2016年, 第52卷, 第1期 
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  • 阮晓红
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 1-4.
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  • 张亚平,2,万宇1,2,聂青3,阮晓红1,2*,王子健4
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 5-15.
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    本文通过大量文献资料和实际数据分析,讨论了湖泊水体中氮元素的生物地球化学过程及其生态学意义。以太湖流域为例分析了流域内氮元素的主要来源及不同来源的相对贡献,采用多年入湖河流断面水文和水质监测数据分析了氮元素通过河流的入湖通量的年变化规律。分析了太湖水体氮的赋存特征,利用氮形态转化的文献资料,讨论了湖泊水体和沉积物界面不同氮的形态转化规律、控制形态转化的物理化学条件及其在水-沉积物界面传输的主要水化学过程。结合湖泊富营养化机制,讨论了氮元素对光合藻类的限制性作用,氮磷比调节以及湖泊食物链中的能量传递。围绕湖泊富营养化中氮的生物地球化学过程及其生态学意义,提出未来需要重点解决的科学问题。
  • 李荣富1,2,罗跃辉 ,2,曾洪玉1,2,阮晓红1,2*,刘丛强3*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 16-26.
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    氮的生物地球化学循环是地表环境中最复杂的物质循环之一。近年来,稳定同位素技术在氮的生物地球化学循环研究中得到了广泛应用,极大地丰富了人们对氮的来源、物理迁移及其生物地球化学循环等过程的认识,完善了氮的生物地球化学循环理论体系。本文综述了在环境水体中应用稳定同位素示踪技术及统计模型,对氮的溯源研究从定性识别到定量解析的拓展;应用稳定同位素分馏理论及同位素配对技术,对氮的生物地球化学循环转化途径的判别及其转化速率的定量解析;重点提出应进一步开展不同转化途径、不同水体环境要素对氮同位素分馏特征的影响研究,逐步完善环境水体氮循环同位素分馏理论体系。
  • 李筱宛1,2,张亚平1,2,万宇1,2,阮晓红1,2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 27-35.
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    本研究以太湖梅梁湾沉积物环境为研究对象,通过室内培养试验,研究上覆水不同C/N比条件对沉积物中反硝化(nirS、nirK)及氨氧化功能基因(古菌AOA-amoA、细菌AOB-amoA)丰度的影响,实验设计硝氮水平为2.0和5.0 mg·L-1,C/N为0.5、2、4、6、10、14。结果表明,沉积物样品nirK和nirS功能基因本底丰度分别为1.54×106 copies·g-1和2.21×106 copies·g-1,氨氧化细菌和古菌功能基因本底丰度分别为1.89×103 copies·g-1和2.03×105 copies·g-1。氨氧化功能基因丰度对C/N比一定比值时,其丰度由初期的AOA-amoA)丰度对C/N比变化响应更显著。硝酸盐氮浓度2=0.551,P<0.05),当氨氧化功能基因丰度较高时,来源于沉积物中氨氮的硝化产物使得系统中硝酸盐趋于累积。
  • 赵振华1,2*,曹晶晶1,2, 刘月利1,2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 36-45.
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    本文以南京市典型城市景观河道——秦淮河主城区段为研究对象,通过对主城区段内外秦淮河20个典型点位沉积物秋冬2个批次的采样及分析,研究了沉积物中脲酶、磷酸酶和荧光素水解酶及氮磷营养盐的时空变异特征及其响应关系。结果表明,研究区域河道沉积物中的营养盐及相应酶活性的时空变异均较为显著。氮、磷及有机质含量大多数都超过了丰富标准值,是典型的低碳高氮水体;碱性磷酸酶和荧光素水解酶的时空变异性较为一致,均为冬季高于秋季,而脲酶则正好相反。聚类、主成分、典型相关分析(CCA)及相关性分析表明,荧光素(简写为FDA)水解酶与磷酸酶和全磷的时空变异特征比较一致,呈显著正相关关系(p<0.05),由于FDA水解酶可以代表微生物的总体活性,因此,研究区域沉积物中磷酸酶的来源很可能主要来自微生物。其次,FDA水解酶又与氮营养盐均显著负相关(p<0.05),且与脲酶弱负相关,说明脲酶可能并不主要来自微生物,且沉积物中总微生物的高活性,有利于水体中氮污染物的削减。



  • 王朝炜1,2,朱愿福1,2,李荣富1,2,阮晓红1,2,,刘丛强3*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 46-55.
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    通过对比未添加秸秆和添加秸秆情景下潮土和砂姜黑土对氨氮的等温吸附实验,探讨秸秆还田对土壤氨氮热力学吸附性质的影响,为氮素在土壤垂向迁移转化过程中发生的吸附反应提供科学参考。研究表明:①砂姜黑土对氨氮的吸附能力要强于潮土,吸附能力主要与土壤的黏粒含量有关。②在实验设定的浓度范围内,未添加秸秆和添加秸秆的所有样品的吸附等温线均能用Henry吸附等温模型和Freundlich吸附等温模型拟合。同时,Langmuir 吸附等温模型可以更好地拟合未添加秸秆以及少量添加秸秆的样品。③添加秸秆的混合样品相对于土壤样品降低了对氨氮的吸附效率和吸附容量。未添加秸秆的土样对氨氮的吸附效率KH的平均值为41.88 L·kg-1,饱和吸附量qm的平均值为823.85mg·kg-1;少量添加秸秆的混合样对氨氮吸附效率KH的平均值为21.29 L·kg-1,饱和吸附量qm平均值为732.06 mg·kg-1;大量添加秸秆的混合样对氨氮的吸附效率平均值为13.99 L·kg-1。
  • 曹宏磊1,2朱宁远1,2颜廷梅1*乔俊1*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 56-64.
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    针对淮河流域主要土壤类型(潮土和砂姜黑土),通过土壤中添加生物炭(Biochar)和硝化抑制剂双氰胺(DCD),研究其对土壤NO3--N淋失以及夏玉米产量的影响,进而为淮河流域农田氮淋失控制策略提供理论依据。研究结果表明:相比于常规施肥处理(N1),潮土试验氮肥减量25%(N0.75)、DCD和Biochar三种处理,可显著降低NO3--N的淋溶损失,其降低率分别为40.8%、31.5%和19.0%;砂姜黑土试验N0.75和Biochar处理可分别使NO3--N淋失减少16.5%和34.7%,而DCD处理对于NO3--N淋失没有影响。潮土和砂姜黑土N0.75处理夏玉米产量略低于N1处理,但差异均不显著,表明适当的氮肥减量在当地是可行的。综上所述,N0.75和Biochar两种处理在潮土和砂姜黑土上均可在保证夏玉米产量的同时,明显减少NO3--N的淋溶损失,且DCD处理在潮土上施用具有同样效果。N0.75、DCD及Biochar作为推荐的施肥措施均可应用于淮河流域典型区域,至于不同处理配合施用能否同时兼顾减少氮淋失风险及保证稳产高产的双重需求,值得进一步试验研究。
  • 白莹12,薛山3,鲁善海4,朱愿福12,李荣富12, 阮晓红12*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 65-76.
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    在淮河上游重要支流沙颍河流域分布于不同土壤类型的77个代表样点进行表层及深层土壤样品采集,分析土壤氮组成、空间分布特征及其影响要素,以期为优化农业生产管理措施和保护水生态环境提供参考。分析结果表明:沙颍河流域表层土壤氮密度为0.02~0.42 kg?m-2,80%以上区域处于0.20~0.30 kg?m-2之间,平均值高于深层土壤,是土壤氮的主要赋存区域。有机质及降雨量是影响研究区域土壤氮累积的主要因素,富含有机质的冲洪积沉积区域的砂姜黑土表层平均氮密度较高,超过0.28kg?m-2;氮肥施用量大、水肥条件好、土壤有机质含量丰富的水浇地及地下水埋深较深区域表层土壤氮密度高;降雨量与表层土壤氮密度呈显著负相关(R2=-0.58,p<0.05),与深层土壤氮密度呈显著正相关(R2=0.69,p<0.05)。
  • 马天海1,徐静2,单楠2,阮晓红2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 77-85.
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    基于水文、气象、土地利用及农业耕作等基础资料,构建了贾鲁河流域SWAT模型,率定和验证结果表明,径流及氨氮模拟较好,月均评价系数(Ens)均大于0.78。利用上述模型,对贾鲁河流域旱作农业区非点源污染负荷产生规律及其影响因素进行分析,结果表明,在平水年小麦-玉米轮作条件下,贾鲁河流域硝酸盐氮总产生量为15546.3t/a,有机氮总产生量为1216.58t/a,耕地单位面积氮负荷产生总量90.51 kg/ha,大于以水田为主的耕地污染负荷;氨氮入河负荷为1128.64 t/a,7~8月份有机氮及氨氮入河负荷分别占全年负荷的94.79%和78.42%,其月产生量与月均降雨量相关系数分别为0.804和0.8531;虽然玉米期和小麦期氮肥的施用量相当,但是玉米期氮流失量要远远大于小麦期。
  • 马天海1,徐静2,单楠2,阮晓红2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 77-85.
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    基于水文、气象、土地利用及农业耕作等基础资料,构建了贾鲁河流域SWAT模型,率定和验证结果表明,径流及氨氮模拟较好,月均评价系数(Ens)均大于0.78。利用上述模型,对贾鲁河流域旱作农业区非点源污染负荷产生规律及其影响因素进行分析,结果表明,在平水年小麦-玉米轮作条件下,贾鲁河流域硝酸盐氮总产生量为15546.3t/a,有机氮总产生量为1216.58t/a,耕地单位面积氮负荷产生总量90.51 kg/ha,大于以水田为主的耕地污染负荷;氨氮入河负荷为1128.64 t/a,7~8月份有机氮及氨氮入河负荷分别占全年负荷的94.79%和78.42%,其月产生量与月均降雨量相关系数分别为0.804和0.8531;虽然玉米期和小麦期氮肥的施用量相当,但是玉米期氮流失量要远远大于小麦期。
  • 廖曼1,2, 闫雅妮1,2,郑倩琳1,2,王妍妍1,2,王智真1,2,马腾1,2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 86-95.
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    特殊脆弱性评价是地下水硝酸盐污染区域性防治的前提。本文结合淮河流域水文地质条件和硝酸盐污染特点,对传统地下水特殊脆弱性模型DRASTIC进行了改进,建立了基于地下水位埋深(D)、净补给量(R)、含水层富水性(A)、土壤介质(S)、包气带介质(I)、土地利用类型(L)、地下水开采量(E)为评价因子的DRASILE模型,采用经验值与实际硝酸盐浓度共同确定体系给分表,利用二层次的层次分析法确定各指标的权重,最终制定了淮河流域平原区浅层地下水硝酸盐特殊脆弱性评价图。为了检验结果的可靠性,在SPSS21.0用F统计量和皮尔森相关系数(p)分别进行指标选取和脆弱性分值准确性的检验,最终通过显著性检验且相关系数达到0.559。本研究为地下水特殊脆弱性评价提供了新思路。
  • 吕菲菲1,单楠2*,马天海3,闫中月2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 96-102.
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    针对多闸坝河网水流控制特征,以MIKE11 HD和AD模块的水量-水质模型为基本模块,通过水位-流量关系及其水位控制,体现闸坝调度对河网水动力及其水质的影响,构建了多闸坝河网水系最大日负荷(TMDLs)计算系统,并应用于淮河流域江苏省沂沭泗水系。利用2006年-2008年及2010年水文、水质监测资料对计算模型的率定与验证。验证结果为:计算区域板浦、沭阳闸下站水位计算值和实测值平均相对误差为0.45%和0.91%,仲集和沭阳(南泓)站CODMn和氨氮的计算值和实测值平均相对误差分别为4%~7.1%和6.5%~20.4%。以2010年(平水年)为设计水文条件,研究区内主要水质受限水体CODMn与氨氮最大日负荷年总计值分别为25276.85t和1932.56t。
  • 郑倩琳1,2,王妍妍1,2,闫雅妮1,2,廖 曼1,2,马 腾1,2*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 103-114.
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    地下水向地表水排氮是地表水氮污染的主要来源之一.如何从水循环角度有效控制地下水中的氮向地表水排泄是地表水氮污染控制的关键问题,而如何从流域尺度识别出哪些是地下水向地表水排氮的高风险区域,则是阻控地下水向地表水排氮的难点.为此提出了地下水氮污染阻断优先控制区的定义和识别方法,以淮河流域为研究区,从地下水与地表水的相互作用关系、地下水氮污染程度和地下水遭受氮污染的风险三方面,按照优先治理地下水—地表水相互作用强、氮污染等级高、特殊脆弱性高的原则识别淮河流域浅层地下水氮污染阻断优先控制区.本研究为大流域尺度的地下水—地表水氮污染综合防控提供了新思路.
  • 张会玲1,张雯2,张庆泉1,刘翠翠1,马天海3,郭红岩1*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 115-124.
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    本文针对我国地下水硝酸盐污染问题,以农业废弃物资源化利用为核心,耦合化学与生物过程,利用农作物秸秆和零价铁为主要原材料,辅以高渗透性材料和塑性粘结材料,按不同配比研发出一种用于去除地下水中硝酸盐的复合缓释功能材料。所研发复合缓释功能材料具有一定的强度和孔隙度,能够缓慢持续的释放碳源。将该材料用于室内模拟实验,以研究复合缓释功能材料与含水层介质(粗砂)填充比的不同对硝酸盐去除效果的影响,结果表明除材料与砂按1:0时由于零价铁释放过多导致出水氨氮含量稍高外,其他各填充比对材料修复效果影响不大,硝态氮去除率均在85%以上;应用于野外原位修复,试验运行175天后,去除率高于70%,过程中没有产生亚硝态氮和氨氮的累积,为污染地下水原位修复提供了重要的技术支撑。
  • 邵宇阳1* ,朱正雷1,张健玮1,沈骁腾2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 125-132.
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    为了更好地了解太湖的湍流特性及其对底泥再悬浮和絮凝扩散的影响,2015年8月13日14:00时在太湖梅梁湾口定点对水流和波浪连续观测了24个小时,波潮仪和浊度仪被用于观测波浪要素和悬浮物浓度,另有两台声学多普勒流速仪(ADV)用于观测距离湖底10cm和30cm处的湍流特征。整个测量期间主要经历了三种不同的波浪情况,通过对ADV的观测结果进行分析处理,计算出不同波浪分级下的雷诺应力,湍流动能和湍流动能耗散率等湍流特征参量。观测结果表明在整个测量期间底部的剪切应力和湍流动能与波高要素有着良好的线性关系;同时结合室内底泥侵蚀试验结果表明在本文研究时段内,直接利用波要素推导切应力比利用ADV推导出的雷诺应力更加符合太湖梅梁湾口底部剪切应力的实际情况。本文的结果可为进一步研究与湍流密切相关的太湖污染物扩散和生物过程提供基础。
  • 闫中月1,2,徐静1,2*,华健1,2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 133-141.
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    近年来,神经网络模型的发展为降雨-径流这一复杂的非线性过程的模拟提供了一种新的解决思路。本文基于淮河流域下游区滨海站2010~2012年的降雨及水位日资料,应用带外部输入的非线性自回归神经网络模型(Nonlinear AutoRegressive models with eXogenous input Neural Network,NARXNN),构建了以降雨为外部输入的淮河下游区降雨-水位关系模拟模型。通过设计了不同参数组合的正交模拟实验,采用相关系数,均方误差和平均绝对差评判模型的拟合优度,对模型进行验证,实验结果表明节点数对模型的拟合优度影响最大,当激励函数为logsig,节点数为7,延时阶数为4,隐含层数为9时,模型模拟效果最优。根据优化的参数组合,利用NARXNN模型对淮河下游区滨海站和长江下游区黄桥站的水位过程进行了模拟,结果表明该模型具有很强的鲁棒性。
  • 徐静1,2*,华健2,闫中月2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 142-148.
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    以颍河源头流域告成集水区为研究区域,根据区域相关规划构建森林覆被、现状覆被以及耕地覆被情景,利用BTOPMC (Block-wise use of TOPMODEL with the Muskingum-Cunge method) 模型模拟分析不同土地覆被情景下的径流过程,研究结果表明:研究区域由现状覆被转变为森林覆被会使得流域蒸散发能力增加25.3%,截留蒸发和土壤蒸散发量分别增大13.9%和18.4%,进而导致总径流量、地表径流以及基流量分别减少45.5%、54.6%和42.4%;由现状覆被向耕地覆被转变会导致蒸散发能力和土壤蒸散发量分别减小27.4%和20.9%,进而导致总径流量、地表径流以及基流量分别增加48.2%、63.0%和43.2%。地表径流对土地覆被变化的响应较基流敏感,雨季期间土地覆被变化对径流的影响较枯季显著。
  • 田 健,王开军*,郭躬德,陈黎飞
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 149-158.
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    现有快速压缩感知目标跟踪算法采用固定尺寸的搜索框搜索目标当目标快速移动时容易超出的搜索范围,导致跟踪失败。为解决此问题,提出加入目标位移速度特征的快速压缩感知跟踪算法使得搜索目标的范围自适应变化。新方法思路是利用目标在帧间的表示出目标的速度,然后将当前帧内的目标速度与前几帧的平均速度相比较,目标位移速度自适应改变搜索范围,即当目标运动速度保持稳定则保持搜索框尺寸,目标运动速度加快则增大搜索框尺寸,目标运动速度变慢则缩小搜索框尺寸,以适应目标移动速度的变化。在目标快速移动的视频集上的实验结果显示,新方法自适应地改变搜索范围,一直都能跟踪到目标,特别是当现有的压缩感知跟踪算法丢失目标时,新方法仍能比较好地跟踪到目标。
  • 梁晋1,2,梁吉业1,2*,赵兴旺1,2
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 159-166.
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    随着社会网络中顶点和边的逐渐增加,计算效率成为了大规模社会网络中社区发现面临的一大难题。为了更加高效地探测社会网络中隐含的社区结构,提出一种基于抽样与标签传播的社区发现算法。该算法首先利用基于度的随机游走技术对整体网络进行抽样得到子图,然后采用基于概要的社区发现算法对此子图进行社区发现,得到核心社区,最后依据已有社区结构与未抽样的节点的相似度迭代式地将社区标签传播到剩余节点。在真实社会网络数据集上,与已有算法通过实验进行了比较分析,结果表明算法能够在保证有效性的同时提高计算效率。
  • 朱杰1,2, 刘博1,, 超木日力格1, 于剑1*
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 167-174.
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    自顶向下的颜色注意力算法(CA)用patch的颜色注意力值当做patch形状特征的权重来进行图像表示,如果当前patch的颜色属于本类内经常出现的颜色,此patch上所提取的形状特征就被赋予一个较大的权值,否则就赋予较小的权值。但是算法没有考虑到对象颜色的多样性为了提高CA算法的对象识别能力,提出一种基于互信息的对象颜色选择方法在对象表示的时候对估计到的对象上的patch赋予一致的高权值。实验采用Soccer,Flower 17和PASCAL VOC Challenge 2007三个图像集进行测评,实验结果表明算法能够得到比较好的分类结果。
  • 孟佳娜*, 赵丹丹, 于玉海, 孙世昶
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 175-183.
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    在跨领域情感倾向性分析中,提出一种基于归纳式迁移学习的图模型,通过图模型建立源领域和目标领域数据之间的关联,使得源领域的数据通过图模型学习目标领域数据在特征和实例上的特点。同时,利用归纳式迁移学习方法使用少量的目标领域的已标注数据进行训练,从而提高了情感分类器在目标领域的分类准确率。在标准数据集上进行了实验,实验结果表明该方法是有效的。
  • 宋亚婷1, 韩 冰1,2*, 高新波1,
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 184-193.
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    极光事件的形态与行星际磁场及太阳风等空间物理过程密切相关,通过研究极光形态可以得到大量地球磁层和太阳风活动的信息.随着海量极光的产生,如何借助计算机对极光图像序列进行自动分类成为热点.目前极光分类研究大多是基于单幅图像的特征分析,极光视频的建模和分析仍然有待深入研究.提出一种基于极光视频动态纹理建模的极光视频事件识别方法.首先对四类极光视频进性普适性动态纹理建模.该模型能充分表征极光序列帧间的重复相关性和动态变化特性.然后利用矩阵SVD分解对动态纹理模型求解,最后用模型参数间的马丁距离衡量极光序间差异性,采用最小距离分类器和SVM分类器实现四类典型形态的极光序列的自动分类识别.为进一步提高模型紧凑型,引入张量分解,建立张量动态纹理模型.相比于动态纹理模型只关注序列帧间的重复相关性,张量动态纹理模型还分析图像帧内各个部分间的重复相关性.张量动态纹理模型能从时间和空间维度上同时进行分解,提取模型参数构造极光序列特征,减少模型冗余的同时提高分类准确率.在中国北极黄河站的ASI图像数据库上进行了算法验证,实验结果表明该方法分类准确率可以达到80%以上.算法能有效识别不同形态的极光序列事件.
  • 陆恒杨,李 宁*,谢俊元
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 194-202.
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    乳腺图像的感兴趣区域(region of Interest,ROI)检测是计算机辅助诊断乳腺疾病的第一步,检测效果的提升对减小误诊率有重要的作用。传统方法往往提取单独的视觉特征来描述乳腺图像,通过分类的方法找出包含肿块的区域。然而由于乳腺图像内容丰富结构复杂,使用单一的底层视觉容易忽视特征间的相互联系。提出基于相关性特征融合的乳腺图像ROI检测框架 (multi-cue integration detection,MCID),通过引入乳腺图像的相关性特征,并与乳腺图像局部视觉特征相融合,辅助乳腺图像ROI的检测,以提高检测准确性。乳腺图像ROI检测实验表明,MCID可提高肿块检测的准确性。
  • 邢 胜1,2 王熙照3*, 王晓兰4
    南京大学学报(自然科学版). 2016, 52(1): 203-211.
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    极速学习机(Extreme learning machineELM)虽然已在理论和应用中证实有很好的泛化性能和极快的训练速度,但是在处理非均衡数据时,它更偏向多数类且及容易忽略少数类基于数据重采样的集成学习可以帮助ELM解决少数类分类精度低的问题。提出一种按类别重采样技术并根据此发展了一种ELM集成学习方法。该方法可充分利用少数类样本的信息,实验结果显示该方法性能明显优于单一的ELM学习模型。由于重采样是大数据处理的最核心的技术之一,该方法对非均衡大数据的学习模型建立有着一般性的指导意义。