面向人体行为识别的深度特征学习方法比较*

针对人体行为识别问题,比较了两种基于智能手机惯性加速度传感器数据的深度特征学习方法。与传统的人工特征提取方法相比,基于深度特征学习方法可以实现端到端训练,网络结构简单直观,避免了繁琐的特征工程,通过深度神经网络模型的学习自动获得特征。本文通过对比深度卷积神经网络、长短期记忆网络两种深度学习方法在公开网站UCI的机器学习知识库的人体行为识别数据集上的识别效果,论证了基于Dropout深度卷积神经网络特征学习方法的有效性。     

基于尺度相关-双向长短期记忆网络模型的说话人识别

说话人识别通过语音对说话人进行身份认证,然而大部分语音在时域与频域具有分布多样性,目前说话人识别中的卷积神经网络深度学习模型普遍使用单一的卷积核进行特征提取,无法提取尺度相关特征及时频域特征。针对这一问题,提出一种尺度相关卷积神经网络-双向长短期记忆(SCCNN-BiLSTM)网络模型用于说话人识别。通过尺度相关卷积神经网络在每一层特征抽象过程中调整感受野大小,捕获由尺度相关块组成的尺度特征信息,同时引入双向长短期记忆网络保留与学习语音数据的多尺度特征信息,并在最大程度上提取时频域特征的上下文信息。实验结果表明,SCCNN-BiLSTM网络模型在LibriSpeech和AISHELL-1数据集上迭代50 000次时的等错率为7.21%和6.55%,相比于ResCNN基线网络模型提升了25.3%和41.0%。     

深度学习的双人交互行为识别与预测算法研究

基于卷积神经网络的双人交互行为识别算法存在提取的深度特征无法有效表征交互行为序列特性的问题,本文将长短期记忆网络与卷积神经网络模型相结合,提出了一种基于深度学习的双人交互行为识别与预测一体化方法。该方法在训练过程中,完成对卷积神经网络和长短期记忆网络模型的参数训练。在识别与预测过程中,将不同时间比例长度的未知动作类别的视频图像分别送入已经训练好的卷积神经网络模型提取深度特征,再将卷积神经网络提取的深度特征送入长短期记忆网络模型完成对双人交互行为的识别与预测。在国际公开的UT-interaction双人交互行为数据库进行测试的结果表明,该方法在保证计算量适当的同时对交互行为的正确识别率达到了92.31%,并且也可完成对未知动作的初步预测。     

基于深度视觉注意神经网络的端到端自动驾驶模型

针对现有端到端自动驾驶方法中存在的驾驶指令预测不准确、模型结构体量大和信息冗余多等问题,提出一种新的基于深度视觉注意神经网络的端到端自动驾驶模型。为了更有效地提取自动驾驶场景的特征,在端到端自动驾驶模型中引入视觉注意力机制,将卷积神经网络、视觉注意层和长短期记忆网络进行融合,提出一种深度视觉注意神经网络。该网络模型能够有效提取驾驶场景图像的空间特征和时间特征,并关注重要信息且减少信息冗余,实现用前向摄像机输入的序列图像来预测驾驶指令的端到端自动驾驶。利用模拟驾驶环境的数据进行训练和测试,该模型在乡村路、高速路、隧道和山路四个场景中对方向盘转向角预测的均方根误差分别为0.009 14、0.009 48、0.002 89和0.010 78,均低于对比用的英伟达公司提出的方法和基于深度级联神经网络的方法;并且与未使用视觉注意力机制的网络相比,该模型具有更少的网络层数。     

基于循环卷积神经网络的单目视觉里程计

提出了一种基于卷积长短期记忆(LSTM)网络和卷积神经网络(CNN)的单目视觉里程计方法,命名为LSTMVO(LSTM visual odometry).LSTMVO采用无监督的端到端深度学习框架,对单目相机的6-DoF位姿以及场景深度进行同步估计.整个网络框架包含位姿估计网络以及深度估计网络,其中位姿估计网络是以端到端方式实现单目位姿估计的深度循环卷积神经网络(RCNN),由基于卷积神经网络的特征提取和基于循环神经网络(RNN)的时序建模组成,深度估计网络主要基于编码器和解码器架构生成稠密的深度图.同时本文还提出了一种新的损失函数进行网络训练,该损失函数由图像序列之间的时序损失、深度平滑度损失和前后一致性损失组成.基于KITTI数据集的实验结果表明,通过在原始单目RGB图像上进行训练,LSTMVO在位姿估计精度以及深度估计精度方面优于现有的主流单目视觉里程计方法,验证了本文提出的深度学习框架的有效性.     

基于改进CNN-LSTM的网络入侵检测模型研究

针对网络入侵检测模型特征提取算法复杂、训练参数过多、检测结果不理想等问题,提出一种改进卷积神经网络与长短期记忆网络结合的网络入侵检测方法(GCNN-LSTM)。首先,使用卷积神经网络对流量数据做特征选择,并选择全局池化层代替其中的全连接层;其次,结合长短期记忆网络强大的时间序列学习能力对改进卷积神经网络选择后的特征进行学习分类,以期在网络异常数据检测方面获得更好的效率和准确率。实验结果表明,提出的模型在UNSW-NB15数据集上有着较好的检测效果。在同等条件下,使用传统卷积神经网络的模型准确率为84.97%,训练时间为76.3 s;本模型准确率达到了88.96%,训练时间为61.1 s。     

数据异常情况下遥感影像时间序列分类算法

针对时序遥感图像数据异常时卷积神经网络对其分类性能较差的问题,提出了一种端到端的多模式与多单模架构相结合的网络结构。首先,通过多元时序模型和单变量时间序列模型对多维时间序列进行多尺度特征提取;然后,基于像素空间坐标信息,通过自动编码形式完成遥感图像的时空序列特征的构建;最后,通过全连接层和softmax函数实现分类。在数据异常（数据缺失和数据扭曲）的情况下,提出的算法和一维卷积神经网络（1D-CNN）、多通道深度神经网络（MCDNN）、时序卷积神经网络（TSCNN）和长短期记忆（LSTM）网络等通用时间序列遥感影像分类算法进行分析比较。实验结果表明,所提的利用端到端的多模式与多单模式架构融合的网络在数据异常的情况下分类精度最高,F1值达到了93.40%。     

基于深度学习的入侵检测研究

针对网络流量数据具有时间和空间双重特性,提出了混合卷积神经网络和循环卷积神经网络的入侵检测模型。将数据预处理后输入卷积神经网络,用于学习流量数据的空间特征,将所学到的特征输入长短期记忆网络,用于学习流量数据的时序特征。实验表明,混合结构模型准确率,比单独使用卷积神经网络和长短期记忆神经网络的效果好。     

基于深度卷积长短期记忆网络的森林火灾烟雾检测模型

针对采样的每帧烟雾特征具有极大的相似性，以及森林火灾烟雾数据集相对较小且单调等问题，为充分利用烟雾的静态与动态信息来达到预防森林火灾的目的，提出一种深度卷积集成式长短期记忆网络（DC-ILSTM）模型。首先，使用在ImageNet数据集上预训练好的VGG-16网络进行基于同构数据的特征迁移，以有效提取出烟雾特征；其次，基于池化层与长短期记忆网络（LSTM）提出一种集成式长短期记忆网络（ILSTM），并利用ILSTM分段融合烟雾特征；最后，搭建一种可训练的深度神经网络模型用于森林火灾烟雾检测。烟雾检测实验中，与深卷积长递归网络（DCLRN）相比，DC-ILSTM在最佳效率下以10帧的优势检测到烟雾，而且在测试准确率上提高了1.23个百分点。实验结果表明，DC-ILSTM在森林火灾烟雾检测中有很好的适用性。     

基于聚类关联网络的群组行为识别

目前群组行为识别方法没有充分利用群组关联信息而导致群组识别精度无法有效提升,针对这个问题,提出了基于近邻传播算法（AP）的层次关联模块的深度神经网络模型,命名为聚类关联网络（CRN）。首先,利用卷积神经网络（CNN）提取场景特征,再利用区域特征聚集提取场景中的人物特征。然后,利用AP的层次关联网络模块提取群组关联信息。最后,利用长短期记忆网络（LSTM）融合个体特征序列与群组关联信息,并得到最终的群组识别结果。与多流卷积神经网络（MSCNN）方法相比,CRN方法在Volleyball数据集与Collective Activity数据集上的识别准确率分别提升了5.39与3.33个百分点。与置信度能量循环网络（CERN）方法相比,CRN方法在Volleyball数据集与Collective Activity数据集上的识别准确率分别提升了8.7与3.14个百分点。实验结果表明,CRN方法在群体行为识别任务中拥有更高的识别准确精度。     

基于参数迁移和卷积循环神经网络的语音情感识别

在语音情感识别研究中,已有基于深度学习的方法大多没有针对语音时频两域的特征进行建模,且存在网络模型训练时间长、识别准确性不高等问题。语谱图是语音信号转换后具有时频两域的特殊图像,为了充分提取语谱图时频两域的情感特征,提出了一种基于参数迁移和卷积循环神经网络的语音情感识别模型。该模型把语谱图作为网络的输入,引入AlexNet网络模型并迁移其预训练的卷积层权重参数,将卷积神经网络输出的特征图重构后输入LSTM（Long Short-Term Memory）网络进行训练。实验结果表明,所提方法加快了网络训练的速度,并提高了情感识别的准确率。     

基于深度学习的垃圾图片处理与识别

针对城市环境卫生提出的对市民生活垃圾进行分类回收的要求,考虑计算机卷积神经网络在图片分类中的强大表现,提出了基于深度学习中卷积神经网络对垃圾图片处理以及输出识别的新模型与方法。针对目前图像局部特征表达存在的复杂性,模糊性等不足,采用特征多层池化以及系统神经网络学习的方式进行优化。同时在ResNet101模型的基础上设计并构建了基于CNN(Convolutional Neural Network)算法的新模型框架,此系统模型也能实现端与端的实时识别。新模型提高了对训练样本图像信息提取的精确度以及图片识别的准确率,实验表明识别准确率平均提高了10%。为未来实现人工智能垃圾分类提供图像识别模型基础。     

基于卷积长短时记忆神经网络的蛋白质二级结构预测

鉴于不同类型氨基酸的相互作用对蛋白质结构预测的影响不同,文中融合卷积神经网络和长短时记忆神经网络模型,提出卷积长短时记忆神经网络,并应用到蛋白质8类二级结构的预测中.首先基于氨基酸序列的类别信息和氨基酸结构的进化信息表示蛋白质序列,并采用卷积提取氨基酸残基之间的局部相关特征,然后利用双向长短时记忆神经网络提取蛋白质序列内部残基之间的远程相互作用,最后将提取的蛋白质的局部相关特征和远程相互作用用于蛋白质8类二级结构的预测.实验表明,相比基准方法,文中模型提高8类二级结构预测的精度,并具有良好的可扩展性.     

融合注意力机制与并行混合网络的DGA域名检测

基于统计特征的DGA域名检测方法依赖复杂的特征工程,而现有端到端的深度学习方法在DGA域名家族的多分类任务中性能表现不佳。针对上述问题,提出一种融合注意力机制与并行混合网络的DGA域名检测方法。首先,引入深层金字塔卷积神经网络,提取域名深层语义信息,并使用通道注意力块SENet进行改进构建DPCNN-SE,自适应学习通道间关系,抑制无用特征的传递;同时,将自注意力机制与双向长短时记忆网络结合构建BiLSTM-SA网络,捕获域名数据中最具代表性的全局时序特征;最后,融合2个网络提取的特征,输入softmax层输出分类结果。实验结果表明,该方法在域名家族的多分类任务中相比CNN、LSTM的单一模型,F1值分别提高了10.30个百分点、10.18个百分点;相较于现有的混合网络方法Bilbo和BiGRU-MCNN,F1值分别提高了5.97个百分点、4.87个百分点,并且具有更低的计算复杂度。     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

图网络层级信息挖掘分类算法综述

深度学习作为人工智能的一个研究分支发展迅速,而研究数据主要是语音、图像和视频等,这些具有规则结构的数据通常在欧氏空间中表示。然而许多学习任务需要处理的数据是从非欧氏空间中生成,这些数据特征和其关系结构可以用图来定义。图卷积神经网络通过将卷积定理应用于图,完成节点之间的信息传播与聚合,成为建模图数据一种有效的方法。尽管图卷积神经网络取得了巨大成功,但针对图任务中的节点分类问题,由于深层图结构优化的特有难点——过平滑现象,现有的多数模型都只有两三层的浅层模型架构。在理论上,图卷积神经网络的深层结构可以获得更多节点表征信息,因此针对其层级信息进行研究,将层级结构算法迁移到图数据分析的核心在于图层级卷积算子构建和图层级间信息融合。本文对图网络层级信息挖掘算法进行综述,介绍图神经网络的发展背景、存在问题以及图卷积神经网络层级结构算法的发展,根据不同图卷积层级信息处理将现有算法分为正则化方法和架构调整方法。正则化方法通过重新构建图卷积算子更好地聚合邻域信息,而架构调整方法则融合层级信息丰富节点表征。图卷积神经网络层级特性实验表明,图结构中存在层级特性节点,现有图层级信息挖掘算法仍未对层级特性节点的图信息进行完全探索。最后,总结了图卷积神经网络层级信息挖掘模型的主要应用领域,并从计算效率、大规模数据、动态图和应用场景等方面提出进一步研究的方向。     

端到端对话系统意图语义槽联合识别研究综述

目前基于深度学习的端到端对话系统因具有泛化能力强、训练参数少、性能好等优势，在学术界和工业界成为了研究热点。意图识别和语义槽填充的结果对于对话系统的性能至关重要。介绍了端到端任务型对话系统意图和语义槽联合识别的主流方法，对注意力机制、Transformer模型在捕获长期依赖关系方面的效果同循环神经网络、长短时记忆网络进行对比，并分析了因其并行处理导致无法对文本词序位置信息完整捕获的局限；阐述了胶囊网络相较于卷积神经网络在捕获小概率语义信息保证特征完整性方面的优势；重点介绍了基于BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）模型的联合识别方法，不仅能够并行处理而且可以解决一词多义的问题，是目前性能最好的方法。最后对未来研究的发展方向进行讨论和分析。     

基于并行小规模卷积神经网络的图像质量评价

图像质量客观评价广泛应用在图像处理任务中,参考深度学习技术的研究成果,提出了一种基于并行小规模卷积神经网络的无参考图像质量评估算法。卷积操作和并行的多尺度输入能学习到丰富和细微的图像失真特征,首先利用高斯图像金字塔获取不同尺度的失真图像做为4路小规模单层卷积神经网络的输入,经过卷积和池化处理后,输出4路特征矢量,把学习到的特征矢量融合后,通过全连接回归映射为图像质量预测分数。参数优化分2个阶段完成,提高了模型精度。实验测试结果表明,设计的网络模型简单有效,提出的算法性能高于当前主流算法,具有很好的稳定性和较强的泛化能力。      

基于CNN-LSTM的短期风电功率预测

短期风电功率预测对电力系统的安全稳定运行和能源的优化配置具有重要意义。鉴于卷积神经网络(CNN)高效的数据特征提取能力,以及长短期记忆网络(LSTM)描述时间序列长期依赖关系的能力。为了提高短期风电功率预测的精度,设计了一种基于CNN和LSTM的风电功率预测模型。该模型利用卷积神经网络对风电功率、风速、风向数据进行多层卷积和池化堆叠计算,提取风电功率相关数据的特征图谱。为了描述风电功率序列的时序依从关系,将图谱特征信息作为长短期记忆网络的输入信息,计算得到风电功率的预测结果。采用西班牙某风电场的实测数据进行模型预测精度验证。结果表明,该模型较LSTM、Elman模型具有更好的预测性能。