转录调控网络模块和模体识别算法研究进展

转录调控网络是生物体遗传信息传递的整体表示,是人们理解基因表达过程的重要内容。识别转录调控网络的模块和模体是分析网络拓扑结构和组织方式的重要方法,是揭示转录调控机制、生物发育与进化过程的重要环节之一。通过分析比较近年来用于转录调控网络模块识别的三类典型算法,阐述了它们各自的优势和不足。介绍了一种被广泛使用的转录调控网络模体识别算法。以此为基础,提出了转录调控网络模块和模体识别算法未来的研究方向。     

基于染色质免疫共沉淀的高通量测序数据集的 顺式调控模体发现算法

针对新一代测序（NGS）的染色质免疫共沉淀的高通量测序（ChIP-Seq）数据集的模体发现问题,提出一种基于费舍尔（Fisher）精确检验的模体发现算法——FisherNet。首先运用费舍尔精确检验计算所有k长短序的P值并筛选出模体的种子;然后,构建初始模体的位置赋权矩阵;最后,用位置赋权矩阵扫描所有k长短序形成最终模体。通过小鼠胚胎干细胞（mESC）和红细胞、人类淋巴母细胞系的ChIP-Seq数据集以及ENCODE数据库的数据进行验证,结果表明所提算法精度和计算速度均高于其他常见的模体发现算法,并且能够发现超过80%的已知转录因子核心模体及其辅调控因子模体。该算法在保证高精度的同时可以应用到大规模测序数据集。     

结合注意力与局部特征融合的行人重识别算法

行人重识别是指从一堆候选图片中找到与目标最相似的行人图片,本质上是一个图像检索的子问题。为了进一步增强网络提取关键特征的能力以及抑制噪声的干扰,通过对基于注意力机制和局部特征的行人重识别算法的研究,提出了结合注意力与局部特征融合的行人重识别算法。该算法将ResNeSt-50作为骨干网络,联合软注意力与非局部注意力机制,采用双流结构分别提取行人细粒度全局特征和细粒度局部特征,通过关注不同特征之间共享的空间域信息以及同一特征不同水平区域的潜在语义相关性,创建了空间感知特征融合模块（spatial-aware feature fusion module）以及跨区域特征融合模块（cross-region feature fusion module）。在Market-1501、DukeMTMC-reID以及CUHK03数据集上的实验结果表明该算法极大程度上提升了网络的检索能力,同时与现有算法进行比较,凸显出优越性能。     

一种具有强分类能力的离散HMM训练算法

提出了一种具有强分类能力的离散HMM(hiddenMarkovmodels)训练算法.该算法利用矢量量化技术将来自不同话者的训练数据进行混合训练,以生成包含各个话者特征的话者特征图案.用该特征图案代替经典的离散HMM中的VQ码本,可以提高观察值符号序列的模式辨识能力,从而提高了离散HMM的分类能力.给出了该方法用于文本有关的话者识别的实验结果,表明该算法可提高系统的识别性能,并要降低HMM对训练集大小的依赖程度,且识别时计算量明显小于经典HMM训练算法,具有较大的实用价值.     

边缘注意力及反向定位的伪装目标检测算法

伪装目标检测（camouflage object detection,COD）在众多领域中有着重要的应用前景。现有COD算法主要针对特征表达以及特征融合的问题进行研究,但是忽略了目标边缘特征的提取和推断目标真实区域的位置。针对上述问题,提出了基于边缘注意力及反向定位的伪装目标检测算法。算法由边缘注意力模块（edge attention module,EAM）、临近融合模块（close integration module,CIM）和反向定位模块（reverse positioning module,RPM）构成。EAM模块用于特征编码阶段,增强从Res2Net-50主干网络提取的多级特征的表达,突出边缘特征。CIM模块促进多层次特征的融合,减少特征信息丢失。使用RPM模块处理来自不同特征金字塔的粗糙预测图,反向定位目标的真实区域,推断出真实目标。在3个公开数据集上的实验表明,该算法优于其他8个最新模型。在COD10K数据集上,平均绝对误差（mean absolute error,MAE）达到了0.038。     

基于改进SSD算法对奶牛的个体识别

为了实现养殖场环境下无接触、高精度的奶牛个体有效识别,针对SSD（single shot multibox detector）算法识别准确率不高的问题,提出一种基于浅层特征模块的改进SSD（shallow feature module SSD,SFM-SSD）算法。将原始SSD算法的主干网络由VGG16替换为MobileNetV2,以降低网络的运算量,改善检测的实时性;针对SSD网络结构的浅层特征图设计浅层特征模块,扩大浅层特征图的感受视野,提高浅层特征图对目标物体的特征提取能力;利用[K]均值聚类算法重构区域候选框,提高算法的检测精度。实验结果表明：在奶牛个体识别任务中,SFM-SSD算法的平均准确率比原始的SSD算法提升3.13个百分点。同时检测的实时性也得到改善。     

改进人脸特征矫正网络的遮挡人脸识别方法

现有人脸识别模型受口罩等遮挡因素影响导致准确率无法提升。当前主流研究方法将有无遮挡场景分开训练后,整合应用于多场景。针对遮挡人脸识别模型的局限性,提出一种改进人脸特征矫正网络（FFR-Net）模型。该模型可同时用于有无遮挡人脸识别并应用于口罩与眼镜遮挡两种识别场景中。人脸特征矫正网络模型提出了一种人脸特征矫正模块,为保证充分利用无遮挡区域特征信息,在该模块中的空间分支引入involution算子扩大图像信息交互区域,增强在空间范围内面部特征信息;在通道分支引入坐标注意力机制,捕获跨通道信息以增强特征表示,利于模型准确地定位识别目标区域;将Meta-ACON作为该模块新的动态激活函数,通过动态调整线性或非线性程度以提高模型泛化能力和计算准确度。最后,利用改进的人脸特征矫正网络模型在CASIA-Webface经处理的有无口罩遮挡人脸数据集上进行训练,其在LFW经处理的有无口罩遮挡数据集、Meglass数据集上的测试结果准确率分别达到了82.50%和89.75%,优于现有算法,验证了所提方法的有效性。     

基于深度信息的特征学习与动作识别方法

为了进行复杂交互动作识别,提出基于深度信息的特征学习方法,并使用两层分类策略解决相似动作识别问题.该方法从频域的角度分析深度图像动作序列,提取频域特征,利用VAE对特征进行空间特征压缩表示,建立HMM模拟时序变化并进行第一层动作识别.为了解决相似动作识别问题,引入三维关节点特征进行第二层动作识别.实验结果表明,两种特征在动作数据集SBU-Kinect上能够有效地表示姿态含义,策略简单有效,识别准确率较高.     

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。     

考虑换道意图的LSTM-AdaBoost车辆轨迹预测模型

不合理的车辆的换道行为是导致交通事故发生的主要原因之一,提前预知换道车辆的轨迹并及时做出相应调整有助于减少事故的发生。针对换道车辆轨迹预测问题,采用将深度学习和集成学习相结合的轨迹预测方法,并考虑了换道意图的影响。建立连续隐马尔可夫模型对车辆进行换道意图检测,提前判别车辆的换道状态,并输入至相应的轨迹预测模型中;将LSTM（long short term memory）作为AdaBoost算法（adaptive boosting）的基预测器,建立LSTM-AdaBoost模型,在多个基预测器同时进行轨迹预测的基础上,通过训练调整各个基预测器的权重并将结果加权集成,提升预测模型的精度和稳定性;通过NSGIM（next generation simulation）数据集对模型进行训练和测试,结果显示意图预测模型在变道前一秒的准确率在90%以上,LSTM-AdaBoost集成轨迹预测模型与单一的LSTM模型相比精度和稳定性显著提升,且预测结果中异常数据更少,具有较好的稳定性;同时预测对比结果也表明增加意图预测模块有助于提升换道轨迹预测的精度。     

应用ANN/HMM混合模型预测蛋白质二级结构*

针对3状态隐马尔可夫模型（hidden Markov model,HMM）预测蛋白质二级结构准确率不高的问题,提出15状态HMM,通过改进的算法与BP神经网络相结合进行二级结构预测。研究对象为CB513数据集中筛选出的492条蛋白质序列,将其随机均分7组。应用混合模型进行预测,对准确率进行7交叉验证,Q3准确率达7721%,SOV值为7252%。结果表明,混合模型既能充分考虑相邻氨基酸残基间的相互影响,也能在一定程度上照顾二级结构的远程相关性,因此带来了较好的预测准确率。     

一种具有平衡标签预测能力的在线哈希算法

针对传统离线哈希算法训练模型耗时、占用内存大和不易更新模型的问题,以及现实图像集的标签存在大量损失的现象,提出了一种能够平衡标签预测的在线哈希算法（BLPOH）。BLPOH通过标签预测模块生成预测标签,并融合残缺的真实标签,能够有效缓解因标签损失导致的模型性能下降。观察到标签存在分布不平衡现象,提出标签类别相似性平衡算法并应用于标签预测模块,提升标签预测的准确性。将旧数据的信息加入哈希函数的在线更新过程,提升模型对旧数据的兼容性。通过在两个广泛使用的数据集上进行实验,并和一些当前先进的算法进行对比,结果证实了BLPOH的优越性。     

A heuristic optimization algorithm for HMM based on SA and EM in machinery diagnosis

This paper proposes a novel hidden Markov model (HMM) based on simulated annealing (SA) algorithm and expectation maximization (EM) algorithm for machinery diagnosis. As traditional HMM is sensitive to initial values and EM is easy to trap into a local optimization, SA is combined to improve HMM which can overcome local optimization searching problem. The proposed HMM has strong ability of global convergence, and optimizes the process of parameters estimation. Finally, through a case study, the computation results illustrate this SAEM-HMM has high efficiency and accuracy, which could help machinery diagnosis in practical.     

改进的基于隐马尔可夫模型的态势评估方法

针对隐马尔可夫模型（HMM）参数难以配置的问题,提出一种改进的基于隐马尔可夫模型的态势评估方法,更加准确地反映网络的安全态势。所提方法以入侵检测系统的输出作为输入,根据Snort手册将报警事件分类,得到观测序列,建立HMM,将改进的模拟退火（SA）算法与Bauw_Welch（BW）算法相结合对HMM参数进行优化,使用量化分析的方法得到网络的安全态势值。实验结果表明,所提方法能较好地提升模型的精度与收敛速度。     

基于遗传算法的隐马尔可夫模型在名词短语识别中的应用研究

为了进一步提高名词短语的识别精度,针对遗传算法和隐马尔可夫模型各自的特点,提出一种基于遗传算法的隐马尔可夫模型识别方法。该方法是在高准确率词性标注的基础上实现的。在训练阶段,用遗传算法获取HMM参数;识别阶段先用一种改进的Viterbi算法进行动态规划,识别同层名词短语,然后用逐层扫描算法和改进Viterbi算法相结合来识别嵌套名词短语。实验结果表明,此联合算法达到了94.78%的准确率和94.29%的召回率,充分融合了遗传算法和隐马尔可夫模型的优点,证明它较单一的隐马尔可夫模型识别法具有更好的识别效果。     

A mixture of HMM, GA, and Elman network for load prediction in cloud-oriented data centers

The rapid growth of computational power demand from scientific, business, and Web applications has led to the emergence of cloud-oriented data centers. These centers use pay-as-you-go execution environments that scale transparently to the user. Load prediction is a significant cost-optimal resource allocation and energy saving approach for a cloud computing environment. Traditional linear or nonlinear prediction models that forecast future load directly from historical information appear less effective. Load classification before prediction is necessary to improve prediction accuracy. In this paper, a novel approach is proposed to forecast the future load for cloud-oriented data centers. First, a hidden Markov model （HMM） based data clustering method is adopted to classify the cloud load. The Bayesian information criterion and Akaike information criterion are employed to automatically determine the optimal HMM model size and cluster numbers. Trained HMMs are then used to identify the most appropriate cluster that possesses the maximum likelihood for current load. With the data from this cluster, a genetic algorithm optimized Elman network is used to forecast future load. Experimental results show that our algorithm outperforms other approaches reported in previous works.     

基于改进狼群算法的模糊时间序列预测模型

当使用模糊时间序列预测模型进行预测时, 模糊区间的不同划分对最后的预测精度有着十分重要的影响. 针对如何更有效的划分模糊区间、进一步提高模糊时间序列的预测精度问题, 本文提出了一种基于改进狼群算法 的模糊时间序列预测模型. 为此首先简要介绍了模糊时间序列, 然后阐述了狼群算法并在其游走行为中引入趋向 行为和死亡概率对其进行了改进, 最后利用改进狼群算法来划分模糊区间, 建立了一种新的模糊时间序列预测模 型. 将Alabama大学入学人数作为实验数据进行实例分析和验证. 通过与现有的一些模型进行对比分析, 本文所提 模型具有更高的预测精度, 为模糊时间序列预测提供了新思路.     

隐马尔可夫模型下视频手写签名认证算法研究

为了提高视频手写签名认证的准确率,确保身份认证的严谨性,需要对隐马尔可夫(Hidden Markov Models,HMM)模型下视频手写签名认证算法进行改进设计;使用当前算法对视频手写签名进行认证时,存在认证判断误差大、效率低的问题;提出基于HMM模型下视频手写签名认证算法;该算法将使用Wacom手写板采集手写签名特征点及压力数据,对采集到的手写签名特征与压力数据进行预处理,消除采集过程中环境和手写板产生的影响,并且规范采集的视频手写签名特征位置、尺寸,提取手写签名特征与压力数据,再以HMM模型对已提取的视频手写签名特征点与压力数据进行认证与计算,确定签名的真实度;实验仿真证明,所提算法提高了视频签名认证的性能。     

基于改进变量预测模型的变压器故障诊断

针对变压器故障诊断中的小样本、非线性、参数寻优难等问题,提出改进的变量预测模型的变压器故障诊断方法.分析变量预测模型和布谷鸟搜索算法结合解决小样本和非线性问题,指出其后期收敛速度慢,稳定性差,收敛精度不高,易陷入局部极小值问题,在此基础上在谷鸟搜索算法位置更新中引入变异操作,提高解的多样性.引入动态步长和动态发现概率提...