本發(fā)明材料領(lǐng)域數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著二維材料的理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)制備技術(shù)的不短突破，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)層狀材料的厚度逐漸減薄到極限時(shí)，其性質(zhì)與塊體材料完全不同。這些二維納米材料展現(xiàn)出與三維材料迥異的物化性質(zhì)，如電子在兩個(gè)維度上的限域現(xiàn)象非常明顯。利用這些獨(dú)特的光、電、磁特性，二維納米材料已經(jīng)在生物制藥、航空航天、能量存儲(chǔ)、芯片制造和量子計(jì)算等領(lǐng)域初步應(yīng)用，并展示出廣泛的應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。

2、摻雜二維納米材料是指通過(guò)摻雜技術(shù)引入不同的原子或分子來(lái)改變二維納米材料的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性質(zhì)的調(diào)控。相比于其他缺陷工程技術(shù)，例如材料邊界、線缺陷、空位、吸附等，摻雜技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料性質(zhì)的精確調(diào)控，通過(guò)選擇特定的摻雜元素，可以精確地調(diào)整材料的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、磁性等。其次，摻雜技術(shù)可以適用于幾乎所有的二維材料，并且可以通過(guò)選擇不同的摻雜元素實(shí)現(xiàn)多樣化的性能調(diào)控。同時(shí)，摻雜原子通常會(huì)更牢固地嵌入材料晶格中，提高了材料的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。然而，由于摻雜過(guò)程的復(fù)雜性和二維納米材料的特殊性質(zhì)，傳統(tǒng)的材料實(shí)驗(yàn)研究往往面臨困難和限制，想要制備和測(cè)試不同種類(lèi)、不同層數(shù)以及不同規(guī)模的摻雜二維材料就需要設(shè)計(jì)不同的方案。整個(gè)過(guò)程需要投入大量資源且效率低下，對(duì)于化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的二維材料而言，人工操作極易引發(fā)事故。

3、磁性是摻雜二維納米材料的一個(gè)重要性質(zhì)，近年來(lái)，二維磁性材料因其潛在的應(yīng)用價(jià)值在自旋電子學(xué)、磁性催化劑、磁存儲(chǔ)器件、傳感器和量子計(jì)算等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。為了深入理解摻雜二維納米材料的磁性行為，磁性預(yù)測(cè)研究成為了一種重要的手段。磁性預(yù)測(cè)研究的意義在于通過(guò)理論模擬和計(jì)算，預(yù)測(cè)摻雜后二維納米材料的磁性行為，從而為實(shí)驗(yàn)研究提供指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。但是由于摻雜過(guò)程的復(fù)雜性，使用傳統(tǒng)技術(shù)想要制備和測(cè)試不同種類(lèi)、不同層數(shù)以及不同規(guī)模的摻雜二維材料就需要設(shè)計(jì)不同的方案，整個(gè)過(guò)程需要投入大量資源且效率低下，對(duì)于一些化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的二維材料而言，人工操作極易引發(fā)事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，基于摻雜二維納米材料的公開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了可以用于深度學(xué)習(xí)的圖像數(shù)據(jù)集，然后在resnet模型進(jìn)行了改進(jìn)研究，引入了swin-transformer模塊，提出了swin-resnet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)與resnet、res2net、resnext、swin-transformer等多種深度學(xué)習(xí)模型在摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方面進(jìn)行了對(duì)比研究，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的模型在磁性預(yù)測(cè)方面取得了顯著的結(jié)果，最佳a(bǔ)cc達(dá)到了0.9。

2、具體的，本發(fā)明提供了一種基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，包括：

3、構(gòu)建摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)；

4、從所述圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中選取主體元素為as的摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)集，并對(duì)選取的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)；

5、將增強(qiáng)后的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)注，以識(shí)別出不同的摻雜二維納米材料對(duì)應(yīng)的磁性；

6、采用標(biāo)注后的圖像數(shù)據(jù)集訓(xùn)練swin-resnet模型，其中，所述swin-resnet模型以resnet50為骨干網(wǎng)絡(luò)，并將其中bottleneck中的conv?3*3模塊替換為swint模塊；

7、將待預(yù)測(cè)的摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的swin-resnet模型中，實(shí)現(xiàn)材料磁性的預(yù)測(cè)。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述構(gòu)建摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，具體包括：

9、從材料數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取最新的摻雜二維納米材料的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；

10、利用圖像處理工具處理所獲取的摻雜二維納米材料的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，生成圖像，構(gòu)建摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，通過(guò)提取所述材料數(shù)據(jù)庫(kù)中的磁矩?cái)?shù)據(jù)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)注。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法包括：橫向翻轉(zhuǎn)加強(qiáng)、豎向加強(qiáng)、鏡像對(duì)稱(chēng)加強(qiáng)、仿射改變、旋轉(zhuǎn)、高斯加噪聲、對(duì)比度改變、尺度轉(zhuǎn)換和平移。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，所述swint模塊采用reshape來(lái)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)維度，同時(shí)，將layernorm后移，將其設(shè)置在window?attention、mlp、shitwindow?attention后面，并在swint模塊處理完成后使用conv2d卷積將其處理為二維數(shù)據(jù)。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，在模型訓(xùn)練過(guò)程中，參數(shù)設(shè)置如下：訓(xùn)練輪次采用1000，學(xué)習(xí)率為0.01，優(yōu)化器采用sgd、momentum和rmsprop，損失函數(shù)采用crossentropyloss，batch_size為64。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

16、本發(fā)明基于摻雜二維納米材料的公開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了可以用于深度學(xué)習(xí)的圖像數(shù)據(jù)集，并對(duì)resnet模型進(jìn)行了改進(jìn)，使其可以更好地預(yù)測(cè)摻雜二維納米材料的磁性，本發(fā)明提供了更好的工具和方法來(lái)探索和預(yù)測(cè)摻雜二維納米材料的磁性特性，在摻雜二維納米材料磁性預(yù)測(cè)方面擁有極大的可行性和應(yīng)用價(jià)值，對(duì)促進(jìn)摻雜二維納米材料磁性的研究有重要意義。

17、本技術(shù)方案的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本技術(shù)方案而了解。本技術(shù)方案的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

18、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本技術(shù)方案的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述構(gòu)建摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，具體包括：

3.如權(quán)利要求2所述的基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)提取所述材料數(shù)據(jù)庫(kù)中的磁矩?cái)?shù)據(jù)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)注。

4.如權(quán)利要求1所述的基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法包括：橫向翻轉(zhuǎn)加強(qiáng)、豎向加強(qiáng)、鏡像對(duì)稱(chēng)加強(qiáng)、仿射改變、旋轉(zhuǎn)、高斯加噪聲、對(duì)比度改變、尺度轉(zhuǎn)換和平移。

5.如權(quán)利要求1所述的基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述swint模塊采用reshape來(lái)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)維度，同時(shí)，將layernorm后移，將其設(shè)置在window?attention、mlp、shitwindow?attention后面，并在swint模塊處理完成后使用conv2d卷積將其處理為二維數(shù)據(jù)。

6.如權(quán)利要求1所述的基于swin-resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在模型訓(xùn)練過(guò)程中，參數(shù)設(shè)置如下：訓(xùn)練輪次采用1000，學(xué)習(xí)率為0.01，優(yōu)化器采用sgd、momentum和rmsprop，損失函數(shù)采用crossentropyloss，batch_size為64。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于Swin?Resnet的摻雜二維納米材料的磁性預(yù)測(cè)方法，包括：構(gòu)建摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)；從圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中選取主體元素為As的摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)集，并對(duì)選取的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)；將增強(qiáng)后的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)注，以識(shí)別出不同的摻雜二維納米材料對(duì)應(yīng)的磁性；采用標(biāo)注后的圖像數(shù)據(jù)集訓(xùn)練Swin?Resnet模型，其中，Swin?Resnet模型以Resnet50為骨干網(wǎng)絡(luò)，并將其中Bottleneck中的conv?3*3模塊替換為SwinT模塊；將待預(yù)測(cè)的摻雜二維納米材料的圖像數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的Swin?Resnet模型中，實(shí)現(xiàn)材料磁性的預(yù)測(cè)。本發(fā)明提供了更好的工具和方法來(lái)探索和預(yù)測(cè)摻雜二維納米材料的磁性特性，在摻雜二維納米材料磁性預(yù)測(cè)方面擁有極大的可行性和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：張崳,周春天,梁鳳鳳,劉光潔,朱金龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2