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  • 物理
    梁成功, 杨颖, 魏敏, 段志炎
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(3): 527-541. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2025010
    摘要 (23) PDF全文 (5) HTML (17)   可视化   收藏

    本文利用MATLAB(MATrix LABoratory),仿真模拟了径向指数(p)取任意非负整数时,两束拓扑荷数(l)相反的分数阶涡旋光束(拉盖尔-高斯光束)的干涉图样,以及径向指数取任意非负整数时,两束拓扑荷数不相等的涡旋光束(拉盖尔-高斯光束)的干涉图样。通过理论分析发现,随着拉盖尔-高斯光束的拓扑荷数和径向指数的变化,光束的干涉图样也会相应地发生变化。在等量异号分数阶拉盖尔-高斯光束干涉图案中光斑数为 2 l,光斑层数为p+1;非等量异号拉盖尔-高斯光束的干涉结果与等量异号拉盖尔-高斯光束相似;非等量同号拉盖尔-高斯光束干涉图案中,若拓扑荷数绝对值差值较小时,亮光斑数为 l 2 - l 1;若拓扑荷数绝对值差值较大时,则会呈现一亮一暗的同心圆环。这一研究成果为涡旋光束的拓扑荷数和径向指数的测量提供了新的方法。

  • 刘晓阳, 武晔虹, 陆展鹏, 徐志浩
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(04): 792-803. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023078
    本文研究了在位无序、跃迁无序、超导配对无序和这三种无序都有的完全无序对Kitaev模型拓扑特性、态密度(DOS)和局域化性质的影响。这种影响可能会诱发新的拓扑相,也可能使已有的拓扑特性消失。通过对比DOS和拓扑相图的结果,发现DOS中存在零模峰并不能作为探测拓扑相变的证据。最后以在位无序效应为例,分析了有限尺寸情况下的Kitaev模型的局域化性质。
  • 基础数学与应用数学
    郭蓉, 李俊林, 刘健康
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(3): 435-444. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023169

    本文研究了窄带噪声激励下黏弹形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)弹簧振子系统的动力学响应。根据SMA多项式本构关系,引入黏弹性介质描述弹簧阻尼,建立了随机SMA动力学方程。采用Lindstedt-Poincaré和多尺度相结合方法,得到系统的幅频响应和稳态矩方程,并探讨了幅频响应与稳态矩随黏弹参数、噪声强度等变化的规律。研究结果表明,黏弹项能够影响系统的非线性刚度和结构阻尼;噪声强度和黏弹参数都能够诱导系统发生随机跃迁现象。这些都为黏弹SMA复合结构的稳定性提供了理论参考。

  • 生命科学与环境科学
    柯野, 植嘉姬, 杨李, 邱小娴, 谷敏, 屈奇奇
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(3): 637-646. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024040

    对鸡毛高效降解Deinococcus sp. RM菌株的基因组,及其降解鸡毛过程中的转录组进行测序,筛选出表达量高的蛋白酶基因重组至Pichia pastoris GS115菌株中进行诱导表达,对重组蛋白酶分离纯化、酶学性质以及降解鸡毛的效果进行测定。结果表明,RM菌株共4 132个基因,3 844个基因表达,其中444个基因表达胞外蛋白,26个为胞外蛋白酶。较高表达量的sp02200基因在P. pastoris GS115菌株中获得成功表达,该重组蛋白酶rSp02200属于一种新型热应激需求蛋白家族DegQ类蛋白酶,最适反应温度为37 ℃,在30 ℃以下保持较好稳定性,最适pH 为7.5,在pH 4.0~11.0能保持70%以上蛋白酶活性,并且能将长、粗的鸡毛羽轴和羽枝降解为细小的羽轴和羽枝。因此,Sp02200蛋白酶是RM菌株降解鸡毛过程中的一种重要酶,这为探究RM菌株降解鸡毛相关基因的研究提供了参考。

  • 基础数学与应用数学
    王妙, 王雅萍, 聂麟飞
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(3): 445-455. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023159

    考虑到传染病传播过程中宿主体内病毒载量和医疗资源有限对疾病传播的影响,提出一类具有饱和治疗率的宿主体内和宿主之间耦合的多尺度传染病模型。首先,对于宿主之间疾病传播模型,通过计算得到基本再生数,并给出刻画其无病平衡点和地方病平衡点的存在性与稳定性的判别准则。特别地,当基本再生数小于1时,模型存在两个地方病平衡点,其中一个局部渐近稳定,另一个不稳定。当基本再生数大于1时,模型存在唯一的地方病平衡点,它在特定条件下是全局渐近稳定的。其次,探讨医疗资源有限导致的前向/后向分支的存在性,这意味着疾病的消除或流行不再取决于基本再生数,而是与感染者的初始状态以及医疗资源的供应密切相关。最后,通过数值模拟解释了本文的主要理论结果。

  • 冯凯, 杨嵛迦
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(03): 456-469. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024027
    摘要 (14) PDF全文 (1) HTML (12)   可视化   收藏
    多处理器系统互连网络的子网络可靠性是衡量系统性能的一个关键指标。为了刻画(n,k)-星图中(n-m,k-m)-星图子网络的容错性能,在概率故障条件下分析了(n,k)-星图中存在无故障(n-m,k-m)-星图子网络的概率。对于1≤k≤n-1和1≤m≤k-1,得出了(n-m,k-m)-星图子网络存在概率的上下界的理论公式,给出了仅考虑点故障的(n,k)-星图的无故障(n-m,k-m)-星图子网络的搜寻算法,并基于蒙特卡罗模拟提出了评估无故障(n-m,k-m)-星图子网络的存在概率的近似方法。实验结果表明,随着顶点可靠性逐渐变小,得出的(n-m,k-m)-星图子网络存在概率的上下界与近似评估结果基本吻合;当顶点可靠性较高或(n-m,k-m)-星图子网络存在概率的上下界相差较大时,利用基于蒙特卡罗的近似方法可以得出较为精确的评估结果。
  • 李大宇, 李旸, 王素格
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(04): 776-785. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024111
    金融文本中蕴含着丰富的情感信息,对于捕捉金融市场情绪波动、辅助投资者决策以及实施金融风险管理等都具有重要意义。然而,金融文本的情感标注需要大量领域专家知识,人工标注成本高昂。文章设计了一种基于表情符号远监督指导的自动标注策略,将金融文本中表情符号所表达的情感含义作为指导信息,自动标注文本的情感倾向,构建基础标注数据集;在此基础上,采用持续学习算法训练金融文本情感分类器,预测未标注数据,生成伪标签样本,进一步扩展标注数据集。最终,自动构建了一个包含923万余条股市评论的大规模中文金融情感分析数据集StockSentCN。在人工评估体系下,该数据集的Kappa一致性系数达到0.85,加权平均F1值达到90.34%,证明了所构建数据集的高质量与可靠性。数据集公开下载地址为:https://github.com/lidayuls/StockSentCN/。
  • 基础数学与应用数学
    石玲玲, 王飏, 姚美萍
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(3): 429-434. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024010

    本文主要研究一类带有时空时滞的混合扩散竞争系统行波解的存在性。首先,为了消除时空时滞的影响,根据时空时滞中核函数的特性,把带有时空时滞的由两个方程耦合而成的扩散系统转化为无时滞的由四个方程耦合而成的扩散系统。其次,通过变换将系统转化为单调系统。最后,利用上下解方法和不动点定理证明行波解的存在性。

  • 化学
    高巍, 殷凯越, 王泽晋, 王清明, 苏静, 侯效佳, 袁彩霞
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(3): 617-625. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2025019
    摘要 (56) PDF全文 (1) HTML (44)   可视化   收藏

    针对目前广泛采用的二-(2-吡啶基)胺(DPA)作为Zn2+识别基团的各类荧光探针背景荧光普遍偏高的问题,我们提出基于荧光素开闭环和猝灭基团双猝灭机制的OFF-ON型Zn2+检测策略,从而提高Zn2+荧光探针的灵敏度。本文合成一种含有荧光素前体分子、DPA为识别基团、二甲氨基偶氮苯甲酸(DABCYL)为猝灭基团的锌离子荧光探针(FL-ZJ),通过荧光光谱研究了其与锌离子的荧光响应。研究结果表明,FL-ZJ在526 nm处表现出较低的荧光活性,但是当体系中有锌离子存在时,FL-ZJ在526 nm处的荧光强度增强至原来的约17.4倍,相应的体系颜色由无色变为黄色,其他金属离子的加入不影响FL-ZJ的荧光强度,说明FL-ZJ能够高效灵敏的检测Zn2+,其对Zn2+的检出限仅为14.6 nmol/L。进一步通过Job's Plot实验及高效液相色谱推测出该探针检测锌离子的机理为:锌离子的配位诱导了荧光素的开环及猝灭基团的分子内消除反应,进而实现了探针对Zn2+的专一性检测。

  • 李书娴, 王宇翔, 赵雪峰, 仲兆满
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(01): 180-191. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024148
    手势识别是人机交互中的关键技术。传统实时手势识别模型对光照变化、复杂背景等干扰因素适应性不强,所用分类数据集仅包含特定手势,在实际应用中泛化能力不足。针对以上问题,提出背景优化的二阶段静态手势识别算法。在检测阶段,采用YOLOv5s(You Only Look Once version 5 small)作为检测网络,利用其定位能力快速检测手部位置。在识别阶段,首先,利用背景与传感器热噪声对分类数据集进行增强,设计背景优化预处理算法,提升模型对复杂背景的适应性;然后,将VGG-16(Visual Geometry Group-16)作为识别网络的原型,增加归一化层并替换激活函数以加速收敛并防止过拟合。实验中,模型可以在多种干扰下提取图像特征,准确率达到97.9%,F1值达到92.3%。实验结果表明,模型对复杂场景的适应能力高于经原始分类数据集训练后的传统模型,具有更高的实际应用价值。
  • 王功勋, 李进金
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(01): 1-19. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024151
    “巩固学习推荐”是指向学生推荐需要复习巩固的学习内容的过程。本文研究了基于能力的知识空间理论的个性化巩固学习推荐问题,针对能力状态与知识状态之间缺乏一一对应关系的挑战,提出了一种有效的推荐方法。该方法首先通过学生的知识状态计算内掌握边缘,并据此推导出退步前后的知识状态,然后通过这些知识状态确定相应能力状态的顶或底,最终根据顶和底推荐需要巩固学习的技能集,以防止学生因遗忘等因素导致知识退步。本文提出了两个刻画定理:一是用技能函数刻画能力状态的顶或底,二是用问题函数刻画知识状态的内掌握边缘。利用这些定理,可在不建立知识结构的前提下直接获取能力状态的顶或底及知识状态的内掌握边缘。最后本文分别给出了根据定义和刻画定理获取内掌握边缘的算法,并通过对比实践说明后者耗时平均减少了77%,内存占用平均降低了67%。
  • 王静红, 郑瑞策, 米据生, 李昊康
    山西大学学报(自然科学版). 2025, 48(01): 29-42. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024134
    网络表示学习是网络分析任务的基础,对于挖掘和分析真实网络数据具有重大意义。最近,图注意力网络(Graph Attention Networks, GAT)及其后续变体,在网络表示学习中表现出了卓越的性能。但是基于注意力的方法存在以下局限性:(1)只考虑节点的一阶邻居信息,忽略了高阶邻居节点。(2)模型缺乏可解释性。(3)没有考虑到图中噪声边问题。为解决这些问题,本文提出了一种基于结构学习和自监督图注意力的网络嵌入模型(Structural Learning-based Self-supervised Graph Attention Network,SL-SGAT),融合节点特征与结构信息,降低噪声边干扰,提升模型可解释性。SL-SGAT主要包含三部分:图结构学习、自监督注意力机制和特征聚合。图结构学习构建全局图结构网络。自监督注意力机制设置一个自监督关系预测任务,加入噪声边损失。特征聚合利用注意力系数进行加权聚合,得到最终的节点嵌入表示。本文所提模型在Cora、Citeseer和Pubmed三个数据集上进行节点分类实验,准确率分别为84.4%、74.4%、81.5%,与表现优异的GAT及后续变体模型相比,分别提高1.4%、2.9%、3.2%;在节点聚类实验中,聚类精度分别提高3.3%、3.4%、1.2%。可见,我们提出的算法可以得到更好的嵌入结果。
  • 朱勇, 李得超, 郭倩男
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(06): 1178-1189. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023107
    针对概率区间犹豫模糊集的不确定性难以准确度量的问题,文章首先提出了概率区间犹豫模糊熵公理化定义的基本准则。基于概率区间犹豫模糊元的距离测度和伪距离测度,提出了一种距离型概率区间犹豫模糊元熵测度,验证其满足公理化定义的要求,并将其推广到概率区间犹豫模糊集上。新的熵测度能够综合表征概率区间犹豫模糊元的个体不确定性和总体不确定性,具有结构简单、便于理解等优点。在此基础上,利用熵权法求得属性权重,结合逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,TOPSIS)方法构建了一种未知属性权重的概率区间犹豫模糊多属性决策模型。实例分析和不同算子下对比结果验证了所提方法的有效性和实用性,并对相关参数进行敏感性分析,说明了其稳定性,为解决多属性决策问题提供了一种新的思路。
  • 吴敏, 王佳才, 郭晓庆, 薛海斌
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(06): 1228-1237. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023123
    本文基于宏自旋模型,利用Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程在理论上研究了外延铁磁层的面内磁化方向■与电流方向■夹角φm对自由层垂直磁矩翻转的影响。研究结果表明:在铁磁层/重金属层/外延铁磁层的异质结中,对于自旋反常霍尔效应和自旋各向异性磁阻效应产生的沿■方向极化的自旋流与已经存在的沿■(■是薄膜的法线方向)和■方向的自旋流协同作用的情形,通过调节■与■的夹角φm,可以进一步降低自由层磁矩零场翻转所需的阈值电流,并缩短施加脉冲电流的长度。上述结果为实现低功耗的零场自旋轨道矩磁随机存储器提供了一种可选择的理论方案。
  • 徐梦修, 王维忠
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(06): 1148-1154. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023163
    为了刻画图的谱,本文通过讨论群V8n=〈a, b:a2n=b4=1, ba=a-1b-1, b-1a=a-1b〉(n为奇数)的不可约表示,借助提升有向图和Cayley有向图的关系并利用群的不可约表示及不可约特征标给出了V8n上Cayley有向图的谱,并给出了主要结论的两个实例。
  • 王鹏飞, 殷凤, 王朝平, 何瑞强
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(06): 1155-1163. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024114
    为了发展并完善图论中拓扑指标的基本理论,本文利用图形变换的方法确定了单圈图Steiner k-Wiener指标的下界,并刻画了达到下界时的极图。首先,通过研究单圈图的结构对Steiner k-Wiener指标的影响,确定了一系列使该指标减小的图形变换。进而找到了不同条件下最小Steiner k-Wiener指标所对应的极值图。最后,得到了上述极值图所对应的Steiner k-Wiener指标数值。基于此,本文推广并完善了单圈图Steiner k-Wiener指标下界问题的研究成果,丰富了拓扑指标问题的研究内容,为图论中拓扑指标问题在数学以及化学领域的广泛应用提供了理论依据。
  • 李楠, 张文静, 李圆圆, 代红艳
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(06): 1268-1276. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2024116
    针对水中重金属离子的污染问题,本文利用冰模板诱导的快速冷冻干燥和造孔技术,制备了具有丰富孔道结构的2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(2,2,6,6-tetramethylpiperidine oxide,TEMPO)氧化纳米纤维素(nano-crystalline cellulose,TOCNF)/聚丙烯酸(Poly acrylic acid,PAA)复合气凝胶(composite aerogel,TP复合气凝胶)。探究了TOCNF和PAA的配比对复合气凝胶形貌和结构的影响,当TOCNF∶PAA=6∶4(TP-6)时,TP-6复合气凝胶展现出完整互联的孔结构和最大的比表面积(246.7 m2/g)。TP-6复合气凝胶中丰富的孔结构和其中大量的羧基和羟基赋予了其优秀的重金属离子吸附特性,在pH为1.0~6.5的范围内,TP-6复合气凝胶对重金属离子的吸附能力随pH增加逐步增强。在pH为6.5时,TP-6复合气凝胶对Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附量分别为115.2 mg/g、136.1 mg/g、137.2 mg/g。本文提出的冰模板诱导的快速冷冻干燥和造孔技术为废水中重金属离子的绿色、高效去除提供了参考思路。
  • 王璐, 陈新伟
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1062-1067. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023096
    本文提出了一种基于超表面的宽带滤波天线。通过分割3×3的超表面,引入了新的谐振点,有效改善了阻抗匹配带宽;另外,通过在馈线上加载阶跃阻抗谐振器(SIR),在工作频带两边分别引入一个辐射零点,而且,在通带内高频段引入了另一个谐振点,进一步展宽了带宽;为了改善低频段的选择性,在地面上刻蚀四个中心对称的U型缺地陷结构(DGS),引入一个辐射零点。仿真表明,设计的滤波天线工作在4.93 GHz~6.88 GHz,-10 dB阻抗带宽达到33.1%,在4.06 GHz、4.4 GHz、7.5 GHz、8.75 GHz产生四个辐射零点,提高了滤波天线的选择性。
  • 高炳杰, 贺丽
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1015-1020. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023089
    内态间的量子相干性对于旋量多体系统的宏观物性具有重要影响。本文运用平均场方法研究了赝自旋1/2玻色气体在Rabi耦合强度趋于零情形的基态相图。当同自旋原子具有非对称的排斥相互作用时,体系会在适当的失谐参数下发生两种自旋极化相反的饱和铁磁凝聚体的相分离。根据热力学的相平衡条件,确定了相分离态的密度范围。在转变区间,压强随体积的变化曲线呈现出类似于经典气液相变的平台特征。在顺磁相与相分离态的边界,等温压缩率趋于发散。我们讨论了这种相分离与非相干玻色混合气体中不混溶现象的区别。本文得到的结果为进一步研究旋量凝聚体在有限Rabi耦合强度下的基态性质提供了基础。
  • 张鸽, 闫京, 魏巍, 梁吉业
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 973-981. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023106
    现有深度度量学习方法通过构造困难样本生成方法指导模型高效训练,基于代数计算的困难样本生成方法具有简单、高效的优势。然而这类方法缺乏对数据整体分布的考虑,导致生成的样本随机性较强、模型收敛缓慢。针对该问题,将三元组中的正样本以其所属的类中心为轴,旋转至锚点与该类中心连线的反向延长线上,提出一种基于样本旋转的困难样本生成方法,给出了一种新的损失函数,构建了一种基于样本旋转的生成困难样本的深度度量学习模型(RHS-DML),有效提升了模型的训练效率。在Cars196,CUB200-2011以及Stanford Online Products数据集上进行了图像检索的实验,与代数计算方法中对称生成样本方法进行了比较,结果表明,本文提出算法的检索性能相较于对称样本生成方法,在三个数据集上分别高出2.4%,0.7%,1.4%。
  • 王犇, 欧俊, 任歆玥, 郝杰, 米佳, 王常慧, 董宽虎
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1068-1078. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023120
    为探究晋北地区刈割强度对草地土壤有机氮矿化与真菌多样性之间关系的影响,通过对刈割草地进行野外原位土壤氮矿化实验和土壤真菌多样性分析。结果表明:在8月份中度刈割强度下土壤净氮矿化量最高;在整个生长季,土壤净氮矿化量均值大小为中度刈割>重度刈割>轻度刈割>不刈割,生长季土壤净氮矿化量呈现出中度刈割处理最高并显著高于不刈割处理;草地的刈割处理增加了土壤真菌多样性,土壤真菌ACE(Abundance-based Coverage Estimator)指数、Chao指数和Shannon-Wiener指数均在中度刈割强度下达到最大值(分别为737.2、738.5和4.506),Simpson指数在重度刈割强度下达到最大值(0.072);被孢霉门(Mortierellomycota)和被孢霉属(Mortierella)会受到当月净硝态氮含量、净氮矿化含量的潜在抑制,附球菌属(Epicoccum)与当月净铵态氮含量存在负效应;土壤全碳与子囊菌门(Ascomycota)、赤霉菌属(Gibberella)和新赤壳属(Neocosmospora)的丰度存在正效应,土壤碳氮比可能会促进小盘菌属(Pezizella)的丰度。
  • 腾文
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 912-922. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023146
    本文研究带权罗-巴Lie-Yamaguti代数,首先给出带权罗-巴Lie-Yamaguti代数的表示和上同调。作为上同调的应用,研究带权罗-巴Lie-Yamaguti代数的单参数形式形变。
  • 高俊杰, 马博翔, 闫智超, 苏雪峰, 李茹
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(05): 1004-1014. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2014112
    大语言模型的出现对自然语言处理产生了广泛的影响,已有研究表明大语言模型在各类下游任务中具有出色的Zero-shot及Few-shot能力,而对于大语言模型的语义分析能力的评估仍然比较缺乏。因此,本文基于汉语框架语义分析中的三个子任务:框架识别、论元范围识别和论元角色识别,分别在Zero-shot及Few-shot设定下评估了ChatGPT、Gemini和ChatGLM三个大语言模型在CFN2.0数据集上的语义分析能力,并与目前基于BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers)的SOTA模型进行了比较。在框架识别任务中,大语言模型的准确率仅比SOTA模型低0.04;但在论元范围识别与论元角色识别任务上,大语言模型表现不佳,与SOTA(State of the Art)模型相比,F1分数分别相差0.13和0.39。以上结果表明,大语言模型虽具备一定的框架语义分析能力,但进一步提升大语言模型的语义分析能力仍然是一个具有挑战性的工作。
  • 张建军, 孔冬梅
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 468-470. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2022097
    2022年6月9日在山西阳城蟒河猕猴国家级自然保护区进行植物考察时发现玄参科(Scrophulariaceae)玄参属(Scrophularia L.)的太行山玄参(Scrophularia taihangshanensis C. S. Zhu&H. W. Yang)。太行山玄参在我国仅分布于河南省,此前在山西省未见报道,太行山玄参的发现使山西省玄参属的自然分布记录增加为4种1变种。
  • 吕堂红, 王菲, 周林华
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(01): 140-154. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2022084
    针对一类具有Leslie-Gower功能反应函数的捕食-食饵系统,以时滞τ1、τ2为分支参数,利用比较定理,分析系统边界平衡点的全局稳定性,并利用规范型理论以及对特征根实部正负的判断,剖析系统正平衡点的局部稳定性以及正平衡点处发生Hopf分支的条件和分支方向。最后根据全局分支理论,将局部Hopf分支的稳定性结论延拓至全局,并经数值模拟证实结果。
  • 胡治国, 杜瑞芳, 秦雪健, 刘郭庆
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 333-345. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023042
    利用强化学习制定多智能体的移动群智感知策略是学术界普遍采用的技术手段,但是其普遍存在训练过程不加处理地利用所有智能体的状态和动作信息,学习更新效率较低,且对被采集对象重要程度的差异性缺少考虑等问题。本文以指挥员-无人机主从协作场景为研究对象,提出了一种基于匹配博弈和通信机制的主从协作群智感知算法。首先,通过引入Gale-shapely匹配博弈算法思想,建立无人机能量属性与待采集目标数据质量属性之间的最优稳定匹配,实现基于数据重要程度优先的采集策略。为保证无人机对高质量目标的持续特定关注,本文结合了当前较为流行的通信规则型多智能体强化学习算法MAAC(Multi-Actor-Attention-Critic)框架,引入了多注意力机制模块,实现了数据采集过程中主-从智能体间高效的信息交流与共享。实验表明,我们提出的c-MGCM(Crowd-sensing Method based on Matching Game and Communication Mechanism)方法在奖励值、匹配对的距离值等多个评价指标上都优于MADDPG(Multi-agent Deep Deterministic Policy Gradient)、DDPG(deep Deterministic Policy Gradient)等经典算法,在奖励值方面有2~3倍的提升,在数据质量方面有至少14%的提升。该结果表明了cMGCM方法的高效性和稳定性。
  • 闫博伦, 唐若诗, 邱志鹏
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(01): 122-133. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023080
    建立了一类具有白噪音和Markov切换共同驱动的基因协作表达模型。首先通过随机比较原理构建了模型的随机吸引集,结论表明环境噪音影响下系统的解最终一致有界。其后通过构造合适的Lyapunov函数证明了所研究模型拥有唯一遍历的平稳分布,且系统的解是遍历的。最后,进行了一些数值模拟来佐证所得结果,并在数值上发现所研究模型存在双稳态现象,这对细胞分化等生物学领域的研究有重要意义。
  • 梁雪丽, 王昱雯, 柴宝峰, 贾彤
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(01): 227-237. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023056
    枯落物分解在草地生态系统能量流动和物质循环中具有重要作用,是连接生物与土壤两大碳库的“纽带”。本研究以山西省中条山铜矿区优势植被白羊草为研究对象,在野外原生生境下,模拟枯落物分解过程,基于宏基因组测序技术,探究白羊草枯落物不同分解阶段(分解100天、200天、460天)微生物群落结构、功能及其关键影响因子。结果表明:(1)白羊草枯落物微生物群落包含125个门、1 069个科、2 800个属和12 364个种,优势菌种为变形菌门和放线菌门。(2)基于egg NOG和KEGG数据库注释结果,表明枯落物微生物分解过程中微生物的代谢功能最为活跃,其中,糖代谢和能量代谢表现最为突出。(3)枯落物pH、碳氮比、多酚氧化酶、纤维素酶以及枯落物重金属镉和铅是影响微生物群落功能的关键生态因子。该研究结果明确了受损生态系统枯落物分解过程中的微生物碳代谢功能特征;同时,探究了枯落物微生物发挥的重要生态功能,为揭示铜尾矿区枯落物微生物对土壤碳库的贡献提供科学依据。
  • 张瑞, 李晶, 邵嘉豪, 闫星光, 李生财, 马天跃
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(01): 214-226. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023054
    霍东矿区属于国家规划矿区,面临着采矿等人类活动与生态保护的矛盾,研究矿区生态系统服务对其生态安全格局有重要作用。本文以霍东矿区为研究对象,分析其2000—2020年土地利用变化情况,采用当量因子法估算生态系统服务价值(ESV)并修正,应用地理探测器进一步探究ESV的空间驱动因素。结果表明:(1)霍东矿区主要土地利用类型为林地和草地,21年间霍东矿区土地利用活跃程度不高,草地面积减少;(2)21年间霍东矿区ESV呈上升趋势,共增长2 900万元,空间格局变化不大,整体北高南低,高价值区及热点区域主要分布在矿区西北部及中部林地,中等价值区环绕较高价值区分布,低价值区呈“一面多带”分布格局,和冷点区域集中分布在矿区西南部与沁河及其支流两岸耕地和草地区域;(3)地理探测器结果表明自然因素主导影响霍东矿区ESV,土地利用程度解释力最大,因子贡献率达到0.5以上,高程、坡度、气温以及土壤侵蚀的因子贡献率均达到0.25以上,主要因子交互作用类型为双因子增强,人类活动增强了自然因素对生态系统服务的影响。研究结果可为霍东矿区生态保护与土地利用提供参考。
  • 王进军, 刘宇, 徐晨昱, 杨嘉伦, 李梓腾, 段玉博
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 369-374. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023051
    为了研究Al组分对AlxGa1-xN/GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transition,HEMT)性能的调控作用,采用Silvaco TCAD软件建立了AlxGa1-xN/GaN HEMT数值计算模型,通过数值计算的方法研究了Al组分对AlxGa1-xN/GaN异质结的能带、极化电荷、二维电子气(two-dimensional electron gas, 2DEG)及其输运特性、器件转移特性、输出特性的影响。得到了势阱深度、极化电荷面密度、2DEG浓度、沟道电子迁移率、阈值电压、峰值跨导、漏极电流随着Al组分的变化规律,并利用极化、能带、器件物理相关理论对结果进行了分析与讨论。结果表明:势阱深度、极化电荷面密度、2DEG面密度都随着Al组分的增加而增加;沟道电子迁移率随着组分的增加而减小;Al组分较小时,阈值电压绝对值、漏极电流随着Al组分的增加而增加,Al组分较大时阈值电压绝对值、漏极电流随着Al组分的增加而减小;Al组分为0.35时的峰值跨导高达124 mS。
  • 焦艳, 梁军军
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 385-391. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023073
    本文研究了近邻相互作用下一维无自旋费米系统中mosaic模型在非公度光学晶格中的局域化问题,通过调节相互作用强度和准周期势强度来实现热化到多体局域的转变。利用精确对角化方法计算系统中基态与中间六分之一能级对应的本征态的规范参与率,发现在热化相和多体局域相之间存在混合相。在此区域内,系统中间能级对应的激发态比基态更早局域化,这与相互作用Aubry-André模型的混合相性质不同。分别利用密度矩阵重整化群和精确对角化方法,计算基态单粒子激发的密度波动函数和激发态近邻能级间距比与纠缠熵,得到混合相的两条相边界。从相图中可以发现,在多体系统中弱准周期势只能使激发态局域却不能使基态局域,而相互作用的存在降低了基态局域所需的准周期势强度。
  • 张美娟, 韩婴婴, 张秀荣, 李卫东
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(03): 598-604. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023074
    驱动强度对研究周期驱动系统的动力学特性有重要影响。本文主要采用Floquet理论和龙格-库塔数值方法研究了周期驱动二能级系统的动力学过程,分析了动力学过程的特征频率,并与常用的解析方法进行了对比。研究结果表明,当驱动强度A/ω0<2.57时,单值的低频振荡项是整个动力学过程的主要成分,此时忽略了高频振荡项的旋转波近似是成立的;随着驱动强度的增加,当A/ω0≥2.57时,高频振荡项的占比越来越大,并逐渐成为整个动力学过程的主要频率成分。我们的研究也表明了反旋转杂化近似解析方法仅在一定驱动强度范围内成立,且当驱动强度较大时,可以通过多光子过程进行频率拓展。
  • 宋鑫, 张秀荣, 李卫东
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(03): 578-582. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023075
    本文利用数值方法,对关联的有色噪声下的类维纳过程和拉比振荡进行了研究。通过统计在同一时刻类维纳过程与维纳过程的位置方差,发现在有色噪声影响下粒子的扩散速率更快;而且棕色噪声比1/f噪声下粒子扩散得更快。对近共振条件下二能级原子系统的拉比振荡,在关联噪声与非关联噪声下的频谱进行了分析,研究发现:随着噪声强度的增加,非关联噪声导致在共振频率附近的频率成分增加,这表现为对拉比谱的展宽,而对于关联噪声,在噪声强度较小时也会导致共振频率附近的频率成分增加,但噪声强度进一步增大将会导致振荡的主要频率成分向零频附近移动。
  • 梁晨, 余正涛, 高盛祥, 朱恩昌
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(04): 727-736. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023065
    新闻事件聚类旨在从海量新闻文本中挖掘若干个不同主题的事件簇。目前事件聚类大多基于文本语义表征,忽略了事件知识的指导作用,且由于表征学习和目标聚类的迭代进行,不仅容易造成误差累积,还只能处理离线任务,限制了对实时新闻数据的处理。针对上述问题,该文提出一种融入事件知识的新闻事件对比聚类方法,该方法在文本表征的基础上,融入事件关键信息丰富事件表征;将聚类标签作为表示,同时在实例级和簇群级进行对比学习;以端到端的方式联合学习表示和簇群分配,实现对数据流的聚类。实验结果表明,该方法相较于其他基线模型,提高了3%。
  • 李丝雨, 杨赟瑞, 宋雪
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(03): 555-563. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023086
    为了发展并完善常微分方程非局部问题的基本理论,本文利用Guo-Krasnoselskill不动点定理建立了一类三阶积分边值问题奇数个正解的存在性。首先,通过研究相应线性积分边值问题的格林函数得到解的形式,并讨论格林函数的性质和解的非负性、单调性等性质。其次,将三阶积分边值问题解的存在性转化为锥上算子的不动点问题,并验证该算子的全连续性。接下来,借助Guo-Krasnoselskill不动点定理证明非线性项满足特定增长性条件下该算子存在奇数个不动点,从而得到三阶积分边值问题奇数个正解的存在性。最后,给出具体的例子说明了研究结果的合理性。基于此,本文在方法上将常用于建立正解以及至少两个正解存在性的Guo-Krasnoselskill不动点定理运用到无穷多(奇数)个正解的存在性研究,推广并完善了三阶边值问题正解的研究结果,丰富了常微分方程边值问题的研究内容,为常微分方程非局部问题在应用数学、物理学领域的广泛应用提供了理论依据。
  • 李心, 褚锦芳
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(04): 677-690. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023093
    单调区域上的非线性退化抛物方程固有的非自治性和退化性使得对该方程的研究具有本质性的困难。本文研究了该方程满足能量等式变分解的适定性以及拉回吸引子的存在性。首先,利用惩罚法得到该方程的扰动方程满足能量等式变分解的适定性。其次,针对扰动方程,利用正则性方法得到该方程极限解的存在性,进而得到原方程满足能量等式变分解的适定性。最后,根据变分解的适定性构造非自治动力系统的双参数半群,结合一致能量耗散估计和收缩函数法证明了该半群存在渐近紧的拉回吸收集,从而建立了此类系统的拉回吸引子。
  • 赵丽颖, 吕盛梅
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 328-332. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023094
    Alspach的研究已经证明:除了P(n,k)(n≡5(mod6);k=2,(n-1)/2,(n+1)/2,n-2)和P(n, n/2)(n≡0(mod4);n≥8)两种情形,广义Petersen图都是哈密尔顿的。本文在此基础上,考虑了这两种情形下的哈密尔顿指数,并证明了:P(n,k)(n≡5(mod6);k=2,(n-1)/2,(n+1)/2,n-2)的哈密尔顿指数为1;P(n,n/2)(n≡0(mod4);n≥8)的哈密尔顿指数为2。至此,广义Petersen图的哈密尔顿指数问题得到完全解决。
  • 王光辉, 于盼, 郭建花, 孟雅婷, 成哲, 邢剑波, 董川
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(01): 199-206. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023091
    本文以4-硝基-1,8-萘二甲酸苷和苯丙氨酸为原料,通过一步水热法合成了黄色荧光碳点(Y-CDs)。该碳点的最佳激发为422 nm,最佳发射为547 nm,荧光量子产率达9.3%。柠檬黄可以通过内滤效应快速猝灭Y-CDs的荧光,以此构建了检测柠檬黄的荧光传感器,实现了目前最长发射波长荧光法检测。其线性范围为0.25μmol/L~14.8μmol/L,检出限为58 nmol/L,具有良好的选择性。该传感器已应用于汾河水样和饮料中柠檬黄检测,回收率为94.58%~101.99%。此外,Y-CDs还可用于制备Y-CDs/PVA复合材料作为荧光发光薄膜,呈现亮黄色固体荧光。以上结果表明,Y-CDs在环境检测和固体发光薄膜等领域表现出潜在的应用价值。
  • 宋璐娜, 李永峰, 郑昱, 王龙江, 任宏正, 于静文
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 416-424. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023092
    以间苯二酚和甲醛为原料,通过简单的溶胶-凝胶和冷冻干燥法制得了有机气凝胶(RF500),后经高温碳化得到碳气凝胶(RFC500)。采用不同的仪器技术(红外光谱、X-射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮吸附实验)对材料进行表征,结果表明RF500和RFC500呈现不规则形态,属于非晶相;此外,RF500转化为RFC500后,特征官能团消失,大孔含量减少,微孔和介孔增加。评估了RF500和RFC500在两种不同水环境中的I2吸附性能,实验表明具有富电子有机骨架的RF500和具有较大比表面积及丰富介孔的RFC500分别在KI3水溶液和I2饱和水溶液中展示出优异的吸附性能。这些气凝胶可作为核废水中放射性碘分子去除的潜在吸附剂。
  • 张晓玉, 刘瑞瑞, 刘兵兵
    山西大学学报(自然科学版). 2024, 47(02): 464-467. https://doi.org/10.13451/j.sxu.ns.2023103
    长尾毛蕊茶(Camellia caudata Wall. 1832)是一种小型乔木,它主要分布于南亚。它富含抗氧化组分,是一种重要的药用植物。本文基于Illumina平台的双末端测序数据首次报道并描述了长尾毛蕊茶的叶绿体全基因组序列。完整的叶绿体基因组长度为157 043 bp,由两个26 095 bp长的反向重复序列(IRs)以及被其分开的86 599 bp长的大单拷贝区(LSC)和18 272 bp长的小单拷贝区(SSC)组成。该质体基因组包含了89个蛋白质编码基因、37个tRNA基因、8个rRNA基因和1个假基因(ycf 2)。质体基因组总GC含量为37.3%。基于20个相关物种全叶绿体基因组的系统发育分析表明,长尾毛蕊茶与同属的大果南山茶(C. semiserrata var. magnocarpa)和毛蕊红山茶(C. mairei)亲缘关系较近。