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2025深度学习发论文&模型涨点之——特征提取

《Nature Communications》发表了一篇名为《TOPS-speed complex-valued convolutional accelerator for feature extraction and inference》的论文。介绍了一种万亿次速率的复值光子卷积加速器（CVOCA），它能够高效地处理复值数据并进行特征提取。

特征提取（Feature Extraction）作为机器学习与数据挖掘的核心预处理步骤，在降维、模式识别和可解释性研究中发挥着关键作用。随着高维数据在生物信息学、计算机视觉、自然语言处理等领域的广泛应用，传统的手工特征工程已难以应对复杂的数据结构，而基于深度学习的自动特征提取方法（如自编码器、卷积神经网络和Transformer）逐渐成为研究热点。然而，如何平衡特征的判别性、鲁棒性和可解释性，仍是当前研究的核心挑战。

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论文精选

论文1：

[Nature子刊] TOPS-speed complex-valued convolutional accelerator for feature extraction and inference

TOPS 速度的复值卷积加速器用于特征提取和推理

方法

复值卷积加速器（CVOCA）：提出了一种复值光学卷积加速器，能够处理高维、超快速的波或复值数据流的特征提取。

合成波长方法：提出了一种“合成波长”方法，用于在稳定和非相干的方式中构建复值权重 W，通过微梳源的光谱合成实现。

复值电光调制器（CVEOM）：设计了一种复值电光调制器，用于对复值输入数据和卷积核权重进行电光调制。

时间-波长交织：通过时间-波长交织技术，实现了复值输入数据和权重的快速卷积运算，计算速度超过 2 Tera 操作每秒（TOPS）。

创新点

计算速度提升：实现了超过 2 TOPS 的计算速度，比之前的光子卷积加速器快 3 倍以上，能够处理约 1370 万张 100×100 的 SAR 图像每秒。

复值数据处理能力：首次实现了对复值合成孔径雷达（SAR）图像的特征提取，这些图像比光学神经网络之前处理的数据更为复杂。实验测试 500 张图像的识别准确率达到 83.8%，接近计算机模拟结果。

硬件效率优化：通过直接处理复值数据，避免了将复值卷积分解为四个实值卷积的复杂过程，降低了系统的复杂性和功耗。

实际应用验证：不仅在手写数字识别任务中验证了 CVOCA 的性能，还在 SAR 图像识别任务中展示了其处理复杂复值数据的能力，证明了其在实际应用中的潜力，如地球观测和遥感领域。

论文2：

LEFormer: A Hybrid CNN-Transformer Architecture for Accurate Lake Extraction from Remote Sensing Imagery

LEFormer：一种用于从遥感影像中准确提取湖泊的混合CNN-Transformer架构

方法

CNN编码器：设计了一个基于深度可分离卷积和多尺度空间通道注意力（MSCA）的CNN编码器，用于提取精确的局部空间信息。

Transformer编码器：提出了一种轻量级的Transformer编码器，通过有效自注意力（Efficient Self-Attention）和重叠Patch嵌入来捕获长距离依赖关系和全局上下文信息。

交叉编码器融合模块：设计了一个轻量级的交叉编码器融合模块，将CNN编码器提取的局部特征和Transformer编码器提取的全局特征进行融合，以改善掩膜预测。

轻量级解码器：使用SegFormer中的轻量级解码器，将融合后的特征图转换为最终的分割掩膜。

创新点

性能提升：在Surface Water数据集上达到了90.86%的mIoU，在Qinghai-Tibet Plateau Lake数据集上达到了97.42%的mIoU，参数量仅为3.61M，比之前的最佳湖泊提取方法小20倍。

混合架构优势：结合CNN的局部特征提取能力和Transformer的全局特征捕获能力，实现了高精度和低计算成本的统一。

轻量级设计：通过轻量级的Transformer编码器和交叉编码器融合模块，显著降低了模型的参数量和计算量，提高了模型的效率。

多尺度特征融合：通过MSCA模块和交叉编码器融合模块，有效地融合了多尺度特征，提升了对复杂湖泊形状的分割精度。

论文3：

Progressive Classifier and Feature Extractor Adaptation for Unsupervised Domain Adaptation on Point Clouds

点云无监督域适应的渐进式分类器和特征提取器适应

方法

渐进目标风格特征增强（PTFA）：提出了一种新的渐进目标风格特征增强策略，通过构建一系列中间域，使模型逐步适应目标域。

中间域特征提取器适应（IDFA）：开发了一种中间域特征提取器适应策略，通过紧凑的特征对齐来鼓励目标风格的特征提取。

分类器适应：通过PTFA策略，使分类器逐步适应目标风格的源特征，从而提高分类器的适应能力。

特征提取器适应：通过IDFA策略，使特征提取器逐步对齐到中间域的分布，从而提高特征提取的准确性。

创新点

性能提升：在PointDA-10数据集上，平均识别准确率达到了76.5%，比之前的最佳方法DAS提高了2.9%；在GraspNetPC-10数据集上，平均识别准确率达到了87.6%，比之前的最佳方法DAS提高了1.9%。

渐进适应策略：通过逐步构建中间域，使模型能够逐步适应目标域，避免了直接跨大域差距适应带来的问题。

特征提取器和分类器的深度耦合：PTFA和IDFA策略相互促进，PTFA为IDFA提供了更准确的分布估计，而IDFA为PTFA提供了更紧凑的特征对齐，从而提高了整体适应性能。

样本独特性考虑：首次在3D UDA中考虑样本的独特性，通过选择部分源

和目标样本构建中间域，提高了模型对目标域的适应能力。