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我校理學(xué)院大數(shù)據(jù)研究團(tuán)隊(duì)在人工智能與大數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究方面取得系列進(jìn)展，研究成果分別發(fā)表在IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems、IEEE Transactions on Cybernetics和Information Sciences三大人工智能頂級(jí)期刊。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能領(lǐng)域中目前最為火熱的研究方向——深度學(xué)習(xí)的架構(gòu)基礎(chǔ)。雖然深度學(xué)習(xí)在近幾年發(fā)展迅速，但是關(guān)于如何設(shè)計(jì)最優(yōu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的問(wèn)題仍處于探索階段。該團(tuán)隊(duì)分別針對(duì)人工智能中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高維大規(guī)模數(shù)據(jù)存在無(wú)效和冗余特征、難以獲取長(zhǎng)時(shí)序信息等問(wèn)題與缺陷，設(shè)計(jì)出了一系列網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、大數(shù)據(jù)特征選擇和時(shí)序循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，有效改善了上述不足，提高了人工智能模型的學(xué)習(xí)性能。 題目為《帶Group Lasso懲罰與控制冗余的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征選擇》（Feature Selection using a Neural Network With Group Lasso Regularization and Controlled Redundancy）的研究論文發(fā)表在人工智能領(lǐng)域權(quán)威國(guó)際期刊IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems。王健副教授和博士生張華清為該論文共同第一作者， 我校榮譽(yù)教授Nikhil R. Pal院士（印度統(tǒng)計(jì)研究所）參與指導(dǎo)，中國(guó)石油大學(xué)（華東）為第一署名單位。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、山東自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大科技項(xiàng)目以及山東省高校青年創(chuàng)新科技支撐計(jì)劃的資助。 特征選擇技術(shù)也稱(chēng)屬性選擇，是指從原始特征或?qū)傩灾羞x擇出最有效的特征或?qū)傩砸越档蛿?shù)據(jù)維度的過(guò)程，它是人工智能數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)的重要步驟，也是大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。該項(xiàng)工作在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中嵌入Group Lasso懲罰項(xiàng)并實(shí)現(xiàn)特征冗余控制，在選出對(duì)解決問(wèn)題最有幫助、蘊(yùn)含信息量最大的特征或?qū)傩缘耐瑫r(shí)，控制所選特征子集的冗余程度，以達(dá)到降維的最優(yōu)效果，從而使模型的泛化能力更強(qiáng)，降低神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型產(chǎn)生過(guò)擬合的風(fēng)險(xiǎn)。 題目為《基于L1正則化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型設(shè)計(jì)與分析》（Learning Optimized Structure of Neural Networks by Hidden Node Pruning With L1Regularization）的研究論文發(fā)表在國(guó)際人工智能領(lǐng)域權(quán)威期刊IEEE Transactions on Cybernetics。碩士生謝雪濤和博士生張華清為論文共同第一作者，王健副教授為通訊作者，我校榮譽(yù)教授Nikhil R. Pal院士（印度統(tǒng)計(jì)研究所）參與指導(dǎo)，中國(guó)石油大學(xué)（華東）為第一署名單位。該項(xiàng)研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。 該項(xiàng)工作借助L1正則子具有的稀疏表達(dá)能力，提出兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化學(xué)習(xí)模型；本項(xiàng)工作另外一個(gè)突出貢獻(xiàn)就是提出了一種簡(jiǎn)單且具有通用性的收斂性證明方法，同時(shí)保證了模型設(shè)計(jì)的合理性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出模型具有強(qiáng)大的魯棒性、廣泛的適用性、理想的剪枝能力和良好的泛化能力，適用處理高維大數(shù)據(jù)。該研究成果在人工智能與深度學(xué)習(xí)構(gòu)造最簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用和應(yīng)用推廣價(jià)值。

近期，西湖大學(xué)人工光合作用與太陽(yáng)能燃料中心孫立成實(shí)驗(yàn)室在探索這一未解之謎的過(guò)程中取得進(jìn)展。

第二類(lèi)超導(dǎo)體中量子化磁通的運(yùn)動(dòng)行為對(duì)超導(dǎo)材料和器件的電磁輸運(yùn)性質(zhì)起著關(guān)鍵作用。人為調(diào)控超導(dǎo)磁通量子的運(yùn)動(dòng)行為，不但可以有效提高超導(dǎo)體的臨界電流密度，還可實(shí)現(xiàn)具有新功能的超導(dǎo)電子器件，如超導(dǎo)磁通整流器、磁通二極管等。以往的磁通量子調(diào)控手段往往缺乏原位可調(diào)性，極大限制了相應(yīng)超導(dǎo)電子器件的應(yīng)用。近日，南京大學(xué)吳培亨院士領(lǐng)導(dǎo)的超導(dǎo)電子學(xué)研究所王永磊教授和王華兵教授研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種可調(diào)控的新型人工自旋冰與超導(dǎo)異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件，不但實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)電性的原位開(kāi)關(guān)，還實(shí)現(xiàn)了可開(kāi)關(guān)和可反轉(zhuǎn)的磁通霍爾效應(yīng)。 人工自旋冰是具有集體相互作用的納米小磁體陣列，其特殊的幾何排列使得系統(tǒng)具有很高的簡(jiǎn)并度、新奇的低能激發(fā)態(tài)（如磁單極子）、豐富的相變和磁疇。近年來(lái)該團(tuán)隊(duì)致力于人工自旋冰和超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)器件等方面的研究，不但設(shè)計(jì)出了可擦寫(xiě)的人工自旋冰，并且于國(guó)際上首次設(shè)計(jì)和制備出了人工自旋冰與超導(dǎo)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)控的超導(dǎo)磁通阻挫效應(yīng)和磁通整流效應(yīng)。近日該團(tuán)隊(duì)又設(shè)計(jì)出了一種基于風(fēng)車(chē)型人工自旋冰與超導(dǎo)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件，利用風(fēng)車(chē)型人工自旋冰易于調(diào)控的鏈條狀磁荷結(jié)構(gòu)，以及磁荷與超導(dǎo)磁通量子間的強(qiáng)耦合作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超導(dǎo)磁通運(yùn)動(dòng)的原位操控，展示了超導(dǎo)零電阻態(tài)與耗散態(tài)之間的原位開(kāi)關(guān)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了可編程的磁通霍爾效應(yīng)。

人類(lèi)早期胚胎發(fā)育雖然只有大約7天的時(shí)間，但是卻經(jīng)歷了關(guān)鍵的分子事件，其中包括合子基因組激活（ZGA）和早期胚胎細(xì)胞的命運(yùn)決定。伴隨測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可以有效地揭示早期胚胎發(fā)育的細(xì)胞命運(yùn)決定的轉(zhuǎn)錄圖譜，但是單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也存在許多問(wèn)題，例如dropout事件（表達(dá)的基因未被檢測(cè)到），這使得差異分析方法在處理單細(xì)胞受到了限制。本研究中通過(guò)使用F-score算法和差異分析方法（limma，edgeR和DESeq）在人類(lèi)早期胚胎單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組中得到兩個(gè)關(guān)鍵的基因集。通過(guò)比較先前研究中關(guān)鍵的基因來(lái)分析兩種方法的不同，POU5F1（OCT4）在細(xì)胞多能性的獲得和維持中起到了重要的作用，但是在差異分析方法中卻被排除，而F-score算法卻可以獲得。我們通過(guò)研究基因的表達(dá)趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，差異分析方法對(duì)于在多個(gè)時(shí)期高表達(dá)的基因會(huì)被排除，這對(duì)于胚胎發(fā)育中的細(xì)胞的異質(zhì)性是十分不利的。

西安交通大學(xué)席光教授課題組成功將人工智能三維圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于離心壓縮機(jī)的優(yōu)化工作中，并與沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司合作完成了國(guó)際上首個(gè)完全三維離心葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

由于受到云、氣溶膠等不利天氣的影響，基于熱紅外遙感反演的地表溫度數(shù)據(jù)存在空間不連續(xù)問(wèn)題，阻礙了地表溫度產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。

常見(jiàn)的納米酶大多數(shù)是金屬化合物納米顆粒，其催化活性主要是來(lái)自在納米顆粒表面的金屬離子。在自然界中，生物酶的特征表明活性位點(diǎn)和支持、穩(wěn)定活性位點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)于高催化效率同樣重要。通過(guò)調(diào)整活性位點(diǎn)的成分和環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)高的活性和選擇性。水凝膠是一類(lèi)具有良好生物相容性的三維親水網(wǎng)絡(luò)材料，其結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)酶分子活性中心，同時(shí)提供更好的底物遷移微環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)有效的催化作用，載酶水凝膠材料已成為生物學(xué)研究中的熱點(diǎn)。納米凝膠為水凝膠的納米粒子，具有類(lèi)似于宏觀水凝膠材料的親水網(wǎng)絡(luò)及類(lèi)似流體的傳輸特性，其納米的尺寸可以作為進(jìn)一步體內(nèi)生物應(yīng)用的理想載體。在受限的納米空間中實(shí)現(xiàn)修飾或組裝以獲得雜化納米凝膠仍然存在挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院王啟剛團(tuán)隊(duì)從仿生的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種酶催化的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRPase）和金屬配位交聯(lián)方法成功制備出納米人工多酶凝膠體系。該體系具有模擬超氧化物歧化酶（SOD-like）和過(guò)氧化物酶（POD-like）特性，可以實(shí)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境級(jí)聯(lián)催化的響應(yīng)成像。日前，相關(guān)研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”為題，發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊 Angewandte Chemie International Edition （《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》） 上。同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院為該文的唯一通訊作者單位，碩士生齊美園為第一作者，王霞副教授和王啟剛教授為共同通訊作者。 圖1.（a）人工多酶凝膠體系的ATRPase及配位交聯(lián)制備流程（b）模擬SOD和POD級(jí)聯(lián)酶催化的腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的熒光成像機(jī)制。研究人員首先在納米粒子表面修飾酶催化的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的引發(fā)劑(-Br)，以具有良好生物相容性的生物酶為催化劑，修飾有雙鍵的賴(lài)氨酸（N-acryloyl-L-lysine）為聚合單體，在納米粒子周?chē)酆现苽涞玫骄圪?lài)氨酸高分子刷，最后通過(guò)亞鐵配位交聯(lián)，從而構(gòu)建出具有多酶活性的人工多酶凝膠體系（如圖1所示）。凝膠體系中高分散的Fe離子一方面作為凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)劑，同時(shí)作為模擬酶的活性中心。通過(guò)模擬SOD和POD酶，先將腫瘤部位高水平的O 2 ?? 催化轉(zhuǎn)化為H 2 O 2 ，進(jìn)一步基于腫瘤部位提升的H 2 O 2 通過(guò)級(jí)聯(lián)酶催化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的安全、高效的腫瘤成像。該人工多酶凝膠體系類(lèi)似自然的過(guò)氧化物酶催化機(jī)制不產(chǎn)生羥基自由基，具有低毒性和高生物安全性。同時(shí)，ATRPase方法和金屬配位交聯(lián)技術(shù)可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多種納米材料體系的制備，用于藥物輸送和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等經(jīng)費(fèi)支持以及中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心的技術(shù)支持。王啟剛教授團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于高分子凝膠固定酶技術(shù)及其生物診療應(yīng)用，近5年累計(jì)以通訊作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊發(fā)表SCI論文50多篇。文獻(xiàn)鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF：anie_202002331.pdf課題組網(wǎng)站：https://qgwang.tongji.edu.cn/