2025年, 第45卷, 第12期　刊出日期：2025-12-15

  

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  基于长短期记忆神经网络的液压作动器位移建模

  窦晓亮, 薛蔚, 閤鑫, 蔡仁杰, 牟必强, 薛文超

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3715-3727. https://doi.org/10.12341/jssms250492

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  液压作动器广泛应用于工业控制系统中, 其精确的位移控制对系统性能至关重要. 传统的物理建模方法难以准确捕捉液压作动器的非线性和时序特性, 限制了其在复杂环境下的应用. 文章提出了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的液压作动器位移建模方法. 通过采集电压输入和位移输出的时序数据, 使用LSTM网络对液压作动器的动态行为进行建模. LSTM网络能够有效捕捉数据中的长期依赖关系, 适应液压系统的非线性时序特性. 在模型训练过程中, 采用均方误差作为优化目标, 并通过实验验证了LSTM网络的有效性. 实验结果表明, 相较于传统方法LSTM网络在测试集上取得了更低的预测误差, 具有更强的建模能力和较高的精度.
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  具有执行器饱和的轴对称航天器姿态控制系统的全局镇定

  罗威威, 周彬

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3728-3742. https://doi.org/10.12341/jssms250322

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  文章考虑具有执行器饱和的轴对称航天器的三轴姿态控制问题.首先将线性化姿态方程转化为 Luenberger 规范型.其次, 由于开环系统由中立稳定的线性系统级联而成, 基于绝对稳定性理论, 分别构造了子系统的有界线性状态反馈控制器.最后, 通过构造显式Lyapunov函数, 证明了当反馈增益中的参数满足一定的显式条件时,该控制器能保证线性化闭环系统的全局稳定性. 此外, 还得到了使得闭环系统具有最快收敛速度的最优反馈增益. 仿真结果验证了所提方法的有效性.
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  有向和无向图性能判定上差别的一个分析

  蒋学艳, 纪志坚

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3743-3756. https://doi.org/10.12341/jssms240545

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  文章结合一致性协议下的分布式能控性能, 对有向图、无向图和符号图进行了较为系统的比较分析, 探究了边的方向和权重对性能实现的影响规律, 为理解复杂网络结构与动态行为之间的关系提供了新的视角. 在节点个数相同的情况下, 阐述了有向图的拓扑结构个数较无向图呈指数递增, 这是由有向边有三种可能的指向以及在此基础上叠加的领导者的个数和位置的多样性导致的. 有向图在拓扑结构的复杂性上与无向图的这种差别, 使得对有向图性能的判定迥异于无向图. 文章提出的一个新的等价划分方法 $\pi^\ast$, 实现了四节点有向图性能的完全刻画, 解决了四节点无向图性能判定的局限性, 进而, 对多于四个节点的任意个数节点构成的有向图, 构造了一大类由任意个数节点构成的不能控有向图. 证明了在一定条件下通过 $PBH$ 判据才能建立有向图性能的判定条件, 并发现一种新的可以影响系统能控性的方法. 将对有向路图的研究衍生到以此为基础的更一般图中, 并将划分$\pi^\ast$ 进一步应用于该一般图以建立其与零迫集的联系, 挖掘了一大批量能控且可镇定的一般图并通过数值模拟验证了结果准确性.
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  基于启发归并策略和饱和脉冲的非线性多智能体系统约束一致性

  胡翔, 熊余, 张祖凡

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3757-3773. https://doi.org/10.12341/jssms240245

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  文章研究了一种具有动态归并功能的非线性多智能体系统一致性. 首先为系统创建了满足动态归并功能的动力学模型. 其次引入节点相似性度量, 设计了一种可解释性强的启发式网络拓扑生成策略, 为动态归并过程中的智能体提供通信方案. 再次结合脉冲机制与饱和效应, 为系统设计了一种满足控制器功率受限约束的饱和脉冲控制协议, 并采用李雅普洛夫稳定性和矩阵测度理论分析方法, 得到了系统实现约束一致性的充分条件. 最后通过一系列仿真实验和与相关文献的对比分析, 验证了所提理论的有效性、实用性和优越性.
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  量化时滞耦合复杂网络的有限时间二部同步

  张万里, 杨德刚, 林文婷

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3774-3786. https://doi.org/10.12341/jssms240934

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  文章研究了量化时滞耦合复杂网络的有限时间控制及二部同步问题. 基于符号图和耦合描述复杂的网络连接, 引入系数描述网络结点状态演化的快慢不一致, 并考虑激活函数不连续和比例时滞耦合. 结合1-范数设计非时滞依赖的控制器, 该控制不含符号函数, 能有效克服控制信号抖振. 鉴于经典的有限时间稳定性定理对时滞系统失效, 文章发展了1-范数分析方法实现了有限时间同步, 并直接凭借设计的1-范数形式Lyapunov函数克服了比例时滞影响. 此外, 基于简化的网络模型, 得到了几个有效的有限时间同步结论. 最后, 利用数值仿真验证了理论结果的有效性.
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  创新引领与高铁联动:高铁对国家自主创新示范区发挥创新溢出作用的实证分析

  李梦, 王正琪, 高昊宇

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3787-3809. https://doi.org/10.12341/jssms240597

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  自创区作为引领创新发展的重要引擎, 以体制机制改革和政策先行先试为出发点, 辐射带动周边区域创新协调发展. 高铁网络的逐步完善为“双循环”打开新格局, 扩大了自创区创新溢出作用的范围. 文章基于2008-2019年中国高铁城市对数据, 采用多期双重差分法, 系统研究开通连接到自创区城市的高铁后对普通城市创新水平的提升效果和作用机制. 研究发现, 开通连接到自创区城市的高铁后能显著提高普通城市创新水平, 自创区城市的创新溢出作用对东部地区城市、创新环境较好的城市和大规模城市的效果更明显. 机制检验表明, 自创区城市的创新溢出效应通过利用创新禀赋、政府引导创新和示范带动效应三个方面实现. 文章为高铁网络化背景下自创区城市发挥示范带动作用, 进一步优化创新资源空间配置和加快发展新质生产力, 实现经济高质量发展提供了经验证据和政策启示.
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  投资者关注与股票错误定价:来自中国市场的经验证据

  李晓, 陈思涵

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3810-3833. https://doi.org/10.12341/jssms240332

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  文章基于投资者有限关注理论, 采用构建投资组合的方法, 研究了投资者关注驱动下股票收益和错误定价程度的变动. 研究结果表明, 投资者关注对股票价格具有压力效应, 关注使得股票在短期内获取异常收益, 而这种异常收益在未来是否反转则取决于股票当前的错误定价程度. 被高估的股票的短期异常收益在长期持续反转, 持续一到两年, 表明关注放大了股票的错误定价程度;被低估的股票的长期收益没有明显异常, 关注并未加大其定价错误. 低估股票和高估股票的未来收益差别可能由套利不对称引起. 进一步控制了市值和流动性指标后, 发现市值小、流动性低的股票更倾向于在关注的驱动下被投资者所高估, 其错误定价程度更容易被放大.
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  面向用户驱动的云计算多处理器任务调度协调机制设计

  陈聪, 王凡鑫, 赵思思, 潘佳音, 徐寅峰

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3834-3854. https://doi.org/10.12341/jssms250402

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  在云计算环境中, 用户驱动的资源选择行为日益普遍, 用户倾向于根据自身需求(如延迟、成本)自主选择服务器以执行多处理器任务. 然而, 这种自私选择可能导致系统资源利用不均衡, 进而延长所有任务完成的最大时间(Makespan). 为应对此挑战, 文章针对任务占用连续多服务器的调度博弈模型, 设计了WF(widest first)协调机制. 该机制通过一个简单的本地策略来引导用户的决策-让每台服务器优先处理占用服务器数量(宽度)更多的任务. 理论分析表明, WF机制可将无秩序代价(price of anarchy, PoA)的理论上界控制为常数 $4-3/m$, 并给出下界3.793(当服务器数量$m$足够大时), 这相较于无协调机制时的无界状况是巨大的提升. 数值实验进一步验证了该机制在平均情形下的优异性能: 在采用改进的平局规则后, 其均衡结果的效率损失可控制在5%左右(PoA $\approx$ 1.05), 远优于理论最坏情况. 该研究为云计算平台管理者提供了一种平衡用户自主性与系统效率的实用策略, 具有重要的理论与实践意义.
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  基于改进合作博弈交叉效率模型的成本补偿激励方法及其应用研究

  李美娟, 杨薇, 苏东风

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3855-3869. https://doi.org/10.12341/jssms240781

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  现有的成本补偿机制大多基于传统交叉效率方法提出,其效率范围均在0和1之间,导致成本补偿机制无法实现双向激励,不利于企业的绩效改进.自评效率由于被评DMU能够自由地选择权重从而会出现高估自身效率的问题.在交叉效率集结的过程中,决策单元虽然同时考虑了自评和他评之间的最优权重,但最终效率集结时自评效率比重占比过低,导致自评价值不能充分体现.针对该问题文章首先提出改进交叉效率模型,将他评看作一个整体即综合他评,并用CRITIC权重法修正自评和综合他评的占比,解决自评效率比重占比过低的问题.其次引入合作博弈,考虑DMU之间的竞争与合作关系,利用Shapley值进行交叉效率的集结,提出一种改进合作博弈交叉效率的方法.最后以中国135家专精特新上市企业为例,将文章模型与传统模型进行对比,结果显示文章模型具有更大范围的正向激励效应,综合考虑了自评和综合他评的效率,解决了自评效率比重占比过低的问题,使成本补偿激励机制具有一定的公平性和实用性.
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  信息茧房下异质观点交互的舆论极化动力学建模研究

  苏妍嫄, 程思敏, 张潇悦, 张亚明

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3870-3902. https://doi.org/10.12341/jssms240046

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  个体选择偏好与推荐算法滥用使公众陷入信息茧房困境, 诱发差异化集群行为, 并促使舆论极化加剧形成, 甚至对社会公共秩序造成了严重影响. 通过系统剖析信息茧房下公众行为差异对异质观点群体交互产生的群内同质制约削弱-强化复合影响、群际抑制-促进组合交互影响, 借鉴Lotka-Volterra建模思想, 构建异质观点交互的舆论极化动力学模型, 并求解平衡点及其稳定性, 进而通过数值仿真与实证分析揭示舆论极化规律. 研究发现, 信息茧房下群内同质制约作用越弱且群际促进作用越强, 两群体扩张速度越快且规模越大, 越易呈现二元极化态势. 当所受群际抑制作用较大且异质观点群体的同质制约作用较弱时, 群体扩张速度将减缓且规模达到顶峰后会减小甚至消失, 呈现单一极化态势. 潜在扩散范围正向影响群体自身扩张速度与最终规模, 且在群际促进作用下可减缓异质观点群体的扩张, 但不影响其最终规模.
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  不对称信息下融资策略的信息传递效率和利润提升分析

  郭子雪, 朱晓亮, 杨国庆

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3903-3919. https://doi.org/10.12341/jssms240408

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  在供应链中, 零售商作为小微企业经常会面临资金约束和信息不对称的情况, 而制造商作为核心企业通常通过实施融资援助和传递需求信息来提升整体绩效. 受到多种不利因素的影响, 制造商会出现担保能力缺乏的情况. 在这种情况下, 他们可以选择单独提供贸易信贷融资或与担保公司一起提供信用共保回购融资作为信号机制. 然而, 这些策略在传递信息方面的有效性尚不明确. 为了解决该研究问题, 文章采用信号博弈的方法建立了分析模型, 以研究这些融资策略的信号作用, 并对它们的信息传递效率和利润提升进行比较分析. 研究结果表明, 制造商能够通过两种融资契约可信地传递需求状态; 就提升信息传递效率而言, 制造商倾向于选择信用共保回购融资契约作为传递需求信息的信号, 而零售商倾向于选择贸易信贷融资契约. 低担保费率时采用信用共保融资契约可以实现帕累托改进, 而高担保费率时则可实施贸易信贷契约来实现. 上述结论阐明了两种融资策略的优势, 为管理者选择适当的融资策略提供了重要的参考依据.
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  基于多模态数据融合算法的情感分析研究

  李振鹏, 池思敏, 杨健

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3920-3936. https://doi.org/10.12341/jssms250430

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  多模态数据是信息科学领域中常见的数据形态.基于多模态的情感分析技术能够更为准确地把握情感倾向和态度, 进而极大地提升基于人工智能技术的用户体验,在经济学、管理学、社会学领域具有重要的潜在应用价值.方兴未艾, 如何有效融合多模态信息进行情感分析是人工智能领域中重要的研究课题.文章实现了基于EfficientNet-v2和BiLSTM的面部情感识别, 基于CNN架构的语音情感识别, 基于BiLSTM 架构和词袋模型融合的文本情感识别. 通过优化模型参数, 运用早融合、晚融合、语义融合、阶段融合四种多模态信息融合策略, 实现了包含视频、音频和文本的多模态情感识别算法. 实验结果显示: 融合后的音视频双模态算法三分类的准确率达到73.86%, 对比文献(张俞晴等, 2019), 分类的准确率提升了3.1%; 不同融合策略下的多模态情感识别计算方法较单模态或双模态识别方法能够显著提升识别精度. 同时, 在模拟的数据集上测试表明, 语义融合的方法在融合策略中效果最优, 晚融合效果好于早融合, 阶段融合影响因子为0.84时, 情感分类效果最优.
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  基于N-BEATS模型的气温衍生品定价

  杨刚, 陈著, 曹贤杰

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3937-3954. https://doi.org/10.12341/jssms240360

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  在全球气候变暖大背景下,中国极端高温事件频发,气候风险呈上升趋势,农作物遭受严重损失. 文章利用深度学习算法N-BEATS 模型迭代预测未来气温的演变趋势,基于一天中极端高温强度和持续时间,构建一个全新的极端高温指数和相应的气温衍生品合约,旨在对冲农作物面临的极端天气风险.研究结果显示, 文章提出的模型对未来气温变化的预测效果显著,新构建的天气衍生品能为极端高温风险提供一种有效的对冲工具.
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  气候政策不确定性下全球金融市场系统性溢出及投资组合优化研究

  潘海峰, 李陈陈, 陈俊好, 费为银

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3955-3971. https://doi.org/10.12341/jssms250311

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  集成时变参数向量自回归(TVP-VAR)和DY溢出指数模型, 研究了气候政策不确定性(CPU)、全球股票市场、债券市场和大宗商品市场之间的动态关系, 测度了市场间风险溢出效应的强度, 分析了市场间风险联动和溢出的时变特征, 尤其在重大事件影响下的动态波动特征; 进一步, 构建了最小方差、最小相关性和最小连通性等不同目标下的最优投资组合权重, 并结合对冲有效性和夏普比率, 分析了最优投资组合策略. 研究结果表明, CPU下金融市场间的溢出具有明显的时变性和动态性, 且受重大事件和政策不确定性的影响较大. 不同资产的动态净连通性存在异质性, 标普500和斯托克50在全球金融市场中表现为关键的系统性风险传导节点; 美国国债表现为净溢出效应, 德国和中国国债表现为净溢入效应; 大宗商品市场中, 铜和原油的净连通性波动幅度较大. 不同类型投资组合收益的动态变化趋势具有一致性, 但同时存在结构性差异, 需要动态调整配置以优化组合表现. CPU在投资组合优化策略中发挥重要作用, 在跨市场投资组合中加入CPU, 能够有效提升投资组合的平均收益和夏普比率.
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  基于隐私保护的纵向联邦学习方法及应用

  汤惠云, 李扬, 王菲菲

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3972-3987. https://doi.org/10.12341/jssms240383

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  当今时代,数据资源日益呈现出多源化的特点,即数据由不同的主体或来源方所持有.对多源数据进行融合开发是激活数据要素潜能、释放数据资源价值的前提和基础.然而,大部分多源数据仍然以“数据孤岛”的形式存在,数据间的互联互通仍然十分困难.与此同时,数据安全问题备受关注,如何在保护数据隐私的前提下实现多源数据的安全开发变得尤为重要.为了解决上述问题,文章提出了一种基于隐私保护的多源数据分析范式.该方法依托纵向联邦学习框架,允许各数据持有方在不暴露各自原始数据的前提下协作完成数据分析任务.与此同时,为了进一步防止攻击者对数据的恶意攻击, 文章在纵向联邦学习框架中引入差分隐私,通过在传输信息时加入噪声以保护个体隐私.最后,文章以工商管理中的企业违规风险预测为例展示了上述方法的实际应用效果,通过结合工商部门、市场监督管理部门、法院等多个部门的数据,提升了企业违规风险预测的准确性.
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  去中心化分布式期望回归的稀疏学习

  赵慧, 张瑜, 邵酩媛

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 3988-4003. https://doi.org/10.12341/jssms240770

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  去中心化学习因其在计算效率、数据隐私保护和系统稳定性方面的优势,在大数据分布式计算中日益受到关注. 文章在去中心化分布式学习框架下,提出了一种基于非对称最小二乘损失和$\ell_1$ 惩罚的期望回归稀疏估计方法, 给出了一个具有线性收敛速率的ADMM-LAMM算法.此外,文章还证明了所提出的估计量实现了近似Oracle 的收敛速率, 并给出了关于稀疏支撑集恢复的理论结果. 最后通过数值模拟和真实数据分析展示了所提方法在处理重尾、异质性高维数据中的稳定性和有效性.
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  基于代表点法的混料均匀设计

  熊子康, 覃红, 宁建辉, 黄煜宁

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 4004-4015. https://doi.org/10.12341/jssms240678

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  混料试验设计在食品生产、工业制造、 混合药物研发、 投资组合优化等领域有广泛的应用. 为了确保设计方案对模型的变化具有稳健性, 许多学者在不同准则下提出了混料均匀设计. 然而, 当混料成分个数较多且受到的约束条件较复杂时, 基于接受拒绝算法或逆变换法的混料设计构造方法变得低效且复杂. 文章基于代表点法提出了线性约束区域上的混料均匀设计的高效构造方法, 其主要思想是先基于吉布斯采样算法生成混料试验区域上均匀训练样本, 然后通过优化算法将其压缩成能量距离准则下的最优代表点集. 通过数值例子分析, 新构造方法产生的设计有良好的均匀性和模型稳健性.
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  基于响应变量对数变换的Fay-Herriot模型的小域估计方法与应用

  叶夏纪, 于力超

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 4016-4034. https://doi.org/10.12341/jssms240258

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  文章针对抽样调查中响应变量不满足传统小域估计模型响应变量服从正态分布要求的情形, 研究了基于响应变量变换后的Fay-Herriot模型(FH模型)的目标参数小域估计方法, 提出了目标参数经验最优预测量(EBP)及其均方误差(MSE)估计量. 在对变换后的EBP进行逆变换时通过添加条件期望偏差校准项, 修正了逆变换引入的偏差. 在计算EBP的均方误差时, 提出一种不受模型参数估计方法限制的二阶近似MSE估计量. 通过数值模拟, 将文章的MSE估计方法与已有方法进行比较, 发现文章的方法提高了小域估计模型对具有偏态分布响应变量数据的适应能力和目标参数估计精度, 且具有估计量形式简单的优点. 最后采用文章的研究方法测度了我国部分省份和区县的城乡居民人均金融资产, 通过测度结果验证了方法的有效性.
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  考虑错分代价的潜在高价值专利判别动态集成方法及多情景预测研究

  陈加鹏, 徐蔼婷, 徐棽一

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 4035-4052. https://doi.org/10.12341/jssms240213

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  基于大规模的专利数据与特征指标开展自动化的前瞻性预测已逐渐成为潜在高价值专利判别的研究重点. 文章针对潜在高价值专利判别中运用普适性机器学习方法因不均衡分布与错分代价差异造成的分类偏差, 综合算法与评估两个层面优化分类策略, 提出多情景式的潜在高价值专利判别优化框架, 并以预测芯片领域专利是否为潜在高价值专利的二分类场景为例开展实证研究. 具体改进之处在于: 算法层面遵循不均衡问题的解决思路, 构建改进的动态集成选择算法与多目标蜣螂优化算法的组合模型; 评估层面引入错分代价机制, 考察多应用情景下代价矩阵对分类预测效果的影响. 研究表明, 文章研究方法在降低总体误分类代价的同时能够更为精准地控制不同分类错误的分布, 提高模型的识别精度, 能够较好地实现从海量专利中快速、准确地判别潜在高价值专利. 文章从算法与评估两个方面提出优化改进策略, 为解决不均衡数据的分类问题提出了新思路, 为完善潜在高价值专利的判别方法拓展了新尝试, 为相关创新主体快速锁定潜在高价值专利进而开展针对性的培育工作提供了新参考.
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  中国户籍登记系统漏登合成估计方法研究

  黄艳华, LÓPEZ-CARR David, 胡桂华

  系统科学与数学. 2025, 45(12): 4053-4072. https://doi.org/10.12341/jssms23783

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  中国户籍登记系统存在漏登人口问题, 但政府部门尚未开展户籍漏登估计工作. 联合国统计司建议各国采用的单重漏登估计量未覆盖全部漏登人口, 低估漏登率. 文章提出用合成漏登估计量替代单重漏登估计量, 并通过案例研究, 比较了合成漏登估计量与单重漏登估计量. 实证研究结果表明: 四种合成漏登估计量估计的漏登率均高于单重漏登估计量; 除其中一种合成漏登估计量估计的漏登率的抽样标准差略高于单重漏登估计量外, 其他三种合成漏登估计量估计结果的抽样标准差均小于单重漏登估计量. 研究结果为统计局和公安部估计户籍遗漏提供了重要指导.所提出的估算程序也适用于全球面临控制估算技术中遗漏偏差挑战的学术界、政府和非政府组织.