNN将运动特征矢量化；采用时空权重自适应插值方法减少运动边缘检测误差，从姿态边缘特征和姿态运动时空特征两方面实现姿态运动特征提取，并输出提取结果。与传统算法进行对比实验的结果表明，所提出的算法在有效特征数量方面得到了提升。

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4. 用于Hg²⁺浓度检测的S型光纤包层SPR传感器

魏勇, 赵晓玲, 王锐, 刘春兰, 张永慧

应用科学学报 2022, 40 (6): 896-905. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.06.002

摘要（1690）

PDF（pc）（6185KB）（528）

光纤包层型表面等离子体共振（surface plasmon resonance,SPR）传感器不需去除包层，可用于生化传感，但该传感器存在结构种类较少的问题。为此该文提出一种基于S型光纤的新型包层SPR传感器结构，利用电熔技术制作S型光纤，在S型结构后面的包层表面镀制50nm金膜，实现纤芯中的光耦合至包层，然后与包层表面金膜接触，构成光纤包层型SPR传感器，最后实现了Hg²⁺浓度检测。在5pmol/L~5mmol/L的浓度检测范围内，SPR共振谷波长由633.03nm移动至645.09nm，检测灵敏度达1.382nm/lg(mmol/L)。S型光纤包层SPR传感器制作简单，可用于单模、多模光纤以实现包层SPR传感，尤其适用于生化检测领域。

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5. 基于三维卷积和CLSTM神经网络的水产养殖溶解氧预测

查玉坤, 张其林, 赵永标, 杭波

应用科学学报 2021, 39 (4): 615-626. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.009

摘要（2204）

PDF（pc）（1179KB）（507）

提出了一种基于三维卷积和卷积长短期记忆（convolutional long short-term memory，CLSTM）神经网络的水产养殖溶解氧预测模型。首先，将输入向量及其转置相乘形成一个单通道矩阵，把一定时间段内的单通道矩阵堆叠成一个立方体作为输入数据；然后，将输入数据进行连续两次三维卷积来细化溶解氧相关因素的特征，并删除池化层以简化计算；最后，将三维卷积抽取的特征结果输入CLSTM模型以提取时间维度的信息，在全连接层根据梯度下降算法将数据反向更新。采集湖北省襄阳市某家特种水产养殖有限公司的实际数据进行实验。结果表明：相比于传统BP神经网络模型、Conv3D、Conv2D，所提出的模型具有更快的训练收敛速度、更高的预测精度和更好的预测稳定性，可以满足实际生产的需要。

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6. 基于决策树-逻辑回归模型精确识别僵尸企业

吴东鹏, 王峥, 童薇, 叶枫, 宋楚翘

应用科学学报 2021, 39 (4): 569-580. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.005

摘要（2221）

PDF（pc）（671KB）（457）

针对如何精准识别僵尸企业的问题，借助湖南科创信息有限公司公开的企业信息数据集，提出了一种决策树-逻辑回归的僵尸企业识别方法。该方法用中位数填充缺失数和离群值，然后分析数据集并进行特征衍生，最后使用多元线性回归和卡方检验等方法完成特征筛选。为了验证所提出方法的有效性，分别在阿里云环境和本地环境下将该方法与过度借贷法、连续亏损法、随机森林算法、BP神经网络算法、XGBoost算法进行比较。每个模型均训练50次，每次训练按一定比例随机选取数据，最终取各个指标的平均值作为最终实验结果。实验结果表明：所提出的决策树-逻辑回归模型对于僵尸企业的识别准确率最高，达到99.98%；并且模型的运行速度相对各种集成模型的速度有较大优势，平均执行时间约为1.5 s。在各实验环境中，实验结果差异较小，验证了该模型的有效性和稳定性。

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7. 基于Mask-YOLO的复杂场景口罩佩戴检测

魏明军, 周太宇, 纪占林, 张鑫楠

应用科学学报 2022, 40 (1): 93-104. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.01.009

摘要（2187）

PDF（pc）（22008KB）（450）

针对公共场所口罩佩戴检测存在遮挡、密集和小尺度的情况而导致检测精度不高的问题，以实时目标检测算法YOLOv3为基础提出一种Mask-YOLO算法。首先在特征融合过程中引入通道注意力机制以突出重要特征，减少了融合后冗余特征的影响，有效提高了特征利用率；然后以完全交并比（complete intersection over union，CIoU）损失代替均方差损失（mean square error，MSE）作为边框回归的损失函数，提高了定位精度；最后除了检测佩戴和未佩戴口罩的情况外，还对不正确佩戴口罩的情况进行了检测。实验结果表明：与YOLOv3算法相比，Mask-YOLO算法在每秒帧率（frame per second，FPS）仅下降1%的情况下使平均精度均值（mean average precision，mAP）提高了4.78%。与其他主流的目标检测算法相比，Mask-YOLO算法在复杂场景下对口罩佩戴检测也有更好的效果和鲁棒性。

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8. 基于流引擎的微服务动态交互平台设计

尹屹凡, 许开州, 王燕华, 周鑫, 蔡鸿明

应用科学学报 2021, 39 (4): 521-531. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.001

摘要（2156）

PDF（pc）（776KB）（435）

针对传统服务组织高耦合、低透明、变更复杂等问题，提出了以物联大数据为中心的基于流引擎的微服务动态交互平台构造方案。将服务流程拆解为细粒度的微服务模型，以统一的表述方式明确服务的边界，使服务在开发过程中不再依赖于其他服务的接口也可以实现。用流数据通道将微服务连通起来，在生产者侧基于数据时空特征进行服务封装以构建统一的信息表示，在消费者侧进行服务解析并重新划分组织数据，从而在数据驱动下形成对应完整业务流程的服务。该方案实现了可视化的微服务动态交互管理平台，可用于发动机制造的旋压检测工艺流程。与传统的面向服务架构的设计相比，该平台设计耦合度低，能实现灵活的服务变更、拓展和演化，且在服务监控和故障处理等方面也有更好的表现。

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9. 基于CNN和Bi-LSTM的脑电波情感分析

朱丽, 杨青, 吴涛, 李晨, 李铭

应用科学学报 2022, 40 (1): 1-12. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.01.001

摘要（2344）

PDF（pc）（1792KB）（396）

针对目前大多数脑电波情感识别方法存在的依赖手动特征提取等问题，提出一种基于卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）和双向长短时记忆（bidirectional long short-term memory，Bi-LSTM）网络的混合模型。首先将一维数据转换为二维数据，采用CNN提取空间特征；然后将一维数据输入Bi-LSTM，获取时间特征；最后将融合的空间和时间特征输入Softmax分类器，得到最终分类结果。在DEAP数据集上的实验结果表明：CNN和Bi-LSTM混合模型具有较好的分类性能，在效价度和唤醒度上的准确率分别达到88.55%和89.07%，是一种可行的脑电波情感分类模型。

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10. 基于脑电信号深度学习的情感分类

郝琰, 石慧宇, 霍首君, 韩丹, 曹锐

应用科学学报 2021, 39 (3): 347-346. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.03.001

摘要（2068）

PDF（pc）（2087KB）（361）

情感脑电研究作为人工智能高级阶段的重要任务，近年来受到越来越多的关注。情感脑电分类广泛应用于人机交互、医学研究等领域。该文以轻量级的卷积神经网络为核心，设计了情感脑电分类模型，以DEAP（dataset for emotion analysis using physiologicalsignals）提供的情感脑电图数据为基础，将其中的观看视频划分为唤醒度和愉悦度2个维度。为了获得频域信息，提取了theta、alpha、beta和gamma波段的功率谱密度特征进行评估，并将功率谱密度矩阵表示为二维灰度图像。然后将该图像输入到卷积神经网络训练分类模型并完成2个维度的分类任务。实验结果表明，与传统机器学习相比，卷积神经网络具有更好的分类效果，唤醒度分类准确率达到了82.33%，愉悦度分类准确率达到了75.46%。

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11. 基于改进的MMR算法的新闻文本抽取式摘要方法

程琨, 李传艺, 贾欣欣, 葛季栋, 骆斌

应用科学学报 2021, 39 (3): 443-442. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.03.010

摘要（1899）

PDF（pc）（677KB）（357）

提出了基于最大边缘相关（maximal marginal relevance，MMR）的新闻摘要方法以及基于支持向量机（support vector machine，SVM）和MMR相结合的新闻摘要方法。其中，第1种方法是对传统MMR模型进行了改进，第2种方法使用了改进MMR模型对SVM分类结果进行了二次选择。实验表明：相比于传统MMR模型，该文提出的基于改进MMR的摘要方法和基于SVM-MMR的摘要方法的平均准确率分别提升了0.148、0.204，且基于MMR的新闻摘要方法的摘要效率约为基于SVM-MMR的摘要方法的3倍。改进的MMR算法更加适用于对摘要效率要求高的应用场景，特别是对长文本进行摘要。基于SVM-MMR的摘要方法则更适用于生成对文本内容覆盖相对全面的摘要。

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12. 基于强化学习的多模态场景人体危险行为识别方法

张晓龙, 王庆伟, 李尚滨

应用科学学报 2021, 39 (4): 605-614. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.008

摘要（2281）

PDF（pc）（4465KB）（353）

在多模态场景下，常规人体危险行为识别方法对人体危险行为的识别精度较低，于是提出了基于强化学习的多模态场景人体危险行为识别方法。首先根据强化学习的特征提取算法获取多模态场景人体危险行为特征集，其次基于强化学习数据决策提取多模态场景人体危险行为，构建人体危险行为模糊识别模型。最后将上述人体危险行为特征子集代入模型，计算不同感官下危险行为的隶属度，实现多模态场景人体危险行为的识别。实验结果表明：该方法对危险行为的识别准确率较高，其识别延迟时间低于300 ms。

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13. 基于计算机视觉的水位检测算法

孙维亚, 王达, 许帅, 汪京晔, 马占宇

应用科学学报 2022, 40 (3): 434-447. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.007

摘要（2446）

PDF（pc）（6429KB）（339）

鉴于传统的水位读数方法误差大，成本高，需要一种精确、实时、鲁棒的智能水位检测算法来高效读取水位，为此提出了一种基于计算机视觉的水位检测算法以满足实际需求。首先对拍摄到的图像进行预处理和边缘检测以找出水尺位置，并通过仿射变换对水尺进行矫正。通过两种策略在水尺区域找到水尺关键字的位置，即关键字处理。然后对边缘特征进行投影并检测出水面位置。最后根据关键字处理结果和边缘特征计算得到水面高度。大量实验和实地测试的结果表明：所提算法在基于计算机视觉的水位检测、水尺读数等领域具有理论和应用的双重价值。

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14. SlightDetection：一种以太坊智能合约安全漏洞的静态分析工具

陈霄汉, 赵相福, 张登记, 费佳佳

应用科学学报 2022, 40 (4): 695-712. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.04.012

摘要（1681）

PDF（pc）（645KB）（332）

以太坊智能合约若存在安全漏洞，则会导致无可估量的损失。为缓解该问题，提出了一种以静态程序分析技术实现代码全覆盖的智能合约漏洞检测工具SlightDetection。该工具将智能合约源代码转化为对应的抽象语法树，并翻译为XML中间表示；以几个经典漏洞的特征为例，书写自定义的XPath规则库；将XML中间表示与XPath库作为输入不断遍历XPath规则库并进行匹配，最终得到漏洞检测的报告。该文测试了3个经典合约，充分展示了SlightDetection具有更快、更准确的检测特性；对Etherscan上提供的大量智能合约进行测试并对其中100多份合约进行了手动验证，进一步证明了该工具的有效性。

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15. 高分遥感影像不同形状建筑物半自动提取与规则化

崔卫红, 李佳, 刘宇

应用科学学报 2022, 40 (3): 372-388. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2022.03.002

摘要（1964）

PDF（pc）（8968KB）（330）

现有的高空间分辨率遥感影像交互式建筑物提取方法需要用户在建筑物上勾画出与建筑物大小和形状相近的线，且大多方法只能提取直角建筑物。为降低交互要求并实现不同形状建筑物的精确提取，该文首先在用户少量交互的基础上采用区域生长、高斯混合模型、CannyLines线段检测算法以及基于多星形约束的最大流/最小割分割模型获得建筑物图斑，然后分别针对直角建筑物和非直角建筑物图斑进行规则化，得到与实际建筑物形状一致的提取结果。实验表明，该方法交互简单且建筑物提取精度F₁值可达到0.9，具有较强的鲁棒性。

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16. 基于交互信息的混合特征选择算法

姜文煊, 段友祥, 孙歧峰

应用科学学报 2021, 39 (4): 545-558. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.003

摘要（2282）

PDF（pc）（1617KB）（322）

针对传统的特征选择算法只专注于特征间的相关性和冗余性而没有考虑特征之间交互作用的问题，提出一种基于交互信息的混合特征选择（hybrid feature selection based onmutual information，MIHFS）算法，该算法以K-最近邻算法的分类准确率作为衡量所选特征分类性能的评价指标，有效地去除了冗余和不相关的特征，保留了具有交互作用的特征。为了评估该算法的性能，从分类准确率、所选特征数量以及算法稳定性三方面，与最大相关最小冗余、联合互信息等7种特征选择算法在8个数据集上进行了实验比较和分析。实验结果表明：MIHFS算法具有较强的稳定性，不仅有效降低了特征空间的维数，而且在所选特征的分类性能方面明显优于其他特征选择算法。最后将MIHFS算法与灰色关联分析法-逼近理想解的排序技术法相结合并应用到高邮凹陷永安地区戴一段地质评价中，其评价结果准确率为80%，与实际钻探结果基本吻合，具有较高的可靠性，能够有效指导油气地质评价。

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17. 基于级联可分离空洞残差U-Net的肝脏肿瘤分割

于群, 张建新, 魏小鹏, 张强

应用科学学报 2021, 39 (3): 378-377. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.03.004

摘要（1757）

PDF（pc）（8083KB）（292）

计算机辅助肝脏肿瘤分割可减少医生工作量，提高手术成功率，因而具有重要的临床诊疗价值。为获得精确的肝脏肿瘤自动分割结果，该文结合医学影像分割领域近年新兴的U-Net模块提出了基于级联可分离空洞残差U-Net（cascaded separable and dilated residualU-Net，CSDResU-Net）的肝脏肿瘤分割方法。CSDResU-Net采用了级联操作，解决了因肿瘤在整幅图像中占比小而造成的肿瘤分割数据不平衡问题；通过在分割网络中整合残差单元、深度可分离卷积和空洞卷积，能够增加卷积核感受野并快速提取更具判别性的肝脏肿瘤图像特征，从而提高肝脏肿瘤分割精度。在国际医学图像计算和计算机辅助干预协会肝脏肿瘤分割数据库上的实验结果表明，CSDResU-Net比基线方法的Dice系数指标提升了1.3%，同时发现空洞率对分割网络的性能表现影响较大。

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18. 基于双流LSTM神经网络的股价趋势预测

吴峰, 谢聪, 姬少培

应用科学学报 2023, 41 (2): 344-358. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.013

摘要（2041）

PDF（pc）（1900KB）（284）

股价波动研究依赖分析金融新闻数据集浅层特征，而忽略了金融新闻句子中单词之间的结构关系，从而导致股价波动预测研究效果不佳。针对该问题，提出了一种基于双流长短时记忆网络（long short term memory network,LSTM）神经网络的股价趋势预测模型（Sent2Vec-DLSTM）。该模型的创新之处在于：提出了基于金融股票新闻数据集和哈佛IV-4情绪词典训练的情感词向量生成模型——Sent2Vec；提出了新型的双流LSTM神经网络（Dual-stream LSTM,DLSTM）。在实验中，首先用标普500指数历史数据以及爬取获得的金融类文章进行标普500指数的趋势预测，然后用VietStock新闻和来自Cophieu68的股票价格数据预测VN指数的变化趋势。结果表明，Sent2Vec-DLSTM相较于现有模型在股价趋势预测中具有更好的效果。

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19. 基于CycleGAN的图像隐私保护

谢艺艺, 张玉书, 赵若宇, 温文媖, 周玉倩

应用科学学报 2023, 41 (2): 228-239. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2023.02.004

摘要（2208）

PDF（pc）（9135KB）（278）

社交媒体和云平台为图像的传播和存储带来了便利，但同时也引起了人们对于图像隐私的担忧。因此，需要采取一定的措施去保护图像的隐私，以防止隐私被窃取和非法使用。基于上述目标，本文提出了基于循环对抗网络（cycle-consistent generative adversarialnetworks,CycleGAN）的图像隐私保护。为了在图像隐私保护中兼顾可用性，该方法先用图像分割和CycleGAN组合，选择出不同的分割系数来辅助生成不同程度的隐私保护图像。然后利用可逆信息隐藏对生成的隐私保护图像进行信息的嵌入，从而阻止非法使用者在图像重构中提取隐私信息，进而保证了整个过程图像隐私保护和可用性的平衡。本文用PIPA数据集对该方法进行训练和测试，采用峰值信噪比和结构相似性指数作为客观指标对隐私保护的图像进行评估。实验结果表明，本方案在图像隐私保护和可用性两方面都优于其他对比方案。

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20. 基于中心点和双重注意力机制的无人机高分辨率图像小目标检测算法

王胜科, 任鹏飞, 吕昕, 庄新发

应用科学学报 2021, 39 (4): 650-659. DOI: 10.3969/j.issn.0255-8297.2021.04.012

摘要（2363）

PDF（pc）（6345KB）（269）

无人机拍摄的图像具有分辨率高、视野大以及目标小的特点，而现有的目标检测方法对小目标特征的提取能力不足。为此，首先采用以中心点表示目标的检测网络CenterNet，引入可变形双重注意力机制，以提高对小目标的特征表达能力；然后针对原始非极大值抑制难以处理嵌套型冗余框的问题，在冗余检测剔除过程中提出了广义非极大值抑制方法；最后引入LegoNet卷积单元，减少了卷积参数，实现了精度与速度的平衡。实验主要采用的验证数据集为VisDrone2019和UAV_OUC，UAV_OUC数据集相比于VisDrone2019，其图片具有更高的分辨率。相比于CenterNet，所提出的方法在数据集UAV_OUC和VisDrone2019上的检测精度大约分别提高了10%和2%。

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