基于状态精细化长短期记忆和注意力机制的社交生成对抗网络用于行人轨迹预测

针对当前行人轨迹预测研究仅考虑影响行人交互因素的问题，基于状态精细化长短期记忆（SR-LSTM）和注意力机制提出一种用于行人轨迹预测的社交生成对抗网络（SRA-SIGAN）模型，利用生成对抗网络（GAN）学习获得目标行人的运动规律。首先，使用SR-LSTM作为位置编码器提取运动意图信息；其次，通过设置速度注意力机制合理地为同一场景中的行人分配影响力，以更好地处理行人的交互；最后，由解码器生成预测的未来轨迹。在多个公开数据集上的测试实验结果表明，SRA-SIGAN模型的总体表现良好。特别是在Zara1数据集上，与SR-LSTM模型相比，SRA-SIGAN模型的平均位移误差（ADE）和最终位移误差（FDE）分别减小了20.0%和10.5%；与社交生成对抗网络（SIGAN）模型相比，SRA-SIGAN的ADE和FDE分别下降了31.7%和24.4%。     

基于图注意力网络与双阶注意力机制的径流预报模型

为了提高流域径流量预报的准确率,考虑数据驱动水文模型缺乏模型透明度与物理可解释性的问题,提出了一种使用图注意力网络与基于长短期记忆网络（LSTM）的双阶注意力机制（GAT-DALSTM）模型来进行径流预报。首先,以流域站点的水文资料为基础,引入图神经网络提取流域站点的拓扑结构并生成特征向量;其次,针对水文时间序列数据的特点,建立了基于双阶注意力机制的径流预报模型对流域径流量进行预测,并通过基于注意力系数热点图的模型评估方法验证所提模型的可靠性与透明度。在屯溪流域数据集上,将所提模型与图卷积神经网络（GCN）和长短期记忆网络（LSTM）在各个预测步长下进行比较,实验结果表明,所提模型的纳什效率系数分别平均提高了3.7%和4.9%,验证了GAT-DALSTM径流预报模型的准确性。从水文与应用角度对注意力系数热点图进行分析,验证了模型的可靠性与实用性。所提模型能为提高流域径流量的预测精度与模型透明度提供技术支撑。     

基于图注意力网络与双阶注意力机制的径流预报模型

为了提高流域径流量预报的准确率,考虑数据驱动水文模型缺乏模型透明度与物理可解释性的问题,提出了一种使用图注意力网络与基于长短期记忆网络（LSTM）的双阶注意力机制（GAT-DALSTM）模型来进行径流预报。首先,以流域站点的水文资料为基础,引入图神经网络提取流域站点的拓扑结构并生成特征向量;其次,针对水文时间序列数据的特点,建立了基于双阶注意力机制的径流预报模型对流域径流量进行预测,并通过基于注意力系数热点图的模型评估方法验证所提模型的可靠性与透明度。在屯溪流域数据集上,将所提模型与图卷积神经网络（GCN）和长短期记忆网络（LSTM）在各个预测步长下进行比较,实验结果表明,所提模型的纳什效率系数分别平均提高了3.7%和4.9%,验证了GAT-DALSTM径流预报模型的准确性。从水文与应用角度对注意力系数热点图进行分析,验证了模型的可靠性与实用性。所提模型能为提高流域径流量的预测精度与模型透明度提供技术支撑。     

基于注意力机制的入侵检测生成对抗网络模型

针对传统基于生成对抗网络（GAN）模型存在生成对抗样本无效且训练效率低等问题,提出一种基于注意力机制的GAN模型,通过在生成器模块引入注意力机制,保留攻击流量攻击功能的同时,对输入向量的不同部分设置不同权值,以实现对关键特征信息的抽取,使得模型可以作出更准确的判断,同时提高训练的效率。生成器根据注意力特征图可以抽取攻击流量中的非功能特征进行修改,提高训练效率,结合判别器判别反馈结果,最终生成器可以生成保留攻击功能的有效对抗样本。实验针对基于卷积神经网络（CNN）类的深度入侵检测系统进行测试,验证了此基于注意力机制的GAN对抗攻击模型生成的对抗流量可以有效降低深度入侵检测系统的识别率,整体识别率降低超过10%,在注意力模块的帮助下模型能够针对重要特征进行训练,使得收敛速度更快、效率更高。     

基于自注意力长短期记忆网络的Web软件系统实时剩余寿命预测方法

为了能够实时准确对Web软件系统的剩余使用寿命（RUL）进行预测,考虑Web系统健康状态性能指标的时序特性和指标间的相互依赖特性,提出了一种基于自注意力长短期记忆（Self-Attention-LSTM）网络的Web软件系统实时剩余寿命预测方法。首先,搭建加速寿命测试实验平台来收集反映Web软件系统老化趋势的性能指标数据;然后,根据该性能指标数据的时序特性来构建长短期记忆（LSTM）循环神经网络以提取性能指标的隐含层特征,并使用自注意力机制建模特征间的依赖关系;最后,得到系统RUL的实时预测值。在三组测试集上,把所提模型与反向传播（BP）网络和常规的循环神经网络（RNN）做了对比。实验结果表明,所提模型的平均绝对误差（MAE）比长短期记忆（LSTM）网络平均低16.92%,相对准确率（Accuracy）比LSTM网络平均高5.53%,验证了Self-Attention-LSTM网络剩余寿命预测模型的有效性。可见所提方法能为优化系统抗衰决策提供技术支撑。     

基于注意力机制的CNN-LSTM模型及其应用

时序数据存在时序性，并且其短序列的特征存在重要程度差异性。针对时序数据特征，提出一种基于注意力机制的卷积神经网络（CNN）联合长短期记忆网络（LSTM）的神经网络预测模型，融合粗细粒度特征实现准确的时间序列预测。该模型由两部分构成：基于注意力机制的CNN，在标准CNN网络上增加注意力分支，以抽取重要细粒度特征；后端为LSTM，由细粒度特征抽取潜藏时序规律的粗粒度特征。在真实的热电联产供热数据上的实验表明，该模型比差分整合移动平均自回归、支持向量回归、CNN以及LSTM模型的预测效果更好，对比目前企业将预定量作为预测量的方法，预测缩放误差平均值（MASE）与均方根误差（RMSE）指标分别提升了89.64%和61.73%。     

基于多粒度特征生成对抗网络的跨分辨率行人重识别

现有基于生成对抗网络（GAN）的超分辨率（SR）重建方法用于跨分辨率行人重识别（ReID）时,重建图像在纹理结构内容的恢复和特征一致性保持方面均存在不足。针对上述问题,提出基于多粒度信息生成网络的跨分辨率行人ReID方法。首先,在生成器的多层网络上均引入自注意力机制,聚焦多粒度稳定的结构关联区域,重点恢复低分辨率（LR）行人图像的纹理结构信息;同时,在生成器后增加一个识别器,在训练过程中最小化生成图像与真实图像在不同粒度特征上的损失,提升生成图像与真实图像在特征上的一致性。然后,联合自注意力生成器和识别器,与判别器交替优化,在内容和特征上改进生成图像。最后,联合改进的GAN和行人ReID网络交替训练优化网络的模型参数,直至模型收敛。在多个跨分辨率行人数据集上的实验结果表明,所提算法的累计匹配曲线（CMC）在其首选识别率（rank?1）上的准确率较现有同类算法平均提升10个百分点,在提升SR图像内容一致性和特征表达一致性方面均表现更优。     

基于注意力机制的行人轨迹预测生成模型

针对长短期记忆网络（LSTM）在行人轨迹预测问题中孤立考虑单个行人,且无法进行多种可能性预测的问题,提出基于注意力机制的行人轨迹预测生成模型（AttenGAN）,来对行人交互模式进行建模和概率性地对多种合理可能性进行预测。AttenGAN包括一个生成器和一个判别器,生成器根据行人过去的轨迹概率性地对未来进行多种可能性预测,判别器用来判断一个轨迹是真实的还是由生成器伪造生成的,进而促进生成器生成符合社会规范的预测轨迹。生成器由一个编码器和一个解码器组成,在每一个时刻,编码器的LSTM综合注意力机制给出的其他行人的状态,将当前行人个体的信息编码为隐含状态。预测时,首先用编码器LSTM的隐含状态和一个高斯噪声连接来对解码器LSTM的隐含状态初始化,解码器LSTM将其解码为对未来的轨迹预测。在ETH和UCY数据集上的实验结果表明,AttenGAN模型不仅能够给出符合社会规范的多种合理的轨迹预测,并且在预测精度上相比传统的线性模型（Linear）、LSTM模型、社会长短期记忆网络模型（S-LSTM）和社会对抗网络（S-GAN）模型有所提高,尤其在行人交互密集的场景下具有较高的精度性能。对生成器多次采样得到的预测轨迹的可视化结果表明,所提模型具有综合行人交互模式,对未来进行联合性、多种可能性预测的能力。     

使用孪生注意力机制的生成对抗网络的研究

生成对抗网络(GAN)能够生成逼真的图像,已成为生成模型中的一个研究热点。针对生成对抗网络无法有效提取图像局部与全局特征间依赖关系以及各类别间的依赖关系,提出一种用于生成对抗网络的孪生注意力模型(TAGAN)。以孪生注意力机制为驱动,通过模拟局部与全局特征间的依赖关系以及各类别间依赖关系,对真实自然图像建模,创建逼真的非真实图像。孪生注意力机制包含特征注意力模型和通道注意力模型,特征注意力模型通过有选择地聚合特征,学习相似特征间的关联性,通道注意力模型通过整合各通道维度的相关特征,学习各通道的内部依赖关系。在MNIST、CIFAR10和CelebA64数据集上验证了所提出模型的有效性。     

基于深度残差长短记忆网络交通流量预测算法

针对多步交通流量预测任务中时间空间特征提取效果不佳和预测未来时间交通流量精度低的问题,提出一种基于长短时记忆（LSTM）网络、卷积残差网络和注意力机制的融合模型。首先,利用一种基于编解码器的架构,通过在编解码器中加入LSTM网络来挖掘不同尺度的时间域特征;其次,构建基于注意力机制挤压激励（SE）模块的卷积残差网络嵌入到LSTM网络结构中,从而挖掘交通流量数据中的空间域特征;最后,将编码器中获得的隐状态下的信息输入到解码器中,实现高精度多步交通流量的预测。基于真实交通数据进行实验测试和分析,实验结果表明,相较于原始的基于图卷积的模型,所提模型在北京和纽约两个交通流量公开数据集上的均方根误差（RMSE）分别获得了1.622和0.08的下降。所提模型能够高效且精确地对交通流量作出预测。     

Generative adversarial network (GAN) and enhanced root mean square error (ERMSE): deep learning for stock price movement prediction

The prediction of stock price movement direction is significant in financial circles and academic. Stock price contains complex, incomplete, and fuzzy information which makes it an extremely difficult task to predict its development trend. Predicting and analysing financial data is a nonlinear, time-dependent problem. With rapid development in machine learning and deep learning, this task can be performed more effectively by a purposely designed network. This paper aims to improve prediction accuracy and minimizing forecasting error loss through deep learning architecture by using Generative Adversarial Networks. It was proposed a generic model consisting of Phase-space Reconstruction (PSR) method for reconstructing price series and Generative Adversarial Network (GAN) which is a combination of two neural networks which are Long Short-Term Memory (LSTM) as Generative model and Convolutional Neural Network (CNN) as Discriminative model for adversarial training to forecast the stock market. LSTM will generate new instances based on historical basic indicators information and then CNN will estimate whether the data is predicted by LSTM or is real. It was found that the Generative Adversarial Network (GAN) has performed well on the enhanced root mean square error to LSTM, as it was 4.35% more accurate in predicting the direction and reduced processing time and RMSE by 78 s and 0.029, respectively. This study provides a better result in the accuracy of the stock index. It seems that the proposed system concentrates on minimizing the root mean square error and processing time and improving the direction prediction accuracy, and provides a better result in the accuracy of the stock index.

     

基于双向循环生成对抗网络的无线传感网入侵检测方法

针对无线传感器网络（WSN）入侵检测方法在离散高维特征的不平衡数据集上检测精度低和泛化能力差的问题,提出一种基于双向循环生成对抗网络的WSN入侵检测方法 BiCirGAN。首先,引入对抗学习异常检测（ALAD）通过潜在空间合理地表示高维、离散的原始特征,提高对原始特征的可理解性。其次,采用双向循环对抗的结构确保真实空间和潜在空间双向循环的一致性,从而保证生成对抗网络（GAN）训练的稳定性,并提高异常检测的性能。同时,引入Wasserstein距离和谱归一化优化方法改进GAN的目标函数,以进一步解决GAN的模式崩坏与生成器缺乏多样性的问题。最后,由于入侵攻击数据的统计属性随时间以不可预见的方式变化,建立带有Dropout操作的全连接层网络对异常检测结果进行优化。实验结果表明,在KDD99、UNSW-NB15和WSN＿DS数据集上,相较于AnoGAN、BiGAN、MAD-GAN以及ALAD方法,BiCirGAN在检测精确度上提高了3.9%～33.0%,且平均推断速度是ALAD方法的4.67倍。     

生成对抗网络下的低剂量CT图像增强

为去除低剂量计算机断层扫描（LDCT）图像中的噪声,增强去噪后图像的显示效果,提出一种生成对抗网络（GAN）下的LDCT图像增强算法。首先,将GAN与感知损失、结构损失相结合对LDCT图像进行去噪;然后,对去噪后的图像分别进行动态灰度增强和边缘轮廓增强;最后,利用非下采样轮廓波变换（NSCT）将增强后的图像在频域上分解为具有多方向性的系数子图,并将配对的高低频子图使用卷积神经网络（CNN）进行自适应融合,以重构得到增强后的计算机断层扫描（CT）图像。使用AAPM比赛公开的真实临床数据作为实验数据集,进行图像去噪、增强、融合实验,所提方法在峰值信噪比（PSNR）、结构相似度（SSIM）和均方根误差（RMSE）上的结果分别为33.015 5 dB、0.918 5和5.99。实验结果表明,所提算法在去除噪声的同时能保留CT图像的细节信息,提高图像的亮度和对比度,有助于医生更加准确地分析病情。     

基于条件Wassertein生成对抗网络的图像生成

生成对抗网络（GAN）能够自动生成目标图像,对相似地块的建筑物排布生成具有重要意义。而目前训练模型的过程中存在生成图像精度不高、模式崩溃、模型训练效率太低的问题。针对这些问题,提出了一种面向图像生成的条件Wassertein生成对抗网络（C-WGAN）模型。首先,该模型需要识别真实样本和目标样本之间特征对应关系,然后,根据所识别出的特征对应关系进行目标样本的生成。模型采用Wassertein距离来度量两个图像特征之间分布的距离,稳定GAN训练环境,规避模型训练过程中的模式崩溃,从而提升生成图像的精度和训练效率。实验结果表明,与原始条件生成对抗网络（CGAN）和pix2pix模型相比,所提模型的峰值信噪比（PSNR）分别最大提升了6.82%和2.19%;在训练轮数相同的情况下,该模型更快达到收敛状态。由此可见,所提模型不仅能够有效地提升图像生成的精度,而且能够提高网络的收敛速度。     

基于长-短时序特征融合的资源负载预测模型

高准确率的资源负载预测能够为实时任务调度提供依据,从而降低能源消耗。但是,针对资源负载的时间序列的预测模型,大多是通过提取时间序列的长时序依赖特性来进行短期或者长期预测,忽略了时间序列中的短时序依赖特性。为了更好地对资源负载进行长期预测,提出了一种基于长-短时序特征融合的边缘计算资源负载预测模型。首先,利用格拉姆角场（GAF）将时间序列转变为图像格式数据,以便利用卷积神经网络（CNN）来提取特征;然后,通过卷积神经网络提取空间特征和短期数据的特征,用长短期记忆（LSTM）网络来提取时间序列的长时序依赖特征;最后,将所提取的长、短时序依赖特征通过双通道进行融合,从而实现长期资源负载预测。实验结果表明,所提出的模型在阿里云集群跟踪数据集CPU资源负载预测中的平均绝对误差（MAE）为3.823,均方根误差（RMSE）为5.274,拟合度（R²）为0.815 8,相较于单通道的CNN和LSTM模型、双通道CNN+LSTM和ConvLSTM+LSTM模型,以及资源负载预测模型LSTM-ED和XGBoost,所提模型的预测准确率更高。     

基于多尺度生成对抗网络的大气湍流图像复原

大气湍流会导致图像发生畸变和模糊,为对单幅大气湍流退化图像进行复原,提出一种基于多尺度生成对抗网络（GAN）的图像复原方法。采用GAN框架,在生成器网络中添加多尺度注意力特征提取单元与多层次特征动态融合单元,从而提升模型的感受野范围。在此基础上,引入特征融合机制以实现湍流退化图像复原。实验结果表明,相比标准GAN、SIU-Net模型,多尺度GAN能显著提高图像的视觉质量,有效降低图像的模糊和几何畸变程度。     

基于球形矩匹配与特征判别的图像超分辨率重建

由于网络训练不稳定,基于生成对抗网络（GAN）的图像超分辨率重建存在模式崩溃的现象。针对此问题,提出了一种基于球形几何矩匹配与特征判别的球面双判别器超分辨率重建网络SDSRGAN,通过引入几何矩匹配与高频特征判别来改善网络训练的稳定性。首先,生成器对图像提取特征并通过上采样生成重建图像;接着,球面判别器将图像特征映射至高维球面空间,充分利用特征数据的高阶统计信息;然后,在传统判别器的基础上增加特征判别器,提取图像高频特征,重建特征高频分量和结构分量两方面;最后,对生成器与双判别器进行博弈训练,提高生成器重建图像质量。实验结果表明,所提算法能有效收敛,其网络能够稳定训练,峰值信噪比（PSNR）为31.28 dB,结构相似性（SSIM）为0.872,而与双三次差值、超分辨率残差网络（SRResNet）、加速的卷积神经网络超分辨率（FSRCNN）、基于GAN的单图像超分辨率（SRGAN）和增强型超分辨率生成对抗网络（ESRGAN）算法相比,所提算法的重建图像具有更加逼真的结构纹理细节。所提算法为基于GAN的图像超分辨率研究提供了球形矩匹配与特征判别的双判别方法,在实际应用中可行且有效。     

基于仲裁机制的生成对抗网络改进算法

针对深度卷积生成对抗网络（DCGAN）中的对抗训练缺乏灵活性以及DCGAN所使用的二分类交叉熵损失（BCE loss）函数存在优化不灵活、收敛状态不明确的问题,提出了一种基于仲裁机制的生成对抗网络（GAN）改进算法,即在DCGAN的基础上引入了所提出的仲裁机制。首先,所提改进算法的网络结构由生成器、鉴别器和仲裁器组成;然后,生成器与鉴别器会根据训练规划进行对抗训练,并根据从数据集中感知学习到的特征分别强化生成图像以及辨别图像真伪的能力;其次,由上一轮经过对抗训练的生成器和鉴别器与度量分数计算模块一起组成仲裁器,该仲裁器将度量生成器与鉴别器对抗训练的结果,并反馈到训练规划中;最后,在网络结构中添加获胜限制以提高模型训练的稳定性,并使用Circle loss函数替换BCE loss函数,使得模型优化过程更灵活、收敛状态更明确。实验结果表明,所提算法在建筑类以及人脸数据集上有较好的生成效果,在LSUN数据集上,该算法的FID指标相较于DCGAN原始算法下降了1.04%;在CelebA数据集上,该算法的IS指标相较于DCGAN原始算法提高了4.53%。所提算法生成的图像具有更好的多样性以及更高的质量。