Plasticity-induced characteristic changes of pattern dynamics and the related phase transitions in small-world neuronal networks

Phase transitions widely exist in nature and occur when some control parameters are changed. In neural systems, their macroscopic states are represented by the activity states of neuron populations, and phase transitions between different activity states are closely related to corresponding functions in the brain. In particular, phase transitions to some rhythmic synchronous firing states play significant roles on diverse brain functions and disfunctions, such as encoding rhythmical external stimuli, epileptic seizure, etc. However, in previous studies, phase transitions in neuronal networks are almost driven by network parameters （e.g., external stimuli）, and there has been no investigation about the transitions between typical activity states of neuronal networks in a self-organized way by applying plastic connection weights. In this paper, we discuss phase transitions in electrically coupled and lattice-based small-world neuronal networks （LBSW networks） under spike-timing-dependent plasticity （STDP）. By applying STDP on all electrical synapses, various known and novel phase transitions could emerge in LBSW networks, particularly, the phenomenon of self-organized phase transitions （SOPTs）： repeated transitions between synchronous and asynchronous firing states. We further explore the mechanics generating SOPTs on the basis of synaptic weight dynamics.     

非接触铜铝纳米薄膜侧向移动相互作用的分析

采用分子动力学方法模拟铜铝纳米薄膜相对侧向移动的相互作用能。研究了铜薄膜的侧向位移从0Å到50Å时温度、相互作用间距、表面形貌和表面粗糙度对作用能的影响。结果表明,相互作用强度随温度的增加而增大,随相互作用间距的减小而增大,随表面粗糙度的增大而减小。为研究薄膜在纳米尺度的相互作用提供了一个新的方法。     

基于免疫模板聚类的模糊中波红外图像目标提取

借鉴生物先天性免疫与适应性免疫的协调作用机制,综合考虑中波红外图像的光谱成像机理和频域模板统计特征,提出一种免疫模板聚类目标提取算法。借鉴先天性免疫对抗原表面分子模式的识别作用,以最大类间方差,将模糊中波红外图像初分割为目标像素集、背景像素集和模糊像素集;借鉴先天性免疫的特征提呈作用,提取中波红外图像模糊像素的频域模板特征,将图像的像素灰度特征空间映射为频域模板特征空间;基于提呈得到的模板特征,对模糊像素集进行适应性免疫聚类,将模糊像素划分为目标像素或背景像素。用手部痕迹的模糊中波红外图像进行实验,并与经典边缘检测模板法和传统区域模板法进行了效果比较和定量评价,结果表明免疫模板聚类算法的目标提取率、与参考标准的重合度、绝对误差率均优于现有模板方法,能够有效实现模糊中波红外图像的目标提取。     

基于叶片光学属性的作物叶片水分含量反演模型研究

叶片含水量是反映作物生理特性的一个重要参数, 对生态环境的研究具有重要意义。采用小波分析方法, 分析叶片含水量对反射率的影响特征, 建立综合利用多波段信息的作物叶片水分含量反演模型。基于PROSPECT模型的辐射传输理论, 推导出由叶片反射率光谱的小波系数反演叶片水分含量CW的理论模型。利用六种常用的小波函数, 对叶片组分水、干物质和白化基本层的吸收光谱进行小波分解。选取对水分变化最敏感, 同时对其他组分不敏感的分解尺度和波段位置, 找到能稳定突出水的光谱特征的小波系数。结果表明: bior1.5小波函数在尺度为200 nm, 波段位置为1 405和1 488 nm的小波系数具有上述特征。建立由叶片反射率光谱的bior1.5小波系数反演叶片水分含量CW的反演模型, 模型有两个转换系数a和Δ都受叶片结构参数N的影响。利用PROSPECT模型生成模拟光谱数据集, 校正建立的叶片水分含量反演模型中的两个转换系数a和Δ, 并与LOPEX93实验光谱数据集结合验证反演模型。结果表明: 反演模型不仅比传统基于植被指数的统计模型在精度上有提高(反演值与实测值的R2最高达到0.987), 而且更加稳定, 普适性更高。研究表明, 小波分析方法在利用高光谱数据反演作物叶片水分含量方面具有独特的优势。     

掺钽钨青铜的制备及光学性能

以TaCl5和Na2WO4为原料, 采用水热法在170 ℃制备性能良好的掺钽钨青铜(TaxWO3)纳米线。利用Ｘ射线衍射技术(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)及拉曼光谱(Raman)等分析手段, 对该材料的结构、形貌及光谱性能进行表征。XRD结果表明: TaxWO3纳米材料为六方相结构氧化钨, 当TaxWO3中Ta/W摩尔比小于0.04时, 晶胞参数随着掺杂量的增大而逐渐增大, 当掺杂量达到大于0.04后保持基本不变。UV-Vis光谱表明, 随着钽掺杂量的增大, 紫外吸收峰发生红移, 即能隙逐渐减小。Raman光谱显示: 随钽掺杂量的增大, Raman峰位逐渐向低波数方向移动, 同时振动峰逐渐宽化, 进一步证明了钽掺杂对氧化钨结构的影响。光催化降解罗丹明B的实验显示, 制备的TaxWO3具有较高的光催化活性。     

江西“高洲石”的矿物学和谱学特征研究

印章石是我国特有的具有民族历史文化特色的艺术品, 江西“高洲石”是近年来新发现并在市场上流通的印章石品种。采用X射线粉晶衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、红外光谱分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)对“高洲石”的矿物学特征和谱学特征进行了系统的研究。粉晶衍射结果表明, “高洲石”的主要矿物成分为高岭石族矿物和叶蜡石, 其次含有少量的绢云母和伊利石等。其中高岭石和地开石多型可通过18°～40°(2θ)范围内一系列地开石特有的衍射峰鉴别。“高洲石”中高岭石族矿物同时出现高岭石和地开石的特征衍射峰, 主要为高岭石-地开石过渡矿物。“高洲石”主要化学成分为SiO2和Al2O3, 次要成分为Fe2O3和K2O和Na2O等, 这与高岭石族矿物的化学成分相一致。红外光谱的结果显示“高洲石”中高岭石-地开石过渡矿物在高频区一般出现3 689, 3 645和3 615 cm-1三个谱带, 其中归属于面外羟基振动的3 689 cm-1谱带和面内羟基振动的3 615 cm-1谱带强度近似相等, 部分略有变化, 其变化因含高岭石层或地开石层较多造成。扫描电镜下观察到“高洲石”中高岭石矿物的形态主要呈直径为0.5～4 μm的不规则片状或假六方板状, 与我国其他产地印石的扫描电镜特征较为相似。差热分析结果表明高岭石族矿物的脱羟吸热谷温度与其矿物种属有一定对应关系, 同时此温度还受矿物颗粒大小的影响。综合研究表明, “高洲石”的矿物类型与我国四大印石(寿山石、昌化石、青田石、巴林石)相似, 作为四大印石的替代品, “高洲石”具有广阔的市场前景。     

基于自适应权值的数据报指纹特征识别与发现

面对未知协议下的报文数据,由于不能通过协议规范获得相关特征,导致传统的模式匹配方法在报文提取和协议识别过程中存在着难题;提出了以数据挖掘理论为基础的数据报指纹特征提取方案;在特征序列挖掘过程中引入自适应权值,对源数据中的序列模式进行加权统计得到判决结果;再利用提升率对特征序列进行关联规则验证,输出数据报的指纹特征;最后,采用ARP广播帧和ICMP数据包作为原始数据,测试提取数据报指纹特征;实验结果表明,自适应权值的引入能够有效减小报文中冗余数据段的干扰,提高指纹特征提取的正确率,并对报文的长度变化有一定的鲁棒性。     

基于节点拓扑特征的中国基金公司共持网络持股行为波动相关性

选取2003—2012年期间半年度中国基金公司持上市公司股票份额面板数据为样本数据,以基金公司为节点,以同一时刻共持同一家上市公司股票关系为边,以同一时刻共持的上市公司数量为权重,构建中国基金公司共持关系结构等价加权网络(简称共持网络).结合统计物理学等方法,分析了共持网络的拓扑结构稳定性及具有不同拓扑特征值的节点随时间演变过程中与共持网络中三类节点集合持股行为波动相关性.三类节点集合分别为t-1时刻基于某一股票形成的共持关系完全连通子图节点集合(第一类节点集合)、t-1时刻共持网络中非完全连通子图的节点集合(第二类节点集合)、t时刻新进入共持网络的节点集合(第三类节点集合).分析结果显示:1)节点与第二类节点集合持股行为波动呈正相关,且相关系数随着节点集聚系数的增强而增大;2)只有当节点的度和点强度值较高时,节点与第一类和第二类节点集合的持股行为呈正相关;3)不同拓扑特征条件下的节点与第三类节点集合的持股行为均不存在波动相关性.本文提供了一个研究持股行为相关性的新思路,并为进一步研究股票市场结构等价网络及节点重要性差异提供了基础.     

纵向带状裂隙形貌的逆时偏移超声成像

传统的工业超声成像方法通常只能确定缺陷的位置与横向尺寸,无法获得缺陷的形貌信息.一些特殊的缺陷,如纵向裂纹,是典型的例子.基于多阵元技术,开展了固体介质缺陷逆时偏移超声成像方法的数值与实验研究.针对铝块平底纵裂纹及内部纵裂纹两种传统方法无法有效成像的缺陷,首先开展了单分量逆时偏移成像方法研究,给出了基于数值仿真的逆时偏移成像结果以及基于多阵元超声成像实验系统实验测试的逆时偏移成像结果.进一步开展了基于多分量位移检测与转换横波分离的逆时偏移成像方法研究,并提出了基于新型多分量激光干涉仪进行检测的思路.数值仿真结果证实了多分量逆时偏移图像重建结果可以克服单分量方式的缺点,得到明显优于单分量检测时的图像.     

旋转粗糙目标微运动特征识别技术

基于动态散斑技术的微运动特性识别在目标探测领域具有重要的研究价值.以粗糙面散射理论为基础,研究了旋转粗糙凸体目标的动态散斑时间相关函数,给出了旋转圆锥体目标动态散斑时间相关函数.将数值结果与相同条件下实验结果进行比较,验证了圆锥体目标时间相关长度的有效性.利用粒子群算法,反演出旋转圆锥体的旋转角速度和视线角.结果表明,该方法可识别旋转圆锥体范围为20°—90°之间的视线角值和范围为0.5—6 r/min的角速度值,为微运动特征识别提供理论和实验依据.