k-均值算法的初始化方法综述

k-均值问题自提出以来一直吸引组合优化和计算机科学领域的广泛关注, 是经典的NP-难问题之一. 给定N个d维实向量构成的观测集, 目标是把这N个观测点划分到k(\leq N)个集合中, 使得所有集合中的点到对应的聚类中心距离的平方和最小, 一个集合的聚类中心指的是该集合 中所有观测点的均值. k-均值算法作为解决k-均值问题的启发式算法,在实际应用中因其出色的收敛速度而倍受欢迎. k-均值算法可描述为: 给定问题的初始化分组, 交替进行指派(将观测点分配到离其最近的均值点)和更新(计算新的聚类的均值点)直到收敛到某一解. 该算法通常被认为几乎是线性收敛的. 但缺点也很明显, 无法保证得到的是全局最优解, 并且算法结果好坏过于依赖初始解的选取. 于是学者们纷纷提出不同的初始化方法来提高k-均值算法的质量. 现筛选和罗列了关于选取初始解的k-均值算法的初始化方法供读者参考.     

声操控微粒研究进展*

声操控微粒是利用声波与微粒之间动量和能量交换产生的声辐射力操纵微粒的运动,具有非接触、生物兼容性好、无需对微粒进行化学生物标记、装置简单易集成等优点,在精密制造、精准医疗等领域具有广阔的应用前景,是当前操控领域的研究热点。该文主要综述最近十年声辐射力理论研究、声场调控方法以及微粒操控形式等方面的研究工作,并对声操控的未来发展方向进行了展望。     

花青素对植物反射特性的影响及遥感估算：叶片尺度

花青素是植物三大色素之一,与植物的生长发育、生长状态以及生长环境状况密切相关,花青素动态变化对生态环境的监测和预警具有重要意义。对叶片光学特性与色素关系的深入理解是估算色素浓度的前提,然而花青素对叶片光学属性的影响并未能得到系统地分析,极大地限制了植物花青素的反演和监测。该研究从机理出发,采用包含花青素参数的新一代植物叶片辐射传输模型PROSPECT-D,结合改进的Sobol’算法,获取输入参数协同变化条件下叶片的光学表现,计算模型参数的全局敏感性指数,全面分析花青素对叶片光学属性的影响,探索花青素的光学敏感波谱区间,在此基础上,以地面实测的叶片波谱和色素数据为样本,发展并探讨叶片尺度花青素的遥感反演方法。结果表明,Sobol’全局敏感性分析结果受样本量变化的影响,总敏感性指数在样本数为3 000时达到稳定;花青素主要影响400～689 nm波谱范围的叶片反射特性,叶片对光子的反射能力随花青素含量的增加而降低;叶绿素、类胡萝卜素与花青素对叶片的反射存在协同作用,在467～589 nm波谱区间,花青素对叶片反射的贡献高于其他参数,花青素总敏感性指数在509 nm处最高(86.64%);基...     

铜锌锡硫正极全固态薄膜锂离子电池的研究

采用铜锌锡硫(CZTS)四元硫化物材料作为全固态薄膜锂离子电池(TFLB)的正极功能层.通过磁控溅射及硫化工艺制备了CZTS多晶薄膜,并经过组分调控及硫化工艺控制等方案,提高了CZTS正极薄膜的电子导电性.此外,通过引入疏松的微观结构,抑制了由充放电过程中的体积膨胀所导致的容量衰减,提升了TFLB循环性能.所制得的TFLB结构为玻璃/Mo/CZTS/LiPON/Li,首圈放电容量高达200μAh·cm-2 ·μm-1(482 mAh ·g-1),放电平台约为1.1V.     

高分辨率及高灵敏度小动物PET研究进展

作为一种高灵敏度且具有定量测量能力的功能分子影像技术,小动物PET越来越广泛地用于各种生物医学研究,例如疾病动物模型研究、新药物研发和新治疗方法评估等。首先回顾小动物PET成像系统的发展历史、效率和空间分辨率等性能的改进和产业化;其次,讨论了影响PET空间分辨率和效率的各种因素,包括晶体大小、探测器几何、正电子射程、光子非共线效应、图像重建算法和阻碍PET系统同时达到高空间分辨率和高效率的相互作用深度不确定效应;最后,介绍了小动物PET成像系统在以下几个方面的取得的最新进展:（1）高密度、小的光衰减常数和高光产额的闪烁晶体;（2）体积小、增益大、时间性能好、工作电压低和磁兼容的新型硅光电倍增管光探测器;（3）各种深度测量PET探测器,详细介绍了一个可达到分辨0.43 mm×0.43 mm×20 mm晶格和达到2.4 mm深度分辨率的双端读出探测器;（4）使用深度测量探测器的小动物PET成像系统,详细介绍了一个使用高分辨率双端读出探测器,全视野达到0.55 mm平均位置分辨率的小动物PET原型系统;（5）磁兼容插件式小动物PET成像系统和PET/MRI同时成像的优点;（6）小动物PET图像重建和数据校正的特点、传统的滤波反投影算法和新的迭代算法的优缺点和PET图像重建算法未来的发展方向。As the most sensitive and quantitative molecular imaging technique,small animal positron emission tomography (PET) has become a widely used tool in biomedical research such as in animal model of human disease,development of new drugs and the evaluation of new therapeutics.In this paper,first the history,the efforts to improve the spatial resolution and sensitivity as well as the commercialization process of small animal PET scanner are reviewed.Then the factors that affect the spatial resolution and sensitivity of PET scanner such as crystal size,detector geometry,positron range,photon noncollinearity and imaging reconstruction are discussed in detail.The depth of interaction effect which hinders the simultaneous achievement of PET spatial resolution and sensitivity are also discussed.Finally the recent progress made in the following areas of small animal PET instrumentation are introduced:(1) high density,short light decay constant and bright scintillator,(2) compact,high gain,good timing resolution,low bias voltage and MRI compatible silicon photomultiplier,(3) depth encoding detectors by using different methods,a detector using dual-ended readout,identifying 0.43 mm×0.43 mm×20 mm crystals and achieving a 2.4 mm depth of interaction resolution was introduced in detail,(4) small animal PET scanners using depth encoding detectors,a prototype scanner using high resolution dualended readout detectors and achieving an average of 0.55 mm spatial resolution in the whole field of view was introduced in detail.(5) MRI compatible small animal PET inserts and the advantage of simultaneous PET/MRI imaging,(6) image reconstruction and data correction of small animal PET,the filter back projection and iterative reconstruction algorithms are compared and a few key directions of PET image reconstruction will be presented.     

应用于基因分析的最新SERS技术*

表面增强拉曼散射（SERS）是一种基于拉曼散射原理识别生物及化学分子的分析方法。SERS具有灵敏度高、水干扰小、分辨率高、稳定性好等优点,广泛应用于生物分析和生物医学研究领域。近年来,SERS技术在基因分析领域得到迅速的发展,成为国内外研究的热点。本文对应用于基因分析的一些最新SERS技术（包括基因的免标记检测和标记检测）进行较为全面的综述,着重介绍了免标记检测中基于金属纳米粒子和针尖增强拉曼散射的SERS技术,标记检测中基于拉曼活性物、PCR技术、分子信标、基底和标记物的SERS信号放大技术,并概括了基因多组分检测技术及SERS技术的应用前景。     

微纳结构柔性压力传感器的制备及应用

柔性压力传感器是一种能够感知或监测外界压力变化的柔性电子器件,具备灵敏度高、形变灵活、制备工艺简单等特点,在可穿戴式电子产品、健康医疗、软体机器人、人机交互等新兴领域具有广泛而重要的应用。灵敏度、检测极限、响应时间与循环工作稳定性是柔性压力传感的核心性能指标,微纳结构的引入对提高柔性压力传感器综合性能具有重要作用。本文根据微纳结构的主要类型介绍了基于微纳结构的柔性压力传感器的最新研究进展,包括各种不同形貌微纳结构对柔性压力传感器性能的影响及其在柔性压力传感器中的应用,并对柔性压力传感器未来的发展提出展望。     

大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。     

一种无磁化的5 T磁共振射频功率放大器设计

本文介绍了一种可以不接环形器，并在扫描间使用的5 T磁共振射频功率放大器（RFPA）.该RFPA基于驻波高耐受的横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）功率管进行设计，共包含三级放大电路.针对传统磁共振RFPA中带磁芯的传输线变压器进行了无磁化的设计，加强了对反射功率的监控，采用模拟负反馈技术实现了对RFPA非线性的自动矫正.测试结果显示该RFPA的输出功率为2 kW，在负载扰动（反射系数Г < 0.5）时，40 dB动态输入范围，其增益线性度≤ 1 dB，相位线性度≤ 10˚，满足成像需求，验证了该设计方案的合理性与可行性.     

采用动态核特征及贝叶斯最大后验估计的语音转换方法

针对小样本情况下,使用混合概率线性回归(Mixture of Probabilistic Linear Regressions,MPLR)模型进行语音转换容易出现过拟合的问题,提出利用动态核特征替代源说话人语音谱特征后,对转换函数参数进行贝叶斯最大后验估计(Maximum a Posterior,MAP)求解的方法。首先采用核函数将源说话人的语音谱特征转化为动态核特征,再引入转换函数参数的先验知识,最后根据对误差的不同假设,提出两种求解转换函数参数的方法。客观评测实验结果表明,所提出方法的平均谱失真值相对于MPLR模型转换方法平均降低了4.25%。主观评测实验结果表明,所提出的方法在转换语音的相似度和自然度方面的得分均高于MPLR方法。实验结果证明,所提出方法有效地改善了语音转换中的过拟合问题。