公示项目二
奖 种：国家自然科学奖
项目名称（中文名）：基于自然计算的学习与优化基础理论研究
项目名称（英文名）：Research on Learning and Optimization Theories based on Natural Computation
主要完成单位：西安电子科技大学
主要完成人：焦李成（西安电子科技大学）、刘芳（西安电子科技大学）、刘静（西安电子科技大学）、公茂果（西安电子科技大学）、张莉（西安电子科技大学）
项目简介：
本项目针对海量、高维、非结构化信息处理中的优化与学习问题展开研究。随着信息感知与获取技术的快速发展，海量、高维、非结构化信息的智能化处理对以冯•诺伊曼架构为基础的确定性信息处理手段提出了新的挑战，研究具有认知机理的智能信息处理理论与方法，成为上世纪八十年代以来国际上广泛关注的信息处理前沿方向。针对智能信息处理领域基础理论相对薄弱、理论体系有待完善、应用瓶颈问题有待突破的现状，本项目在国家自然科学基金重点项目、国家"863"计划及国家"973"子项等资助下，历时22年，对基于免疫协同进化和子波神经计算的智能学习与优化理论及方法进行了深入研究，主要发现点为：
(1) 面向高维、非结构化数据学习对高效、鲁棒的神经网络模型的迫切需求，建立了神经网络的非线性动力学模型和连接稳定性判据，解决了神经网络通用稳定性判别难题；提出了多子波神经网络模型，获得了良好的相容性和逼近阶，缓解了传统神经网络规模随输入模式维数的增长呈指数增长的瓶颈问题，较好地解决了子波函数高维奇异性检测与学习能力弱的问题；
(2) 面向相对“小样本”和海量大规模数据学习对鲁棒、快速学习方法的需求，构造了满足Mercer条件的尺度核和父子波正交投影核，提出了基于尺度核和父子波正交投影核的支撑向量机，获得了良好的逼近性能和推广能力；把Mercer核推广到经验映射函数，建立了隐空间支撑向量机和隐空间主分量分析模型，缓解了核函数方法必须受Mercer条件限制的瓶颈难题；为缓解高斯过程计算复杂度缺陷，提出了快速稀疏逼近最小二乘支撑向量机，对大规模、不稀疏的问题，显著减少了优化尺度并提高了解的稀疏性；
(3) 面向大规模、多目标NP-Hard优化对高效、鲁棒优化方法的迫切需求，构造了免疫协同进化计算理论框架，建立了个体协同与竞争的智能体网络信息交互模型，有效改善了进化算法中遗传操作的盲目性和早熟问题，缓解了进化计算解决大规模问题时收敛速度慢的难题；进一步建立了协同认知免疫动力学计算框架，提出了基于克隆选择的班德文学习和拉马克学习两类个体协同学习模型，实现了对十万维大规模NP-hard优化问题的高效求解。
本项目建立的免疫协同进化和子波神经计算理论模型对数值优化问题、欺骗问题、组合优化问题、约束满足问题等基准测试问题的求解结果优于国内外文献报道的结果，在千万级海量数据分类、万维以上大规模优化、超大规模集成电路布图等问题上取得了国内外未见报导的成果，并成功应用于合成孔径雷达(SAR)图像地物分类和目标识别以及网络数据分析等问题，其中部分已用于实际的复杂目标检测与识别系统。
本项目的研究成果在国际期刊发表SCI检索论文84篇，其中本领域有影响的权威期刊论文34篇，出版专著4部。科研论著被SCI他引990次，他引总次数为8321次。其中，20篇主要论著SCI他引800次，他引总次数为6388次。获国家发明专利授权10项，部分技术已在电子38所、航天504所和电子14所等得到了成功应用。获省部级科学技术奖一等奖3项。
论文专著目录
1. 代表性论文专著目录（不超过8篇）
序号 论文专著名称/
刊名/ 作者 影响因子 年卷页码
（xx年xx卷xx页） 发表时间
年 月 日 通讯
作者 第一
作者 国内
作者 SCI他引次数 他引总次数 是否国内完成
1 神经网络系统理论/焦李成 专著 1990年12月第1版 1990年12月1日 焦李成 焦李成 焦李成 44 4518 是
2 免疫优化计算学习与识别/焦李成, 杜海峰, 刘芳, 公茂果 专著 2006年6月第一版 2006年6月1日 焦李成 焦李成 焦李成,杜海峰,刘芳,公茂果 32 273 是
3 A Novel Genetic Algorithm Based on Immunity/ IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Part A/ Licheng Jiao and Lei Wang 2.080 2000年30卷552-561页 2000年9月1日 焦李成 焦李成 焦李成,王磊 177 421
是
4 Wavelet Support Vector Machine/ IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Part B/Li Zhang, Weida Zhou, Licheng Jiao 2.674 2004年34卷34-39页 2004年1月1日 张莉 张莉 张莉,周伟达,焦李成 124 243
是
5 A Multiagent Genetic Algorithm for Global Numerical Optimization/IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Part B/ Weicai Zhong, Jing Liu, Mingzhi Xue, Licheng Jiao 2.674 2004年34卷1128-1141页 2004年3月1日 刘静 钟伟才 钟韦才,刘静,薛明志,焦李成 119 290
是
6 Multiobjective Immune Algorithm with Nondominated Neighbor-based Selection/Evolutionary Computation/ Maoguo Gong, Licheng Jiao, Haifeng Du, Liefeng Bo 2.630 2008年16卷225-255页 2008年1月20日 公茂果 公茂果 公茂果,焦李成,杜海峰,薄列峰 41 133
是
7 Fast sparse approximation for least squares support vector machine/ IEEE Transactions on Neural Networks/Licheng Jiao, Liefeng Bo, Ling Wang 2.624 2007年18卷685-697页 2007年6月1日 焦李成 焦李成 焦李成,薄列峰,王玲 39 78
是
8 Multiwavelet Neural Network and Its Approximation Properties/ IEEE Transactions on Neural Networks/ Licheng Jiao, Jin Pan, Yangwang Fang 2.624 2001年12卷1060-1066页 2001年9月1日 焦李成 焦李成 焦李成,潘进,方洋汪 24 74
是
合 计 599 6030
2、主要论文专著目录（不超过20篇，含上述全部代表性论文专著）
序号 论文专著名称/
刊名/作者 影响因子 年卷页码
（xx年xx卷xx页） 是否国内完成 SCI他引次数 他引
总次数
1 神经网络系统理论/焦李成 专著 1990年12月第1版 是 44 4518
2 免疫优化计算学习与识别/焦李成, 杜海峰, 刘芳, 公茂果 专著 2006年6月第一版 是 32 273
3 A Novel Genetic Algorithm Based on Immunity/ IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Part A/ Licheng Jiao and Lei Wang 2.080 2000年30卷552-561页 是 177 421
4 Wavelet Support Vector Machine/ IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Part B/Li Zhang, Weida Zhou, Licheng Jiao 2.674 2004年34卷34-39页 是 123 290
5 A Multiagent Genetic Algorithm for Global Numerical Optimization/IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics, Part B/ Weicai Zhong, Jing Liu, Mingzhi Xue, Licheng Jiao 2.674 2004年34卷1128-1141页 是 119 243
6 Multiobjective Immune Algorithm with Nondominated Neighbor-based Selection/Evolutionary Computation/Maoguo Gong, Licheng Jiao, Haifeng Du, Liefeng Bo 2.630 2008年16卷225-255页 是 41 133
7 Fast sparse approximation for least squares support vector machine/ IEEE Transactions on Neural Networks/Licheng Jiao, Liefeng Bo, Ling Wang, 2.624 2007年18卷685-697页 是 39 78
8 Multiwavelet Neural Network and Its Approximation Properties/ IEEE Transactions on Neural Networks/ Licheng Jiao, Jin Pan, Yangwang Fang 2.624 2001年12卷1060-1066页 是 24 74
9 Quantum-inspired immune clonal algorithm for global optimization / IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B /Licheng Jiao, Yangyang Li, Maoguo Gong, Xiangrong Zhang 2.674 2008年38卷1234-1253页 是 21 56
10 Adaptive simplification of solution for support vector machine/ Pattern Recognition /Qing Li, L Jiao, Yingjuan Hao 2.607 2007年40卷 972-980页 是 20 43
11 A multiagent evolutionary algorithm for constraint satisfaction problems /IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B/Jing Liu, Weicai Zhong, Licheng Jiao 2.674 2006年36卷 54-73页 是 30 43
12 Linear programming support vector machines /Pattern recognition/Weida Zhou, Li Zhang, Licheng Jiao 2.607 2002年35卷 2927-2936页 是 25 41
13 Hidden space support vector machines / IEEE Transactions on Neural Networks/Li Zhang, Weida Zhou, Licheng Jiao 2.624 2004年15卷 1424-1434页 是 23 38
14 An organizational coevolutionary algorithm for classification / IEEE Transactions on Evolutionary Computation/Licheng Jiao, Jing Liu, Weicai Zhong 4.371 2006年10卷 67-80页 是 23 30
15 An organizational evolutionary algorithm for numerical optimization / IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B/Jing Liu, Weicai Zhong, Licheng Jiao 2.674 2007年37卷1052-1064页 是 7 25
16 Feature scaling for kernel fisher discriminant analysis using leave-one-out cross validation /Neural Computation/Liefeng Bo, Ling Wang, Licheng Jiao 2.290 2006年18卷 961-978页 是 20 22
17 Recursive finite Newton algorithm for support vector regression in the primal /Neural Computation/Liefeng Bo, Ling Wang, Licheng Jiao 2.290 2007年19卷 1082-1096页 是 14 21
18 On the convergence of Volterra filter equalizers using a pth-order inverse approach / IEEE Transactions on Signal Processing /Yangwang Fang, Licheng Jiao, Xianda Zhang, J Pan 2.631 2001年49卷 1734-1744页 是 8 17
19 Moving block sequence and organizational evolutionary algorithm for general floorplanning with arbitrarily shaped rectilinear blocks / IEEE Transactions on Evolutionary Computation/Jing Liu, Weicai Zhong, Licheng Jiao, Xue Li 4.371 2008年12卷 630-646页 是 2 12
20 Modeling contextual modulation in the primary visual cortex /Neural Networks/Wentao Huang, Licheng Jiao, Jian Jia 1.955 2008年21卷 1182-1196页 是 8 10
合 计 800 6388
已授权的10项国家发明专利如下：
[1] 焦李成，刘帆，杨淑媛，刘芳，王爽，侯彪，马文萍. 基于半监督学习的多尺度SAR图像分割方法.专利号：ZL200910021821.2，申请时间：2009-04-02，授权时间：2010-12-29
[2] 焦李成，王爽，梁建华，侯彪，刘芳，公茂果，夏玉. 基于免疫克隆选择聚类的图像分割方法. 专利号：ZL200810017834.8，申请时间：2008-3-28，授权时间：2011-03-09
[3] 焦李成，张向荣，缑丽敏，周斯斯，王爽，侯彪，马文萍，李阳阳，尚荣华. 基于核标度切维数约简的合成孔径雷达图像目标识别方法.专利号：201010013574.4，申请时间：2010-01-08，授权时间
[4] 刘芳，郝红侠，焦李成，陈蓉伟，侯 彪，王爽，钟桦，缑水平. 基于增强空域-变换域统计模型的纹理图像分割方法.专利号：ZL200910023362.1，授权时间：2012-09-24
[5] 公茂果，焦李成，马萌，刘芳，李阳阳，王爽，张向荣，金晓慧. 基于全局流形原型聚类算法与分水岭算法的图像分割方法. 专利号：ZL200910219449.6，申请时间：2009-12-11，授权时间：2011-08-24
[6] 张莉，周伟达，刁丹丹，王晓东，焦李成，马文萍，公茂果. 基于混合核函数的SVM分类器的SAR图像分类方法. 专利号：200810232209.5，申请时间：2008-11-10
[7] 刘芳，公茂果，高宜楠，焦李成，马文萍，张康，王爽，侯彪，周伟达. 基于新颖发现和窗函数的分类融合入侵检测方法. 专利号：ZL200910023169.8，申请时间：2009-07-02，授权时间：2012-04-06
[8] 公茂果，焦李成，张康，刘芳，马文萍，高宜楠，王爽，侯彪，马晶晶. 基于危险理论和NSA的主机入侵检测系统及检测方法.专利号：200910023184.2，申请时间：2009-07-02，授权时间：2012-04-06
[9] 张莉，郑小皇，王婷，冯饶，焦李成. 基于可变界支撑向量机的重要信息获取方法. 专利号：200910219450.9，申请时间：2009-12-11，授权时间：2011-07-05
[10]公茂果，焦李成，刘超，王爽，李阳阳，马文萍，尚荣华，王桂婷，程刚. 多目标免疫优化组播路由路径选择方法. 专利号：201010013724.1，申请时间：2010-01-15，授权时间：2012-01-13 |
