东北大学学报（自然科学版）

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H ∞

滑模控制

杨冬梅, 杜玲秀, 祝春霞

2024, 45 (2): 153-159. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.001

摘要 ( 478 )

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PDF(806KB) ( 69 )

研究了一类转移速率部分未知的广义时滞Markov跳变系统的 $H ∞$ 滑模控制问题.首先，对广义时滞Markov跳变系统设计了积分型滑模面，并求出对应的等效控制器.之后，构建Lyapunov泛函，通过线性矩阵不等式方法得到闭环系统随机容许且满足 $H ∞$ 性能 $γ$ 的充分条件，运用加减项方法以及引入自由权矩阵，使得到的结果降低了保守性；对滑模力学分析，设计了滑模控制器，使得系统能在有限时间内到达滑模面上.最后，通过数值算例与仿真验证了理论的可行性.

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基于贡献度和数据有效性检验的共识机制

时小虎, 姚鑫, 孙延风, 马德印

2024, 45 (2): 160-169. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.002

摘要 ( 342 )

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PDF(1212KB) ( 193 )

将区块链技术引入到分布式数据维护系统，旨在解决基于传统中心化数据库的分布式系统存在的数据维护不透明、数据易被篡改、历史记录不可追溯等问题，提出一种基于贡献度和数据有效性检验的共识机制.该算法提出一种贡献度优先的随机可验证领导者选举机制，保证记账权分配的随机性及可验证性.进一步引入密度峰值算法对交易数据有效性进行校验，对打包区块的正确性达成共识.最后将所提出的共识机制应用于梅花鹿分布式养殖场场景，结果验证了密度峰值算法在交易数据有效性检测任务中的准确性和高效性.出块时延分析和安全性分析表明，所提出的共识机制能够满足数据有效性验证的实时性需求，能耗较小，具有很强的灾备能力.

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扫描速度对激光熔覆Fe-Al合金熔覆层组织及性能的影响

姚文博, 刘忱, 商硕, 刘常升

2024, 45 (2): 170-178. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.003

摘要 ( 448 )

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PDF(7625KB) ( 144 )

为提高工程用高强钢的耐蚀性并降低使用材料成本，采用光纤激光器在Q960E高强钢表面以同轴送粉工艺制备Fe-Al合金熔覆层，研究不同扫描速度对组织及耐蚀性的影响.结果表明，熔覆层的晶粒形态与元素分布及含量都受到扫描速度的影响.物相主要由DO₃结构的Fe₃Al相和B₂结构的FeAl相以共晶形式组成.熔覆层的硬度随扫描速度增加受晶粒细化的影响逐渐提高.3种扫描速度下的熔覆层自腐蚀电位随扫描速度增加先上升后下降，自腐蚀电流密度先减小后增大，经过极化后的熔覆层表面点蚀坑随扫描速度的增加先由深变浅，后点蚀坑面积扩大.

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AZ31镁合金薄板热油恒温成形数值模拟与实验研究

余犇, 王冬晓, 刘禹, 李建平

2024, 45 (2): 179-186. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.004

摘要 ( 378 )

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PDF(5933KB) ( 76 )

利用有限元模拟和成形实验相结合的方式，研究AZ31镁合金的成形性能，基于Dynaform模拟软件和热油恒温成形设备，探究出一种适合镁合金的热成形工艺，并对成形件显微组织进行分析.研究表明，通过调整薄板尺寸、模具R角、压边力及摩擦系数等工艺参数，以降低成形件的底部减薄率，减少破裂倾向，提高镁合金的成形性能；成形温度为200 ℃，模具R角为16 mm，薄板直径为80 mm，并调整合适压边力和摩擦系数，可获得最佳的工艺窗口；靠近成形件底部，晶粒及第二相尺寸逐渐减小并趋于均匀化.

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钢铁冶金废渣活化过硫酸盐降解丁基黄药

李美杭, 苗思雨, 张巍巍, 胡恩柱

2024, 45 (2): 187-192. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.005

摘要 ( 437 )

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PDF(915KB) ( 59 )

以钢铁冶金废渣（钢渣、含钛高炉渣、提钒尾渣）活化过硫酸盐降解水中的丁基黄药.分析了废渣种类与用量、过硫酸盐浓度、初始pH等因素对丁基黄药降解效能的影响，采用双因素方差分析揭示了不同因素之间的交互特征.结果表明丁基黄药的降解率随废渣用量和过硫酸盐浓度增加而增大.在废渣用量1 g/L，过硫酸盐浓度为0.5 mmol/L，反应时间96 h时，钢渣、含钛高炉渣、提钒尾渣活化过硫酸钠对丁基黄药的降解率分别可达96.47%，97.70%和95.12%.三种废渣活化效能分别在碱性、近中性和酸性条件下达到最优.其中钢渣活化以非自由基（¹O₂）和SO₄·^-，HO·共同作用；含钛高炉渣以¹O₂为主，伴随着HO·的产生；提钒尾渣则仅以¹O₂为主.

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铁酸钙与TiO₂的扩散反应特征

曹晓舟, 邵胜琦, 岳宏瑞

2024, 45 (2): 193-200. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.006

摘要 ( 398 )

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PDF(5287KB) ( 54 )

钒钛磁铁矿烧结过程中，TiO₂会与Fe₂O₃竞争CaO，抑制铁酸钙（C _x F）的形成，进而影响烧结矿品质.通过制备C _x F/TiO₂扩散偶的方法，直观地研究CaO-Fe₂O₃-TiO₂体系的扩散反应.运用电子探针和X射线衍射分析仪等手段对反应界面不同位置处的生成物进行分析和表征，研究了在扩散温度为900~1 050 ℃，时间为1~4 h的条件下C _x F与TiO₂界面的反应特征；分析了温度及时间对生成相的种类、分布及形貌特征的影响.结果表明，从C _x F一侧到TiO₂一侧，主要的物相有C _x F，CF，Fe₂O₃，CaTiO₃，TiO₂，其中钙钛矿（CaTiO₃）是主要的生成产物.随温度从900 ℃升高至1 050 ℃，CaTiO₃的厚度从8.1 μm增大至90.2 μm；随时间从1 h延长至4 h，CaTiO₃的厚度从47.4 μm增大至121.4 μm.同时，CaTiO₃的扩散厚度与扩散时间的平方根呈良好的线性关系，这表明CaTiO₃的生成受扩散过程控制.进一步地，使用空位扩散机理解释了CaTiO₃在CaO-Fe₂O₃-TiO₂体系的生成过程.

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石墨添加剂对磁流变脂流变特性的影响

董继强, 叶绪丹, 毛润松, 王炅

2024, 45 (2): 201-208. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.007

摘要 ( 389 )

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PDF(1691KB) ( 83 )

为了研究石墨添加剂对磁流变脂流变特性的影响，采用润滑脂为基体，制备了石墨粉末质量分数为0%，2%，5%，8%，10%的石墨磁流变脂（graphite magnetorheological grease，GMRG）.使用安东帕流变仪测量了5种材料在稳态剪切模式和振荡剪切模式下的流变特性，并对石墨添加剂质量分数对磁流变脂屈服应力和黏弹性的影响进行了研究.结果表明，对比未添加石墨的磁流变脂，石墨质量分数分别为2%，5%，8%和10%的磁流变脂可以在加载电流为3 A时获得更高的屈服应力，并且屈服应力分别提升了40.49%，54.12%，81.48%和147.48%.此外，石墨添加剂质量分数越大，石墨磁流变脂的黏弹性特征就越明显，但获得的相对磁流变效应越小.研究还发现石墨质量分数的变化对石墨磁流变脂的线性黏弹区间影响不大.

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基于模糊增益滑模四旋翼无人机自适应容错控制

任朝晖, 刘玉麟, 姜泽宇, 陈翔宇

2024, 45 (2): 209-216. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.008

摘要 ( 642 )

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PDF(1555KB) ( 114 )

针对四旋翼无人机执行器故障下的轨迹跟踪问题，提出一种基于模糊增益滑模的自适应容错控制方法.首先，针对直接控制通道利用自适应机构在线估计执行器故障并加以补偿，采用基于模糊增益的滑模控制器设计可调控制器以满足鲁棒性要求.针对间接驱动通道设计基于模糊增益的滑模控制器，从而实现无人机全通道的容错控制设计，该方法具有良好的容错能力的同时，能很好地抑制系统颤振，获得平滑的控制信号.最后，对四旋翼无人机在不同控制器下的轨迹追踪性能进行了对比仿真，结果表明，系统在故障以及扰动下具有良好的飞行性能.

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模糊整定PI参数的双柔性机械臂振动抑制

李小彭, 周赛男, 刘佳琪, 尹猛

2024, 45 (2): 217-225. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.009

摘要 ( 517 )

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PDF(4927KB) ( 102 )

机械臂伺服驱动系统中柔性因素的存在易导致机械臂输出转速波动，甚至引发系统谐振.为抑制系统转速波动，使机械臂传动系统性能稳定，使用模糊理论整定PI控制器参数的控制策略.根据假设模态法和拉格朗日动力学方程建立了考虑LuGre摩擦模型的双柔性机械臂传动系统动力学方程，并分析了动力学方程中耦合非线性项对系统传动特性的影响.使用极点配置策略确定PI控制器参数的取值范围，后根据模糊规则实时调整控制器参数，以减小伺服系统输出转速的波动，进而抑制系统谐振.最后，借助数值仿真分析和机械臂控制实验，与传统PI控制策略对比，发现本文所述控制策略可使电机端转角跟踪误差绝对值的平均值降低43.066%，柔性负载转角误差的标准差降低46.506%，更加验证了所提模糊规则整定PI控制器参数抑振方法的有效性.

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基于改进阿林斯法的数控机床子系统可靠性分配

黄贤振, 孙超, 赵成英, 刘洋

2024, 45 (2): 226-233. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.010

摘要 ( 542 )

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PDF(1140KB) ( 94 )

根据采集到的某国产数控机床的故障信息进行分析整理并进行子系统划分，结合数控机床相关性模型改进可靠性分配方法进行目标值分配.应用层次分析法建立影响因素隶属度集，采取DEMATEL决策实验室分析法确定故障相关数据的中心度影响因素，结合维修性、维修时间、故障停时、故障次数及复杂度确定隶属度函数集，对于各影响因素的权重的确定采用熵权法，进而计算出数控机床的可靠性分配因子.将影响度因素引入阿林斯分配法进行改进，使改进后的方法适用于各子系统串联且存在故障相关性的系统.数值算例表明，相较于传统阿林斯法，本文方法能够减少子系统对故障时间的要求.同时，为验证本文分配结果的合理性，采用蒙特卡洛仿真法以分配结果为基础对目标机床整机进行可靠性预计，计算结果证明了方法的可行性.

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基于现场监测与数值模拟结合的采动诱发围岩失稳与地表沉降研究

王雨萌, 关凯, 朱万成, 刘洪磊

2024, 45 (2): 234-243. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.011

摘要 ( 641 )

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PDF(3041KB) ( 166 )

基于3Dmine与无人机倾斜摄影技术建立集成真实地表地貌、矿体及巷道的三维地质模型，结合Rhino6-FLAC^3D建立矿体回采数值计算模型，对浅部岩层移动和地表变形的影响进行模拟分析，结合InSAR地表变形监测数据对模拟结果的有效性进行对比验证。结果表明：模拟结果与InSAR地表变形监测数据具有较好的一致性，表明基于多手段的数值建模计算与现场监测数据相结合的分析方法的有效性；对空场采矿法残留的采空区采用废石充填能够在有效控制空区围岩塑性区发展基础上维持充填体稳定性；矿区深部矿体的回采与充填可能对浅部已充填采场围岩的稳定性产生一定影响，浅部已充填采场受扰动严重程度与深部作业区域距离呈负相关；由InSAR监测数据和数值模拟结果可知，深部矿体回采扰动和浅部空区二次破坏对地表沉降影响较小.

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基于D-S证据理论的岩爆预测方法研究

高永涛, 朱强, 吴顺川, 王勇兵

2024, 45 (2): 244-251. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.012

摘要 ( 496 )

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PDF(1867KB) ( 49 )

为了有效预测岩爆，提出基于D-S证据理论的岩爆预测方法.首先，选取与岩爆发生相关的6个指标因素作为证据体，并通过模糊物元框架和正态型隶属度函数构建证据体的基本概率分配.然后，利用K均值将证据体分类，并提出簇内证据用传统方式融合而簇间证据用权重方式融合的组合融合规则，以减轻高冲突证据融合的不利影响.最后，将模型应用在秦岭终南山公路隧道2号竖井工程，且与经验方法对比.为了分析预测过程的不确定性和估计岩爆发生概率，采用蒙特卡洛模拟进行抽样仿真，并通过Spearman秩相关系数衡量输入指标的全局敏感性.研究结果表明：输入指标在不同的岩爆案例的影响程度差异较大且方向不同；5个岩爆案例的发生概率在40.8%~70.1%之间.该模型表现出优异的预测分类性能，可为深埋地下工程岩爆预测提供参考.

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生物礁对海平面变化的响应

张永利, 谷悦, 巩恩普, 赖冠明

2024, 45 (2): 252-261. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.013

摘要 ( 497 )

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PDF(2554KB) ( 74 )

晚古生代冰期是地质历史时期一个重要事件，由晚古生代冰期引起的海平面变化对该时期的生物礁系统产生深远影响.主要讨论了晚古生代冰期背景下生物礁对海平面变化的响应.生物礁随海平面变化表现为三种生长模式，即“放弃”“跟随”和“追赶”.以黔南地区格舍尔期大型珊瑚礁为例对黔南地区海平面变化幅度进行计算，认为黔南地区格舍尔期海平面上升（60±5） m，主要由冰川作用引起.根据扁平村珊瑚礁对格舍尔期黔南地区海平面变化幅度计算的误差来源主要为基底沉降以及古水深估算不精确.造礁珊瑚Fomitchevella的形态以及快速生长的特点揭示了黔南地区格舍尔期气候温暖、海平面上升且海侵快速的古环境条件.扁平村珊瑚礁的发育反映了全球气候变化和相关的海平面波动与冰期有关.

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某金矿氰化尾渣氧化焙烧无害化处置及机理研究

宋岩, 赵冰, 李艳军, 赵羚伯

2024, 45 (2): 262-269. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.014

摘要 ( 525 )

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针对某金矿氰化尾渣络合氰化物占比极高的特点，采用氧化焙烧工艺处理氰化尾渣.试验结果表明，将氰化尾渣样品在焙烧温度550 ℃，焙烧时间30 min，O₂体积分数20%，总气量600 mL/min条件下进行氧化焙烧试验，可将氰化尾渣中的总氰化物含量降至检出限0.04 mg/kg以下，同时硫元素保留率达到82.22%.针对相应的铁氰络合物K₄Fe（CN）₆进行热重分析，结果表明K₄Fe（CN）₆首先被氧化为KCNO，进而氧化为K₂CO₃，两阶段均伴随有CO₂，CO，NO₂，NO等气态产物生成，且第一阶段伴随有副反应发生.该工艺不仅可以将氰化尾渣中的氰化物特别是络合氰化物有效分解，同时可保证尾渣中硫元素不易被氧化，大幅减少后续烟气脱硫成本，具有广泛的应用前景.

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基于壳聚糖的复合抑菌空气滤料制备与评估

柳静献, 赵琪

2024, 45 (2): 270-275. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.015

摘要 ( 397 )

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PDF(1381KB) ( 51 )

由于新冠疫情的暴发，人们对于室内空气质量有了更高的要求.探索既能过滤细微颗粒物，还能抑制和消杀微生物细菌、防止二次污染的过滤材料具有重要意义.以质量分数为1%的聚四氟乙烯（PTFE）乳液配制出不同壳聚糖质量浓度的浸渍液，利用直接浸渍后处理工艺制备出壳聚糖/涤纶/聚四氟乙烯复合抑菌空气滤料.利用大肠杆菌为实验菌落验证其抑菌性能，并对其织物特性、捕集效率及压差特性进行了研究.结果表明，壳聚糖质量浓度为12.5 mg/mL时复合滤料初始阻力最小，对PM_2.5粒子捕集效率达到93.88%，品质因子为0.020 13，分别比原始滤料提高19.56%，0.004 4，且对大肠杆菌的抑菌率为84.12%.综上所述，壳聚糖质量浓度为12.5 mg/mL，PTFE乳液质量分数为1%的浸渍液制备的壳聚糖/涤纶/聚四氟乙烯复合抑菌空气滤料兼具良好的过滤能力与抑菌效果.

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连通设备粉尘爆炸泄压面积确定方法

李刚, 周雷, 张晓宇, 张凯

2024, 45 (2): 276-281. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.016

摘要 ( 240 )

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PDF(1448KB) ( 125 )

国内外相关标准提供了单体设备的泄压面积计算方法，但连通设备的准则尚属空白.通过FLACS数值模拟，以玉米淀粉为爆炸介质，探究了连通设备内的泄爆压力和压力上升速率.结果表明：当管道长度一定时，传爆容器内最大泄爆压力随泄压面积增加而降低；在设置相同泄压面积时，传爆容器内的最大泄爆压力随管道长度的增长而增大，且达到最大泄爆压力的时间也随之延后；传爆容器所需最小安全泄压面积大于同等大小单体设备的泄压面积，说明现有单体设备的泄压面积计算方法对于连通设备不适用.通过数值拟合，对标准中单体设备的泄压面积计算公式进行修正，使其满足连通设备安全泄压要求. 研究结果为连通系统的防爆设计提供参考和依据.

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区间粗糙数群组G1法的随机聚合求解及应用

梁媛媛, 刘军, 易平涛, 李伟伟

2024, 45 (2): 282-288. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.017

摘要 ( 471 )

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PDF(700KB) ( 71 )

针对复杂不确定环境下的群体评价问题，采用区间粗糙数表征专家偏好，在G1法的基础上，结合蒙特卡洛仿真技术，提出了一种随机模拟聚合算法.首先，通过随机抽样的方式模拟权重系数，并依据序相关性和区间粗糙数贴近度确定专家权重.其次，综合所有专家意见得到指标的最终权重，并将其与预处理后的指标值线性集结，求得一次模拟的综合评价值，据此判断被评价对象间的优劣.通过充分模拟得出优胜度矩阵，并从中推导出包含优胜概率的可能性排序，弥补了不确定信息环境下绝对排序呈现的不足.最后，通过算例说明了方法的有效性，并与现有方法对比阐述了所提方法的优势.

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双重资金约束下考虑碳配额交易的供应链融资决策

李丽君, 杨春雨, 程富

2024, 45 (2): 289-295. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.018

摘要 ( 408 )

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构建由生产和减排双重资金约束的制造商和零售商组成的低碳供应链系统，针对银行借贷和提前支付两种融资模式，探究碳配额交易下制造商的融资决策问题，并分析了碳减排成本系数和碳交易价格对融资决策和供应链成员利润的影响.研究发现：当提前支付利率等于银行借贷利率时，无论是否考虑碳配额交易，提前支付融资总会给制造商带来较大利润，因此，提前支付是制造商的最优融资选择.当融资利率不等时，制造商融资方式会受到碳配额交易和碳减排成本系数的影响.碳减排成本系数增大时，融资规模、供应链成员利润均降低，而碳交易价格提高时，融资规模、制造商利润均增加.另外，碳配额交易会增加制造商利润，但会损害零售商利润.

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一种多车辆协同多植保无人机作业路径规划方法

徐金华, 汪飞, 韩飞, 李岩

2024, 45 (2): 296-304. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.019

摘要 ( 410 )

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PDF(1273KB) ( 219 )

在植保作业中多车辆协同多无人机能突破续航等限制，可大幅提高作业效率.针对多车辆-多植保无人机作业路径规划求解难度大等问题，建立一种多车辆协同多植保无人机路径优化模型，并以无人机最大作业时间最小化为优化目标.同时，提出改进的simulated annealing‐Lin Kernighan Helsgaun （SA-LKH）算法求解该模型.所提算法融合K-均值聚类法和凸包插入法生成初始解，利用LKH算法优化每组无人机和车辆路径.此外，构建有向扰动算子，通过扰动每次迭代过程中作业时间最大和最小的路径来实现算法的快速收敛.5种不同规模算例的结果表明，所提算法在求解质量和效率上均优于对比算法.

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