编辑 |枯叶蝶近日,天津大学激光与光电子研究所吴亮副教授、姚建铨院士团队联合自然语言处理实验室熊德意教授团队报道了一种使用多频率补充输入的深度学习模型来增强光谱预测效果的方案。该方案可有效地提高现有光学数据集的利用率,在不额外增加训练成本的基础上,增强了与超表面结构对应的光谱响应的预测效果。相关研究成果以「Enhanced spectrum prediction using deep learning models with multi-frequency supplementary inputs」为题,于 2024 年 5月16 日发表在《APL Machine Learning》。论文链接:https://doi.org/10.1063/5.0203931研究背景近年来,深度学习技术的快速发展为各个领域带来了前所未有的变革和创新,成为了多门学科处理复杂且庞大的数据的有效工具。基于神经网络的方法可以有效地检测目标数据的相关特征和潜在模式,但如果深度学习模型直接学习这些来自不同领域、不同格式的相关数据仍存在一定的挑战。特别的,近年来结合深度学习技术的研究领域普遍面临着现有数据集的体量小、质量低等问题,影响了模型对于目标任务的学习效果。在整个「AI for Science」的研究过程中,耗费成本最高的部分主要是数据集的构建,因此,如何更有效地利用现有数据集至关重要。天津大学团队经研究证明,在目标频谱预测过程中向现有数据集添加补充的多频输入信息,可以显著提高网络的预测准确率。这种方法为深度学习和光子学、复合材料设计和生物医学等其他领域的跨学科研究和应用提供了新的数据集使用思路。研究亮点研究的创新点在于提出了全频率范围的光谱信息拆分思想,表现为结合实际设计需求,将全频率光谱信息按照工作频率部分及非工作频率部分进行学习任务拆分。为展示该方案的普适性,工作中将目标工作频段细化为低频信息 (0-1 THz)部分和高频信息 (1-2 THz)部分来演示模型学习的增强效果。与对该工作频率范围数据进行直接预测相比,在补充了其他频率信息后,整体的透射光谱数据预测误差下降了 80% 左右,其中基于 Tran*ormer 的模型在补充低频信息后,预测误差仅为直接预测的 40% 左右,设计的超表面结构和模型架构如图一所示:图1 (a)-(b) 超表面结构示意图,其中棕色部分代表「1」像素,*部分代表「0」像素。(c) CNN、LSTM、GRU 和 Tran*ormer 网络示意图,正向网络中,模型的输入是25*25像素的超表面矩阵,输出是光学响应,而逆向网络则相反。其中图中标注的「H」和「L」分别代表高频和低频的相关振幅和相位数据。为更直观的展示优化后不同工作频率下振幅及相位参量的预测效果,这里随机选取一些超表面结构在 CST Studio Suite 软件中进行仿真演示,如图二所示:图2 优化后高频和低频数据的预测效果示意图。(a)-(f) 通过将真实数据(紫色实线)与预测数据(黑色虚线)进行比较,证明优化网络模型在不同频率范围内的不同预测性能。绿*域表示用作补充输入的频率信息数据,而*区域表示用于验证优化预测性能的区域。其中a和b代表x偏振态高频和低频振幅的预测结果。(c)-(d) y偏振态高频和低频振幅的预测结果。(e)-(f) 高频和低频相位的预测结果。总结与展望该研究通过对不同光学问题的学习任务进行有针对性的数据集拆分,有效地提高了现有数据集的利用效率,进而提升了深度学习模型的学习效果。这一优化方案有效缓解了现有光学数据集(特别是太赫兹波段的相关数据集)较少的问题,也为更多结合深度学习技术但数据昂贵的研究领域,如复合材料设计、医学影像分析、金融数据预测等提供了一种对数据集进行优化的新视角。第一作者:邢效华,任玉琪 指导教师:吴亮,熊德意,姚建铨论文合作者:邹蝶,张乾坤,毛炳轩致谢:张霜教授(香港大学)、韩家广教授在论文工作过程中的帮助。相关研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。通讯员:张乾坤 史森方
大数据足球预测模型有哪些提高光学数据集利用率,天大团队提出增强光谱预测效果 AI 模型
2024-06-11 20:05:09 文章来源:百家号
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情报站
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摩纳哥本场确定进行轮换
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蒙扎上轮爆大冷逼平国米!
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布莱顿近4次主战森林迎3场!
药厂中场核心拿下欧冠首轮最佳
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狼堡新援前锋首秀献助攻
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药厂主力中场伤愈复出
周中欧冠消耗,药厂可能轮换
狼堡客战药厂不落下风
毕尔巴鄂竞技多人遭遇伤病!
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塞尔塔多人无法出战!
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毕尔巴鄂竞技赛程密集!
本场比赛塞尔塔迎里程碑!
毕尔巴鄂竞技和塞尔塔旗鼓相当!
历史交手蒙彼利埃稍占上风
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蒙彼利埃主力中场无缘本场比赛
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蒙彼利埃新援首秀或将对旧主
蒙彼利埃依旧难求一胜
欧塞尔主力右后卫本场解禁复出
布雷斯特主力左前卫出战成疑
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图卢兹上赛季三号射手本场解禁复出
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布雷斯特会做出一定的阵容轮换
图卢兹阵容比较齐整
历史交锋布雷斯特稍占上风
昂热进攻存在问题
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南特本场迎来多人回归
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昂热上场取得赛季首分
南特赛季不败被终结
安茹德比联赛近六场南特不败
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海外专家方案
Hussien(侯赛因)
西甲联赛极度发烧友,同时也熟悉西班牙各大低级别联赛球队
100%
命中率
【毕尔巴鄂竞技场 冲8连红!】西班牙足球专家Hussien海外来料:这队多名主力无缘本场比赛!
09-22 14:15
西甲
|
毕尔巴鄂竞技
VS
维戈塞尔塔
1小时前发布
Natalia(娜塔莉亚)
前《华沙生活报》编辑,对德法荷情有独钟
100%
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【马赛场 冲7连红!!!】前《华沙生活报》编辑Natalia海外消息:这队后防两大主力缺席!
09-22 18:45
法甲
|
里昂
VS
马赛
3小时前发布
Sylla(希拉)
《米兰体育报》撰稿人,可以拿到意大利北部各球队的第一手消息。
79%
命中率
【米兰德比场】《米体》撰稿人Sylla来料:这队教练迎来生死战?
09-22 18:45
意甲
|
国际米兰
VS
AC米兰
2小时前发布
永田淳 (Jun Nagata)
日刊スポーツ新聞西日本記者,G大阪现任跟队记者
80%
命中率
【广岛三箭场】日刊スポーツ新聞记者永田淳海外消息:这队教练及时调整得当!
09-22 09:30
日职联
|
广岛三箭
VS
横滨水手
2小时前发布
Colin-Lee(李科林)
曾就职于国内某体育传媒公司的赛事数据研究整理专员,现长居海外。
75%
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【中甲 黄金时间】留学爆料员Colin-Lee曝前线一手好料:这队4主力同时禁赛!
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中甲
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石家庄功夫
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