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2022年 第42卷 第5期    刊出日期：2022-09-25

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一类动态Melan方程的解的存在唯一性

唐梦影,张健,王永达

2022, 42(5):  449-453.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.001

摘要 ( 466 )   PDF (327KB) ( 467 )  

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为解决悬索桥的动态横梁模型——动态Melan方程的问题,采用Galerkin方法和压缩映射原理,对这类非线性非局部Melan方程进行了研究,得出了该方程的解的存在唯一性.

多项分数阶非线性波动方程的数值方法及其快速实现

邵林馨,沈卓旸,马葛沁舟,闵婕,黄健飞

2022, 42(5):  454-462.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.002

摘要 ( 349 )   PDF (490KB) ( 422 )  

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对带有空间四阶导数的多项时间分数阶非线性波动方程构造了一个线性化数值方法. 该方法采用线性化技术离散非线性项,从而避免求非线性方程组,并严格地证明了该方法的收敛性,在时间方向具有一阶精度,在空间方向具有四阶精度.该方法同样适用于初始奇异性问题,并且还可以用指数和技术来进行快速实现. 最后,通过数值实验验证了该方法的有效性和理论分析的正确性.

Cd与Se比例对CdSe量子点发光性能的影响

丁亚楠,郑一博,赖伟东,李曙光,韦志仁,李志强,王春生

2022, 42(5):  463-467.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.003

摘要 ( 403 )   PDF (827KB) ( 419 )  

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硒化镉(CdSe)量子点具有荧光量子产率高、稳定性好以及光谱易于调节等优点,在发光二极管、太阳能电池及荧光标记等领域有着广阔的应用前景,而研究不同工艺条件对其性能的影响具有重要意义.以金属氯化物为Cd和Se源,以巯基丙酸(3-MPA)为包覆剂利用水相回流反应法在100 ℃下反应120 min制备了系列CdSe量子点,并讨论了不同Cd与Se比例时样品的形貌、带隙及光学性能的变化.CdSe量子点的尺度在2.19~2.57 nm,最强激发峰位于431 nm,发射峰位于561 nm,吸收光谱带边从460 nm蓝移到450 nm,表明样品在合成过程中,Cd与Se比例对样品的性能有一定的影响.

构造不变子空间计算光子克隆的保真度

孙晋串

2022, 42(5):  468-473.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.004

摘要 ( 241 )   PDF (467KB) ( 171 )  

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研究了双模辐射场和几个三能级原子的相互作用,计算了光子克隆的平均保真度随时间的变化,对数值计算过程进行了简化. 在对量子态的演化进行数值计算中,一般是在整个Hilbert空间进行计算.如果系统的空间维度很大,则数值计算需要处理大量的数据,花费大量的计算时间,有时候可以根据系统的特殊物理性质简化数值计算.如果在整个Hilbert空间找到每个量子态所在的不变子空间,对于每个量子态,在时间演化算符的作用下始终在自己的不变子空间内演化.不需要在全空间数值计算量子态的演化,而只需要在初态所在的子空间计算即可. 通过比较分析得知,在数值计算少数三能级原子对光子的克隆时,在全空间计算量子态的演化需要处理的数据量比在各自子空间计算要大1个数量级.

可见光催化降解水中邻苯二甲酸二丁酯

雷源,刘桂随,朱爱雪,李牧原,刘芃岩

2022, 42(5):  474-482.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.005

摘要 ( 377 )   PDF (1283KB) ( 342 )  

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合成了复合材料g-C₃N₄/Bi₄O₅I₂,并进行了表征分析,以其为催化剂,研究了可见光照射下,水中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)光催化降解的影响因素:催化剂投加量、溶液初始浓度、pH及水中常见阴离子Cl^-、NO^-₃和SO^2-₄等,并通过对降解产物的分析,提出了可能的降解机理. 结果表明:g-C₃N₄/Bi₄O₅I₂的最佳投加量为0.6 g/L;在研究范围内初始浓度越高,降解率越低;当溶液为中性时,对水中DBP的光催化降解效果最好;Cl^-、NO^-₃和SO^2-₄都对光催化降解产生了一定的抑制作用. 通过对反应后降解产物的分析,推测DBP是在活性物质的攻击下,侧链先发生断裂,再继续降解为小分子物质. 研究结果对水环境中邻苯二甲酸酯类的去除具有重要的实际意义和参考价值.

基于营养成分和主成分分析的驴肉与其他肉类分类研究

牛晓颖,牟晓晴,孙杰,张春江,赵志磊,田特

2022, 42(5):  483-493.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.006

摘要 ( 500 )   PDF (1007KB) ( 333 )  

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选取生鲜驴肉样品40个,生鲜猪肉、牛肉、羊肉样品各8个,使用索氏抽提法和凯氏定氮法分别检测了样品的肌间脂肪和蛋白质含量,采用气相色谱法检测了样品的多种脂肪酸,并使用阳离子交换色谱分离、茚三酮柱后衍生法对样品的多种氨基酸含量进行了检测.对驴肉和其他肉类样品的多种营养成分含量进行了单因素方差分析. 结果发现:脂肪、蛋白质、肉豆蔻酸、十五碳酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、亚油酸、油酸及总不饱和脂肪酸、总饱和脂肪酸具有极显著差异,二十四碳一烯酸、反式油酸、苏氨酸、丝氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、组氨酸和脯氨酸具有显著差异,门冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、精氨酸和总氨基酸具有一定差异.对不同差异水平指标组合分别进行了主成分分析,发现有明显的聚类趋势,其中极显著差异指标数据(多为风味成分)能够完全将驴肉和其他肉类分开.研究结果表明:使用营养成分对驴肉和其他肉类进行分类是可行的,不同肉类所具有的不同风味特征是分类的关键.

碳包覆钾离子电池正极材料K_0.5Mn₂O_4.3·0.5H₂O的研究

钱佳琦,李小亭,雷宇,张文明

2022, 42(5):  494-500.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.007

摘要 ( 310 )   PDF (1344KB) ( 210 )  

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锰基氧化物正极材料具有低成本、高容量和高能量密度等优点,是钾离子电池正极材料研究的热点.然而,由于正极材料与电解液直接接触,发生副反应,导致容量迅速衰减,限制了它的广泛应用.为解决这一问题,对正极材料采用表面包覆的改性策略,以多巴胺为碳源,采用溶剂热法在K_0.5Mn₂O_4.3·0.5H₂O正极材料均匀地包覆碳涂层.碳包覆层阻止了正极材料与电解液的直接接触,有效地抑制了副反应.结果发现:在电流密度为50 mA/g的条件下,添加占正极材料质量10%的多巴胺时,放电容量为89.8 mA·h/g,容量保持率为63.4%,表现出优异的电化学性能,而未包覆的正极材料的放电容量为68.8 mA·h/g, 循环100圈后容量保持率为32%.这种表面涂层策略为提高钾离子电池阴极的循环稳定性提供了一种新的改性方法.

中国垂蕈甲属1新纪录种(鞘翅目:大蕈甲科)

闫子晗,侯家霖,臧昊明,王海姗,李静

2022, 42(5):  501-503.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.008

摘要 ( 335 )   PDF (452KB) ( 291 )  

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记述了中国大蕈甲科垂蕈甲属1新纪录种——阿蒙垂蕈甲Triplax amoena Solsky,1871.对该种进行了形态描述,并提供形态特征图.研究标本存放于河北农业大学植物保护学院生物防治实验室.

超声波对小鼠活动行为的影响及其驱鼠机制研究

邵建泽,韦梦祎,陈凯,张玉明,柳峰松

2022, 42(5):  504-510.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.009

摘要 ( 813 )   PDF (1017KB) ( 1229 )  

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为了探究超声波对小鼠行为的影响以及超声波驱鼠器的作用机制,建立评价超声波驱鼠器效果的简便方法,使用市售超声波驱鼠器进行旷场驱离小鼠实验,通过自发活动、高架十字实验和蔗糖水偏好实验统计了小鼠在超声波发生器与超声波驱鼠器胁迫下的行为学变化.结果显示,超声波驱鼠器连续10 d处理,具有驱离小鼠效果.超声波发生器和超声波驱鼠器连续10 d处理都会引起小鼠运动和探索能力下降,诱发其焦虑和抑郁情绪,并且超声波发生器处理引发的上述变化更为显著.本研究可为超声波驱鼠机制提供数据支持,也可为相关驱鼠器的效果评价与研发提供技术参考.

重组人瘦素蛋白的原核表达、纯化和生物学活性鉴定

周向阳,李仲凯,郝腾飞,丁光硕,郑文慧,李文娟

2022, 42(5):  511-518.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.010

摘要 ( 375 )   PDF (852KB) ( 267 )  

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为解决重组人瘦素蛋白(hLeptin)大规模生产过程中包涵体的形成以及体外重折叠过程中蛋白聚集导致的低产量,探究在大肠杆菌中hLeptin高水平可溶性的表达,并进行生物学活性检测.利用hLeptin成熟肽基因与pET-30a(+)-SUMO系统构建融合表达质粒pET-30a(+)-SUMO-Lep,转化至大肠杆菌BL21(DE3),加入异丙基-β-D-硫代半乳糖(IPTG)进行诱导表达,之后经Ni金属亲和层析纯化,并切去SUMO融合标签后获得成熟hLeptin.重组hLeptin表达量高,主要以可溶形式存在.通过KM小鼠减肥实验和CCK8实验证明重组hLeptin具有生物学活性.综上,使用SUMO融合标签,以增强hLeptin在大肠杆菌中的高效可溶性高纯度的表达,为大规模生产hLeptin提供了一种新方法,同时为表达可溶性重组蛋白研究提供了一定的基础.

IAA对幼苗期夏橡生长及光合特性的影响

石海燕,张志刚,李宏,杨建军,李斌,史开奇,杨璐

2022, 42(5):  519-529.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.011

摘要 ( 384 )   PDF (1148KB) ( 346 )  

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幼苗期夏橡在生长发育过程中存在封顶现象,为探究外源植物生长调节剂吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)对封顶现象的破除作用,以1年生夏橡播种苗木为研究对象,在夏橡封顶时喷施不同质量浓度的IAA.通过对夏橡生长特性、光合特性的测定,运用最小显著性差异法(least significant difference,LSD)及沃勒-邓肯对比分析在喷施不同质量浓度IAA后幼苗期夏橡生长特性与叶片光合性能的差异,结果表明:喷施IAA提高了夏橡光合特性日变化指标G_s、T_r及C_i,进而提高了植株的净光合速率(P_n),低质量浓度IAA处理下幼苗期夏橡P_n下午峰值提前,高质量浓度处理后光合“午休”现象消失;IAA处理对于延缓P_n下降有一定作用,质量浓度为60 mg/L的IAA处理时P_n最大;IAA处理前期主要受气孔限制,后期以非气孔限制为主.得出结论:IAA的喷施会提高夏橡幼苗的P_n,延缓P_n的下降,此外IAA质量浓度为100~120 mg/L时,破除幼苗期夏橡封顶现象效果最显著.

基于频域和时域的内模PI控制器性能评价与参数优化

李士哲,刘畅

2022, 42(5):  530-541.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.012

摘要 ( 409 )   PDF (1058KB) ( 256 )  

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由于控制系统的性能降低通常与比例积分(proportion integration,简称PI)控制器不合理的参数有关,而且单一的时域性能评价指标不准确,因此,针对具有纯迟延特性的控制对象,给出了基于频域和时域相结合的性能评价方法,克服了单一性能指标的不准确性.在不同控制策略和参数下,分析了系统性能指标与基准曲线或基准点的距离.针对2个典型的高阶被控过程,分别给出了不同的降阶模型,并把拟合对象特性最好的模型用于内模PI控制器的设计.基于频域和时域评价的结果,给出了PI控制器参数重新优化和整定的方法,用于改善控制系统的性能,该方法通过数据驱动方法对参数进行重新整定来实现,提高了运算效率.仿真实验验证了上述性能评价和参数优化方法的有效性.

基于感受野扩增和注意力机制的U-Net脑肿瘤MR图像分割

郑伟,赵金芳,张奕婧,刘帅奇,张晓丹,马泽鹏

2022, 42(5):  542-551.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.013

摘要 ( 446 )   PDF (1558KB) ( 229 )  

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针对U-Net网络感受野受限以及信息丢失导致的分割精度低的问题,提出了一种基于感受野扩增和注意力机制的U-Net脑肿瘤MR图像分割算法.首先,在U-Net网络中引入感受野模块(receptive field block,RFB)来增大网络的感受野,解决了网络由于感受野受限带来的分割精度低的问题.此外在网络中引入有效的通道注意模块(efficient channel attention,ECA)来增加网络对有用特征的响应,抑制网络中的冗余特征.使用BraTS(the brain tumor image segmentation challenge)提供的脑肿瘤MR图像数据对本文算法进行测试,用Dice相似性系数等指标进行评价,结果显示在完整肿瘤、核心肿瘤以及增强肿瘤的Dice值分别可达到0.86、0.86、0.79.与U-Net模型以及其他的网络相比得到了提高.实验结果表明,本文提出的算法能够有效提升脑肿瘤分割的精度,具有良好的分割性能.

一种基于SSA-BRF的网络入侵检测方法

魏明军,张鑫楠,刘亚志,周太宇

2022, 42(5):  552-560.  DOI: 10.3969/j.issn.1000-1565.2022.05.014

摘要 ( 345 )   PDF (916KB) ( 309 )  

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针对随机森林(random forest,RF)超参数的选择会对RF的分类结果产生较大影响的问题,提出一种基于麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的RF超参数寻优方法,利用该方法帮助RF寻找一组优秀的超参数.并针对RF较难准确识别出少数类数据的问题,利用平衡随机森林(balanced random forest,BRF)来提高模型对少数类的召回率.综合SSA和BRF构建SSA-BRF模型,并在CIC-IDS-2017数据集对模型的分类效果进行验证.实验结果表明,SSA-BRF相较于RF在准确率、宏召回率和宏F1分数上分别提升了9.57%、26.62%和0.17,该模型在一定程度上可以提高网络入侵检测系统的性能.