2021年, 第49卷, 第1期　刊出日期：2021-01-10

  

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数据挖掘专题
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  基于耦合辅助信息的矩阵分解和靶向GPCRs的配体活性预测方法

  吴建盛,兰闯闯,秦洁,朱燕翔,胡海峰

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 1-13.

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  G蛋白偶联受体（GPCRs）是人类最重要的药物靶点，目前市场上大约34%的现代药物都以GPCRs作为靶点。在药物发现过程中，配体生物活性的准确预测对于筛选苗头化合物至关重要。对单个GPCR任务来说，通过实验得到生物活性的配体数量十分有限，若将多个GPCRs任务放在一起通过矩阵分解进行学习，可以利用GPCRs任务间的关联信息，提升配体生物活性的学习性能。基于此，本文提出了一种基于矩阵分解靶向GPCRs的配体生物活性预测方法MFSI，它耦合了配体的分子扩展连通性指纹辅助信息，克服了已知GPCR-配体生物活性关系矩阵中天然存在大量缺失值的问题。在72个具有代表性的GPCRs任务上的测试发现，它们涵盖了GPCRs的24个子家族。结果表明，本文方法全面优于经典的单任务学习和矩阵分解方法;在大多数数据集上（66/72），本文方法在性能上优于其他基于深度多任务学习的预测配体生物活性方法，与DeepNeuralNet-QSAR方法相比，在所有的数据集上本文方法在r2和RMSE上平均分别提升了18%和12%。
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  基于双向GRU神经网络的医学文本PICO成分识别

  龚乐君,姚凌峰,高志宏,李华康

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 14-21.

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  针对传统机器学习模型在识别PICO(population/problem, intervention, comparison and outcome)成分时存在特征提取不充分的问题，本文提出了一种自动识别医学文本中PICO成分的GRUCM模型，该模型融合了双向门控循环单元（bi-bated recurrent unit, BiGRU）神经网络和条件随机场（conditional random field, CRF）的优点，不仅能改善传统机器学习模型存在的特征抽取不足的问题，而且可以同时抽取出多个成分，避免创建多个模型而造成的资源浪费。该模型在测试数据上P成分的F1值为88.24%，I成分的F1值为80.49%，O成分的F1值为86.62%，与采用长短期记忆网络（long short-term memory, LSTM）和CRF模型的识别效果进行对比，本文提出的GRUCM模型对PICO成分的识别更有效。
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  基于带权图的多维大数据模型优化算法

  鄂海红,田川,宋美娜

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 22-28.

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  针对传统的物化视图选择（materialized view selection，MVS）算法评价指标单一（仅评价物化时间，过度追求物化视图的查询命中率）会导致超高维度时的维度灾难以及物化视图集频繁抖动的问题，本文提出了一种基于带权图的多维大数据模型优化算法（multi-dimensional big data model optimization, MMO），通过引入平均查询时延和膨胀率评价指标，基于带权图模型找出物化视图集的最优解。实验结果表明，本文算法在综合评分、平均查询时延、膨胀率方面均优于粒子群算法（particle swarm optimization, PSO），解决了超高维数据下的维度灾难问题，并且能够快速收敛。
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  基于中心Copula函数相似性度量的时间序列聚类方法

  甄远婷,冶继民,李国荣

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 29-36.

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  针对现实中广泛存在的非线性时间序列数据，提出了一种适用于具有一般相依结构的时间序列聚类的新方法。该方法基于中心Copula函数可以有效度量随机变量之间独立性的特性，采用中心Copula过程捕获时间序列的动态相依结构，采用Cramér-von Mises统计量构造了一种新的时间序列聚类的相似性度量，并给出了该度量的一致性非参数估计及其便于计算的等价形式。实验结果表明，基于新的相似性度量的层次聚类算法不仅适用于非线性时间序列数据，对具有线性相依结构的时间序列数据和实际数据也有较高的聚类质量。
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  基于自训练的半监督SQL注入检测算法

  解银朋,周庆博,何金栋,谢新志,周嵩

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 37-43.

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  针对基于监督学习的SQL注入检测方法在某些场景下不适用的问题，本文提出一种基于自训练的半监督SQL注入检测方法（self-training based semi-supervised SQL injection detection, S4ID）。S4ID首先对SQL语句进行特征提取，包括基于语法树的模式提取和基于词袋模型的特征向量表示；然后使用基于自训练的半监督算法进行训练，通过从未标记样本中选取部分样本并打上伪标记，实现训练集的扩充，从而改善机器学习模型。实验结果表明，在有标记样本有限的情况下，S4ID可以利用未标记样本，取得比监督学习方法更好的SQL注入检测效果。
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  一种基于Newton-Armijo优化的多项式光滑孪生支持向量机

  韦修喜,黄华娟

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 44-51.

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  针对光滑孪生支持向量机 (smooth twin support vector machines, STWSVM) 采用的Sigmoid光滑函数逼近精度低的问题，提出一种基于Newton-Armijo优化的多项式光滑孪生支持向量机（polynomial smooth twin support vector machines based on Newton-Armijo optimization, PSTWSVM-NA）。在PSTWSVM-NA中，引入正号函数，将孪生支持向量机的两个二次规划问题转化为两个不可微的无约束优化问题。随后，引入一族多项式光滑函数对不可微的无约束优化问题进行光滑逼近，并用收敛速度快的Newton-Armijo方法求解新模型。从理论上证明了PSTWSVM-NA模型具有任意阶光滑性，在人工数据和UCI数据集上的实验结果表明该算法具有较高的分类精度和较快的训练效率。
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  基于性别的人脸年龄估计

  马闯,田青,孙赫阳,曹猛

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 52-60.

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  针对人脸图像的年龄估计方法大多只考虑特定年龄的面部特征且男性与女性的老化差异影响年龄估计的准确性,本文提出了一个统一的年龄估计框架，利用性别和年龄之间的语义关系，并着重考虑不同性别之间的老化差异，将整个性别空间划分为男女性别子空间，在性别子空间中利用男性与女性间的老化差异进行年龄估计。实验结果表明，该方法不仅取得了良好的实验结果，而且在揭示人脸老化差异方面具有良好的可解释性。
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  基于时序聚类和关联规则挖掘的气化炉操作参数优化方法

  田春华,崔鹏飞,刘家扬,兰晟,李闯

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 61-67.

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  煤气化过程的操作参数直接影响有效气体产率，操作参数优化有重要的经济价值。然而煤气化是一个长稳过程，具有大惯性、长期稳态、工况时间不等长、来料抽检频度低等特点，对机器学习算法提出了很多挑战。为此，本文基于Mean-variance的ChangePoint算法，对状态量、控制量和产出指标量分别进行时序切片，对不等长的子序列进行聚类，构建典型的多变量时序模式;同时，采用GMM算法对来料品质进行聚类。将操作参数优化分为离线静态优化和在线动态优化两个子问题，在给定的来料品质类别下，通过关联规则学习，获得给定状态下最佳的静态操作参数；在线动态优化建模为关联规则挖掘问题，即将来料品质、当前状态、产出效果、操作参数作为左条件，将未来一段时间的产出效果作为右条件，从而获得最佳的动态调整策略。通过3台气化炉27个月历史数据的实验，预估有效气体产率可提升1.38%，验证了基于多时序聚类和关联规则挖掘的数据驱动方式在煤气化操作参数优化中的可行性。
模式识别与智能控制专题
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  基于GoogLeNet和双层GRU的图像描述

  张洁庆,郭敏,肖冰

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 68-73.

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  针对基于卷积神经网络（convolutional neural network,CNN)和长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM)的方法存在计算复杂度高、收敛速度慢、训练时间长等问题，本文提出基于GoogLeNet和双层GRU的图像描述模型，在训练阶段采用适应性动量估计法(adaptive moment estimation, Adam)优化算法，加快了整体模型的收敛速率，提高了模型性能。在MSCOCO和Flickr30K两个数据集上的实验结果表明，基于GoogLeNet和双层GRU的图像描述模型实验效果优于目前常用的图像描述模型，生成的句子准确度更高，在多个评价指标上超过了其他常用图像描述模型。
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  基于成绩标量函数搜索的分解多目标进化算法

  班阳,高兴宝

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 74-82.

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  基于分解的多目标优化算法在整个进化过程中由于种群规模和权向量保持不变，容易导致种群多样性下降和早熟收敛。针对这一问题，提出了一种基于成绩标量函数搜索的分解多目标进化算法。为使基于分解的多目标优化算法对决策空间均匀探索，首先通过分析当前种群的稀疏度，设计了一种自适应基于成绩标量函数的局部搜索策略，动态地增加种群规模和权向量；其次，提出了一种具有自适应缩放因子的改进混合差分算子，平衡算法的全局探索和局部开发能力。通过对10个函数进行数值实验，并与5种经典的多目标优化算法和6种基于分解的多目标优化算法相比，数值结果表明所提算法能够获得分布均匀且充分靠近Pareto最优前沿的解集。
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  基于事件触发切换奇异系统的有限时间稳定

  段长杰,吴保卫

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 83-87.

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  借助于事件触发机制，研究了切换奇异系统的有限时间稳定性问题。首先, 引入切换奇 异系统有限时间稳定的概念, 并提出事件触发机制。然后, 在事件触发基础上提出状态反馈控制器。其次, 利用Lyapunov函数和平均驻留时间方法, 得到切换奇异系统稳定的充分条件。最后, 给出数值例子说明结论的有效性。
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  面向海上通信的可伸缩广义通信平台架构

  陈为刚,刘元松,潘州,杨晋生

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 88-95.

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  针对海上无线通信的异构传输网络及多种不同接口与协议的通信设备之间的互联互通问题，设计了一种基于网络协同处理、集成异构设备、融合异构网络的可伸缩广义通信平台架构。该架构将各种无线电设备接入以太网路由器组建的局域网内，实现各类不同业务信息的协同处理与收发，并通过设置虚拟层实现异构传输设备的集成以及异构网络的融合。进一步，基于本文提出的广义通信平台架构，设计并实现了海洋通信综合业务传输系统。测试表明，该系统可以实现多业务的灵活调度与可靠传输，并能根据实际设备或业务情况对系统进行剪辑，具有一定的可伸缩性。
果树生物技术及果品加工专题
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  不同树龄苹果树根际土壤的微生物生物量碳、酶和养分特征及其变化规律

  王静,李彤,梁健

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 96-104.

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  探究陕北宜川不同树龄的红富士苹果树根际土壤微生物生物量碳（the microbial biomass carbon,MBC）、酶和养分含量的变化特征及其与挂果期的关系，为改善种植措施、增加苹果产量提供依据。采用氯仿熏蒸提取和土壤理化分析等方法研究根际土壤的微生物生物量碳、酶和养分组成；采用多元分析法分析苹果树根际土壤特征与生长阶段之间的相关性。结果表明：（1）根际土壤MBC在3~7 a和7~10 a的过程中不断增加，之后显著下降（P＜0.05）。（2）根际土壤中的蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和纤维素酶活性随树龄发生显著变化（P＜0.05）。（3）根际土壤中含水量、有机质和速效钾含量显示出与MBC相似的变化趋势，表明壮龄苹果树具有较好的土壤养分条件。（4）根据主成分分析结果将苹果树划分为4个生长阶段，即挂果前期（3 a）、挂果初期（7 a，根际土壤中碱解氮含量显著降低、MBC含量显著升高）、挂果旺期（10~12 a，根际土壤中有机质含量、蔗糖酶、碱性磷酸酶、纤维素酶活性和MBC显著升高）、挂果后期（17~20 a，根际土壤有机质含量、蔗糖酶和纤维素酶活性显著下降）。苹果树根际土壤质量指标的变化反映了苹果树生长的阶段性特征，根际土壤中高水平的MBC、有机质含量、含水量、纤维素酶和蔗糖酶活性可能更有利于苹果树挂果期的形成和挂果旺期的持续。
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  防治草莓重茬病多功能内生菌株的筛选及鉴定

  吴锦兰,魏希颖

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 105-111.

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  采用平板对峙法、紫外分光光度法和24孔培养法等方法开展草莓内生菌株的多功能研究，筛选得到一株具有拮抗功能、自毒物质降解功能和杀线虫功能的防治草莓重茬病内生菌株SRF5。研究结果显示：菌株SRF5对尖孢镰刀菌的抑制率达到71.65%；处理第7天时，菌株SRF5对苯甲酸的降解率达到60%以上，对对羟基苯甲酸的降解率达到90%以上；处理48 h后，SRF5时对南方根结线虫的校正致死率达到97.37%，线虫虫卵孵化率在第7天比对照降低了61.33%。形态学和分子生物学鉴定表明：筛选得到的SRF5菌株ITS序列和新萨托菌株Neosartorya udagawae（JQ316519.1）的同源性高达100%，初步证实该菌株为具有潜在开发利用价值的新萨托菌株。
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  模型体系法研究脱苦杏仁干制过程中的非酶褐变反应

  卫晨曦,张清安,宋云

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 112-117.

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  利用模型体系法研究脱苦杏仁在干制过程中因褐变反应引起的品质和色泽变化。以脱苦杏仁中的氨基酸和糖含量为变量，构建5组脱苦杏仁干制模型体系，通过研究模型体系在加热过程中色泽、褐变度（A420）和5-羟甲基糠醛含量（A284）的变化，明确该过程中发生的主要非酶褐变反应类型及其对体系颜色的影响。结果表明：脱苦杏仁干制过程中发生的非酶褐变反应主要为美拉德反应，反应体系褐变度随加热时间的延长和果糖浓度的升高而增加。将不同脱苦杏仁干制模型体系的色泽与A420、A284进行相关性分析发现，非酶褐变反应生成的中间体对体系色泽的黄度影响显著。因此，抑制美拉德反应的发生可有效控制脱苦杏仁在干制过程中的色泽变化。
创刊６ ０周年纪念专题
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  《陕西师范大学学报（自然科学版）》2011—2020年数据分析与主要办刊举措

  程琴娟,焦阳,李博,宋轶文

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2021, 49(1): 118-124.

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  2020年正值《陕西师范大学学报（自然科学版）》创刊60周年，为了总结我刊的发展历程，表达对期刊发展做出贡献的作者、审者、编者的感激之情，更好地服务国家一流科技期刊建设与“双一流”建设，本文梳理了2011—2020年《陕西师范大学学报（自然科学版）》的发文量、稿源分布、论文受关注度、期刊影响力等重要数据，呈现了近年来我刊的主要办刊举措。数据显示：2011—2020年《陕西师范大学学报（自然科学版）》共发表论文1 167篇，年均内稿占比为31.6%~86.2%，主要关注学科为数学与计算机科学、物理学、资源与环境科学、生命科学、化学与材料科学；期刊的总被引频次保持平稳波动，影响因子波动上升，于2019年获得“中国科技期刊卓越行动计划”梯队期刊类项目资助，资助期5年；获得“2013年百种中国杰出学术期刊”“中国高校精品科技期刊”“中国高校百佳科技期刊”等荣誉。在办刊举措方面，主要实行专题制，创新组稿机制，改变出版流程与出版模式，提升传播速度、广度、深度与精准度，实现了出版内容由学科综合向问题综合转变、内容组织方式由以学科栏目为主向以专题为主转变、出版模式由以纸版期刊优先向以网络优先转变，办刊能力得到全面提升。