提高光声成像质量的Renyi熵方法

针对光声成像数据采集系统中获得的超声数据存在杂波问题,提出一种先基于Renyi熵分离超声信号和杂波,再利用分离后的超声数据进行光声成像的方法。光声成像平台实验表明,通过Renyi熵的直方图来选择超声信号和杂波分离的阈值,可以有效地滤除超声信号中的大部分杂波。成像重构的评估结果也验证了该结论。可见,该文提出的方法能有效滤除超声采集数据中的杂波,从而提高光声成像的质量。     

基于Renyi熵滤波的光声图像重建算法设计与实现

针对光声图像重建过程中存在的原始光声信号信噪比差、重建图像对比度低、分辨率不足等问题,提出了基于Renyi熵的光声图像重建滤波算法.该算法首先根据原始光声信号的Renyi熵分布情况,确定分割阈值,并滤除杂波信号;再利用滤波后的光声数据进行延时叠加光声图像重建.利用该滤波算法分别处理铅笔芯横截面(零维)、头发丝(一维)以及小鼠大脑皮层血管(二维)等不同维度样本的光声信号,实验结果表明:相比Renyi熵处理之前,重建图像对比度平均增强了32.45%,分辨率平均提高了30.78%,信噪比提高了47.66%,均方误差降低了35.01%;相比典型的滤波处理算法(模极大值法和阈值去噪法),本研究中图像的对比度、分辨率和信噪比分别提高了25.94%/10.60%、27.90%/19.48%、35.21%/10.60%,均方误差减小了28.57%/16.66%.因此,选择利用Renyi熵滤波算法处理光声信号,从而使光声图像重建质量得到大幅改善.     

关于生命系统熵势函数的建立及应用

依据非平衡非线性系统理论的广义势函数,建立了可描述生命系统的熵势及其表达式．作为应用,分析了生命系统的相变和生命机体内部的熵力．     

基于广义线性模型和最大熵模型的黑龙江省林火空间分布模拟

林火分布模型是在较大区域上描述林火空间分布的强有力工具,并可以确定影响林火分布的控制因子.本研究基于黑龙江省1996-2006年的历史火烧记录数据,分别采用广义线性模型和最大熵模型分析了地形、人类活动和土地覆被类型等环境控制因子对黑龙江省林火空间分布的影响,并比较了模型预测精度、评价环境变量重要性及预测火点概率分布图等.结果表明:两个模型的预测精度达中等水平,而最大熵模型的预测精度要略高于广义线性模型.总体而言,与人类活动相关的变量是林火分布模型最佳的环境变量,地形变量次之.尽管两个模型在预测精度和环境变量重要性方面都有很大的相似性,但最大熵模型产生的火点概率图空间格局与广义线性模型产生的明显不同.本研究说明,为了更加精确地确定森林火灾发生的热点地区,应该采用不同模型进行比较,或者有选择性地进行组合以产生综合的预测结果,从而为森林防火工作提供更加合理高效的建议.     

生物多样性的熵值结构

多样性一般定义为生物进化过程中物种表现型的丰富程度。从广义上讲,生物进化与环境归类作用的结构复杂性对生物为多样性的解释是很有益处的。我们认为区域水平与样地水平上的气候归类型与植被归类型是最基本的划分因子,本文以中国东北部黑龙江省的山地植被为例,采用多等级熵值分配的方法来证明所使用的方法。我们得出气候归类型与植被归类型所占有的熵值成分要弱于物种表现型丰富度所占有的熵值成份。值得注意的是其相对的熵值贡献率对每一个因子的最大熵值的变化规律。分析结果表明气候归类型占有较低的熵值而植被归类型占有较高的熵值。因此仅仅以在区域气候型为主要指标所划分的物种生态位是不够的,而以小区域内的植被型为指标所产生的物种生态位具有较高利用价值。     

等熵方程与生物熵限方程

本文分析了等熵方程;推导出核酸序列的熵限方程,率先提出了生物进化过程中核酸序列选择的熵原则;绘制了分析核酸序列熵变的等熵图．     

一个基于熵的指数精细定位人类复杂性状位点

近来,一个基于熵的指数被提出用来对人类复杂性状位点进行连锁不平衡定位．这个熵指数比较了患病个体与正常个体或极端样本之间标记基因频率的熵和条件熵．本文基于熵理论,提出了另一个备选指数．这个新的指数比较患病个体与正常个体之间标记基因型频率的熵和条件熵．计算机模拟结果表明本文提出的新指数平行于之前的熵指数．而基于遗传性血色病（hereditary haemochromatosis,HH）数据的分析表明了这个新指数能有效对人类复杂性状位点进行精细定位．     

一种改进的近似熵——样品熵及其在颞叶癫痫患者脑电信号分析中的应用

采用了近似熵(approximately entropy,ApEn)和它的改进算法,即样品熵(sample entropy,SampEn)分析了8位颞叶癫痫患者和10位健康人员的短程脑电信号。在计算过程中使用了两种滑动窗口和5个不同的过滤标准r。结果显示颞叶癫痫患者组脑电信号的熵值显著低于健康组,而且患者癫痫病灶所在的脑半球的复杂度远远小于非癫痫病灶的脑半球。小的滑动窗口能更多地反映与癫痫发作相关的细节。对于1秒的滑动窗口,过滤标准r不能小于时间序列标准差的0．15％;而对于4秒的滑动窗口,则过滤标准r不能小于时间序列标准差的10％。研究结果表明,在短程脑电信号的非线性分析中,样品熵是一种比近似熵更为可靠的非线性分析方法。颞叶癫痫患者脑电信号的熵值低于健康人员,这可能表明脑电活动的非线性程度的降低是由于神经信号在大脑内的传递受到了阻碍或者损坏,使得神经信号成了相对孤立的信息源。     

熵与生命和肿瘤的关系

热力学是研究能量转换规律的科学 ,本文针对热力学第二定律即熵与生命的关系提出一些见解和分析 ,来作以下讨论。1.熵与生命代谢的关系在克劳修斯的热力学第二定律中指出 :一个孤立系统不管其初始状态如何 ,最终将演化为最无序 ,最混乱的状态。而且满足热力学平衡的状态 ,简言之就是一个孤立系统的熵随时间增高 ,熵增加原理告诉我们自发过程是由比较有序向比较无序的方向进行的 ,自发过程总是伴随着熵的增加 ,或者说熵增加过程是自发过程。根据原理 ,熵的改变值 (△Ｓ)只由始态和终态确定 ,而与过程和途径无关。以人体为例 ,就生命的新陈代…     

一个基于熵的对疾病基因精细定位的指数

针对人类疾病基因的精细定位,本文利用稠密的标记位点,通过比较标记的熵和条件熵,给出了一个基于熵的指数。该指数可以度量标记基因和性状位点间连锁不平衡(LD)程度。该指数的特性是它不依赖于标记基因的频率。同时它对应疾病易感位点(DSL)精细定位的哈迪-温伯格不平衡(HWD)指数。通过计算机模拟,文章调查了不同遗传参数下该指数的性质。模拟结果表明该指数用作疾病易感位点精细定位是有效的。     

亚热带森林转换对土壤微生物呼吸及其熵值的影响

土壤微生物呼吸及其熵值是表征土壤质量变化的敏感性指标,不仅能衡量土壤微生物碳利用效率,还能揭示土壤有机碳的变化。通过比较亚热带米槠天然林转换为马尾松人工林和杉木人工林后土壤微生物呼吸速率、土壤微生物生物量碳以及微生物熵、代谢熵的差异,研究亚热带森林转换对土壤微生物碳利用效率的影响。研究结果显示:(1)与天然林相比,马尾松人工林0—10 cm土壤微生物呼吸速率上升32%(P0.05),马尾松人工林和杉木人工林10—20 cm土壤微生物呼吸速率分别下降26%和24%(P0.05);但在20—40 cm土层和40—60 cm土层,天然林土壤微生物呼吸速率比马尾松人工林分别高50%和43%;(2)马尾松人工林和杉木人工林0—10 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)比天然林分别下降19%和40%(P0.05),但马尾松人工林10—20 cm土壤MBC上升29%(P0.05);(3)人工林表层土壤微生物熵与天然林没有显著差异,但与天然林相比,杉木人工林和马尾松人工林20—40 cm土层土壤微生物熵分别下降51%和71%(P0.05),40—60 cm分别下降52%、66%(P0.05)。土壤微生物代谢熵的变化主要发生在0—10 cm土层,马尾松人工林和杉木人工林分别比天然林增加38%和29%(P0.05),在深层土壤,3种林分微生物代谢熵没有显著差异。亚热带森林转换导致表层土壤微生物碳利用效率下降,深层土壤易分解碳在总有机碳库中占比下降,有机碳可利用程度降低。     

应用小波熵分析大鼠脑电信号的动态变化特性

应用小波熵（一种新的信号复杂度测量方法）分析大鼠在不同生理状态下脑电复杂度的动态时变特性。采用慢性埋植电极记录自由活动大鼠的皮层EEG,使用多分辨率小波变换将EEG信号分解为δ、θ、α和β四个分量,求得随时间变化的小波熵。结果表明：在清醒、慢波睡眠和快动眼睡眠三种生理状态下,EEG的小波熵之间存在显著差别,并且在不同时期其值与各个分解分量之间具有不同的关系,其中,慢波睡眠期小波熵还具有较明显的变化节律,反映了EEG微状态中慢波和纺锤波的互补性。由此可见,小波熵既能区别长时间段EEG复杂度之间的差别,又能反映EEG微状态的快速变化特性。     

熵理论在生态系统稳定性研究中的应用

本文从李亚普诺夫（Lyapounov）的稳定性原理出发,运用最小熵和超熵理论分析了线性非平衡态和远离平衡态生态系统的稳定性,并给出了相应的稳定性判据。以完善和促进生态系统稳定性研究的理论水平。     

熵与生态环境

分析了熵概念的发展及其含义。生物体依赖负熵为生,是以环境的更大熵增为代价的。人口膨胀,使用矿物燃料逐渐增多,以及大面积破坏森林导致生态环境恶化,减缓生态系统的熵增,保护生态环境刻不容缓。     

基于Agent模型的生态公平指数构建与模拟

伴随着社会经济的发展,社会公平逐渐成为热点话题。社会公平问题不但体现在社会现象上,还对生态系统起着重要的影响。通过构建资本交换自主体模型,模拟社会财富分配动态过程,可观测资本交换熵指数变化情况,从而解释熵增原理。除此以外,不同系统的最终状态能达到的最大熵指数不同,用熵增原理与本文构建的最大熵指数模型可以对系统的生态公平进行纵向或横向评价。构建的资本交换熵模型也可以证明最大熵原理,同时,财富集中的现象将会使生态环境的选择权完全交予富人群体,影响可持续发展。     

熵、生物进化与Brooks-Wiley理论

介绍了熵与生物进化两个概念间的辩证统一关系,重点讨论了Brooks-Wiley理论,该理论认为"生物进化是熵增加过程",同时又是复杂性、组织性和秩序性都不断增加的进程.     

一个基于熵的精细定位数量性状位点的指数

针对数量性状位点的精细定位,本文采用群体的极端样本,利用稠密的标记位点,通过比较标记的熵和条件熵,给出了一个基于熵的指数。该指数是标记基因和性状位点间连锁不平衡系数的函数,它不依赖于标记基因的频率。该指数对应我们之前提出的数量性状位点精细定位的哈迪-温伯格不平衡(HWD)指数,但在精细定位数量性状位点时,本文提出的指数的效能要高于哈迪-温伯格不平衡(HWD)指数。通过计算机模拟,文章调查了不同遗传参数下该指数的性质。模拟结果表明该指数用作精细定位是有效的。     

微生物生长稳定性超熵产生判据

运用非平衡热力学超熵产生理论和微生物生长动力学理论,以细胞、营养物和产物为参量,求得了微生物生长的超熵产生及稳定性判据,理论分析与实验计算结果基本一致．     

原核基因组的进化方向和癌／正常细胞的熵产生

本文评述了理论生物学的两个基础实验。一是用离子束辐照加速大肠杆菌进化的方法研究原核基因组的进化方向,证明进化中的缺失偏好性和编码信息量扩增律不矛盾。二是提出用导热法测量细胞的熵产生,比较研究了癌细胞和正常细胞的熵产生和外加电场的关系,证明在一定强度的电场作用下正常细胞的熵产生可以明显超过癌细胞,从而实现改变两类细胞间熵流方向的目的。     

生物进化中的熵初探

１８６５年德国著名物理学家克劳修斯（Ｃｌａｕｓｉｕｓ,１８２２－１８８８）在创立了热力学第二定律的基础上,又提出熵（ｅｎｔｒｏｐｙ）这一重要的科学概念,进一步推动了力学理论的发展。随着生物进化论研究的不断深入,生物学家发现,熵并非仅限于物理学中的概念,在生物进化中,亦存在着熵的问题。目睹生物进化史,地球上的生物诞生迄今已有３５亿年的悠久历史,它是以３５亿年前最原始的生命体进化而来的。最原始的生命体至少经二,三亿年的历史形成原始原核生物,原始原核生物经过十五,六亿年的时间形成了真核单细胞生物,真核…