STM32智能医疗监测系统教程

news2024/12/29 9:44:08

目录

  1. 引言
  2. 环境准备
  3. 智能医疗监测系统基础
  4. 代码实现：实现智能医疗监测系统 4.1 数据采集模块 4.2 数据处理与控制模块 4.3 通信与网络系统实现 4.4 用户界面与数据可视化
  5. 应用场景：医疗监测与管理
  6. 问题解决方案与优化
  7. 收尾与总结

1. 引言

智能医疗监测系统通过STM32嵌入式系统结合各种传感器、执行器和通信模块，实现对医疗数据的实时监控、自动处理和数据传输。本文将详细介绍如何在STM32系统中实现一个智能医疗监测系统，包括环境准备、系统架构、代码实现、应用场景及问题解决方案和优化方法。

2. 环境准备

硬件准备

  1. 开发板：STM32F4系列或STM32H7系列开发板
  2. 调试器：ST-LINK V2或板载调试器
  3. 传感器：如心率传感器、血氧传感器、体温传感器、血压传感器等
  4. 执行器：如报警器、震动马达
  5. 通信模块：如Wi-Fi模块、蓝牙模块
  6. 显示屏：如OLED显示屏
  7. 按键或旋钮：用于用户输入和设置
  8. 电源：电源适配器

软件准备

  1. 集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE或Keil MDK
  2. 调试工具：STM32 ST-LINK Utility或GDB
  3. 库和中间件：STM32 HAL库和FreeRTOS

安装步骤

  1. 下载并安装STM32CubeMX
  2. 下载并安装STM32CubeIDE
  3. 配置STM32CubeMX项目并生成STM32CubeIDE项目
  4. 安装必要的库和驱动程序

3. 智能医疗监测系统基础

控制系统架构

智能医疗监测系统由以下部分组成：

  1. 数据采集模块：用于采集心率、血氧、体温、血压等数据
  2. 数据处理与控制模块：对采集的数据进行处理和分析，生成控制信号
  3. 通信与网络系统：实现医疗数据与服务器或其他设备的通信
  4. 显示系统：用于显示系统状态和医疗数据
  5. 用户输入系统：通过按键或旋钮进行设置和调整

功能描述

通过各种传感器采集医疗数据，并实时显示在OLED显示屏上。系统通过数据处理和网络通信，实现对医疗数据的监测和管理。用户可以通过按键或旋钮进行设置，并通过显示屏查看当前状态。

4. 代码实现：实现智能医疗监测系统

4.1 数据采集模块

配置心率传感器

使用STM32CubeMX配置ADC接口：

  1. 打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
  2. 在图形化界面中，找到需要配置的ADC引脚，设置为输入模式。
  3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void ADC_Init(void) {
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);
}

uint32_t Read_Heart_Rate(void) {
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();

    uint32_t heart_rate;

    while (1) {
        heart_rate = Read_Heart_Rate();
        HAL_Delay(1000);
    }
}
配置血氧传感器

使用STM32CubeMX配置I2C接口：

  1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
  2. 在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C模式。
  3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "spo2_sensor.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void I2C1_Init(void) {
    hi2c1.Instance = I2C1;
    hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
    hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    HAL_I2C_Init(&hi2c1);
}

void Read_SpO2(float* spo2, float* heart_rate) {
    SPO2_ReadAll(spo2, heart_rate);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    I2C1_Init();
    SPO2_Init();

    float spo2, heart_rate;

    while (1) {
        Read_SpO2(&spo2, &heart_rate);
        HAL_Delay(1000);
    }
}
配置体温传感器

使用STM32CubeMX配置I2C接口：

  1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
  2. 在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C模式。
  3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "temperature_sensor.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c2;

void I2C2_Init(void) {
    hi2c2.Instance = I2C2;
    hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
    hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
    hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    HAL_I2C_Init(&hi2c2);
}

float Read_Temperature(void) {
    return Temperature_Sensor_Read();
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    I2C2_Init();
    Temperature_Sensor_Init();

    float temperature;

    while (1) {
        temperature = Read_Temperature();
        HAL_Delay(1000);
    }
}
配置血压传感器

使用STM32CubeMX配置SPI接口：

  1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
  2. 在图形化界面中，找到需要配置的SPI引脚，设置为SPI模式。
  3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "spi.h"
#include "blood_pressure_sensor.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SPI1_Init(void) {
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16;
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
    HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

void Read_Blood_Pressure(float* systolic, float* diastolic) {
    Blood_Pressure_ReadAll(systolic, diastolic);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    SPI1_Init();
    Blood_Pressure_Init();

    float systolic, diastolic;

    while (1) {
        Read_Blood_Pressure(&systolic, &diastolic);
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.2 数据处理与控制模块

数据处理模块将传感器数据转换为可用于控制系统的数据，并进行必要的计算和分析。

医疗数据处理算法

实现一个简单的医疗数据处理算法，根据传感器数据控制报警器和震动马达：

#define HEART_RATE_THRESHOLD 100
#define SPO2_THRESHOLD 90
#define TEMP_THRESHOLD 38.0
#define SYSTOLIC_THRESHOLD 140
#define DIASTOLIC_THRESHOLD 90

void Process_Medical_Data(uint32_t heart_rate, float spo2, float temperature, float systolic, float diastolic) {
    if (heart_rate > HEART_RATE_THRESHOLD || spo2 < SPO2_THRESHOLD || temperature > TEMP_THRESHOLD || systolic > SYSTOLIC_THRESHOLD || diastolic > DIASTOLIC_THRESHOLD) {
        // 打开报警器和震动马达
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 报警器
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET); // 震动马达
    } else {
        // 关闭报警器和震动马达
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 报警器
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET); // 震动马达
    }
}

void GPIOB_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    GPIOB_Init();
    ADC_Init();
    I2C1_Init();
    I2C2_Init();
    SPI1_Init();
    SPO2_Init();
    Temperature_Sensor_Init();
    Blood_Pressure_Init();

    uint32_t heart_rate;
    float spo2, temperature, systolic, diastolic;

    while (1) {
        heart_rate = Read_Heart_Rate();
        Read_SpO2(&spo2, &heart_rate);
        temperature = Read_Temperature();
        Read_Blood_Pressure(&systolic, &diastolic);

        Process_Medical_Data(heart_rate, spo2, temperature, systolic, diastolic);

        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.3 通信与网络系统实现

配置Wi-Fi模块

使用STM32CubeMX配置UART接口：

  1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
  2. 在图形化界面中，找到需要配置的UART引脚，设置为UART模式。
  3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "usart.h"
#include "wifi_module.h"

UART_HandleTypeDef huart1;

void UART1_Init(void) {
    huart1.Instance = USART1;
    huart1.Init.BaudRate = 115200;
    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart1);
}

void Send_Medical_Data_To_Server(uint32_t heart_rate, float spo2, float temperature, float systolic, float diastolic) {
    char buffer[128];
    sprintf(buffer, "Heart Rate: %lu, SpO2: %.2f, Temp: %.2f, Systolic: %.2f, Diastolic: %.2f",
            heart_rate, spo2, temperature, systolic, diastolic);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    UART1_Init();
    GPIOB_Init();
    ADC_Init();
    I2C1_Init();
    I2C2_Init();
    SPI1_Init();
    SPO2_Init();
    Temperature_Sensor_Init();
    Blood_Pressure_Init();

    uint32_t heart_rate;
    float spo2, temperature, systolic, diastolic;

    while (1) {
        heart_rate = Read_Heart_Rate();
        Read_SpO2(&spo2, &heart_rate);
        temperature = Read_Temperature();
        Read_Blood_Pressure(&systolic, &diastolic);

        Send_Medical_Data_To_Server(heart_rate, spo2, temperature, systolic, diastolic);

        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.4 用户界面与数据可视化

配置OLED显示屏

使用STM32CubeMX配置I2C接口：

  1. 打打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
  2. 在图形化界面中，找到需要配置的I2C引脚，设置为I2C模式。
  3. 生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

代码实现：

首先，初始化OLED显示屏：

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "oled.h"

void Display_Init(void) {
    OLED_Init();
}

然后实现数据展示函数，将医疗数据展示在OLED屏幕上：

void Display_Data(uint32_t heart_rate, float spo2, float temperature, float systolic, float diastolic) {
    char buffer[32];
    sprintf(buffer, "Heart Rate: %lu", heart_rate);
    OLED_ShowString(0, 0, buffer);
    sprintf(buffer, "SpO2: %.2f", spo2);
    OLED_ShowString(0, 1, buffer);
    sprintf(buffer, "Temp: %.2f", temperature);
    OLED_ShowString(0, 2, buffer);
    sprintf(buffer, "Systolic: %.2f", systolic);
    OLED_ShowString(0, 3, buffer);
    sprintf(buffer, "Diastolic: %.2f", diastolic);
    OLED_ShowString(0, 4, buffer);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    I2C1_Init();
    Display_Init();
    GPIOB_Init();
    ADC_Init();
    I2C1_Init();
    I2C2_Init();
    SPI1_Init();
    SPO2_Init();
    Temperature_Sensor_Init();
    Blood_Pressure_Init();

    uint32_t heart_rate;
    float spo2, temperature, systolic, diastolic;

    while (1) {
        heart_rate = Read_Heart_Rate();
        Read_SpO2(&spo2, &heart_rate);
        temperature = Read_Temperature();
        Read_Blood_Pressure(&systolic, &diastolic);

        // 显示医疗数据
        Display_Data(heart_rate, spo2, temperature, systolic, diastolic);

        HAL_Delay(1000);
    }
}

5. 应用场景：医疗监测与管理

家庭医疗监测

智能医疗监测系统可以用于家庭医疗监测，通过实时采集医疗数据，实现自动控制，提高家庭健康管理的效率和质量。

医院病房监控

在医院病房中，智能医疗监测系统可以实现对病人的实时监控和自动管理，确保病人的健康状况得到及时关注和处理。

运动健康管理

智能医疗监测系统可以用于运动健康管理，通过自动化控制和数据分析，提高运动健康管理的效率和安全性。

智能医疗研究

智能医疗监测系统可以用于智能医疗研究，通过数据采集和分析，为医疗技术的研究和开发提供科学依据

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6. 问题解决方案与优化

常见问题及解决方案

传感器数据不准确

确保传感器与STM32的连接稳定，定期校准传感器以获取准确数据。

解决方案：检查传感器与STM32之间的连接是否牢固，必要时重新焊接或更换连接线。同时，定期对传感器进行校准，确保数据准确。

医疗数据处理不稳定

优化处理算法和硬件配置，减少数据处理的不稳定性，提高系统反应速度。

解决方案：优化处理算法，调整参数，减少振荡和超调。使用高精度传感器，提高数据采集的精度和稳定性。选择更高效的处理器，提高数据处理的响应速度。

数据传输失败

确保Wi-Fi模块与STM32的连接稳定，优化通信协议，提高数据传输的可靠性。

解决方案：检查Wi-Fi模块与STM32之间的连接是否牢固，必要时重新焊接或更换连接线。优化通信协议，减少数据传输的延迟和丢包率。选择更稳定的通信模块，提升数据传输的可靠性。

显示屏显示异常

检查I2C通信线路，确保显示屏与MCU之间的通信正常，避免由于线路问题导致的显示异常。

解决方案：检查I2C引脚的连接是否正确，确保电源供电稳定。使用示波器检测I2C总线信号，确认通信是否正常。如有必要，更换显示屏或MCU。

优化建议

数据集成与分析

集成更多类型的传感器数据，使用数据分析技术进行健康状态的预测和优化。

建议：增加更多监测传感器，如呼吸频率传感器、血糖传感器等。使用云端平台进行数据分析和存储，提供更全面的健康监测和管理服务。

用户交互优化

改进用户界面设计，提供更直观的数据展示和更简洁的操作界面，增强用户体验。

建议：使用高分辨率彩色显示屏，提供更丰富的视觉体验。设计简洁易懂的用户界面，让用户更容易操作。提供图形化的数据展示，如实时健康参数图表、历史记录等。

智能化控制提升

增加智能决策支持系统，根据历史数据和实时数据自动调整健康管理策略，实现更高效的健康管理和控制。

建议：使用数据分析技术分析健康数据，提供个性化的健康管理建议。结合历史数据，预测可能的问题和需求，提前优化控制策略。

7. 收尾与总结

本教程详细介绍了如何在STM32嵌入式系统中实现智能医疗监测系统，从硬件选择、软件实现到系统配置和应用场景都进行了全面的阐述。通过合理的技术选择和系统设计，可以构建一个高效且功能强大的智能医疗监测系统。

在未来的发展中，智能医疗监测系统可以进一步结合人工智能和大数据分析技术，提升系统的智能化程度，为医疗监测和管理提供更强大的技术支持。希望本教程能够为读者提供有价值的参考和指导，助力智能医疗监测系统的开发与实现。

通过本教程，您已经了解了如何在STM32嵌入式系统上开发一个完整的智能医疗监测系统，包括数据采集、数据处理、通信和用户界面设计。未来的改进方向可以集中在以下几个方面：

  1. 数据安全：确保采集和传输的医疗数据的隐私和安全，使用加密技术保护数据。
  2. 扩展传感器类型：增加更多种类的传感器，覆盖更广泛的医疗数据采集需求。
  3. 智能化分析：利用机器学习和人工智能算法，提升数据处理和分析的智能化水平，提供更准确的健康预测和建议。
  4. 远程监控：通过互联网实现远程医疗监控和管理，让医疗服务覆盖更广泛的区域。
  5. 用户体验优化：不断改进用户界面和交互设计，提高系统的易用性和用户满意度。

通过这些方向的持续优化和改进，智能医疗监测系统将能够为用户提供更全面、更智能的健康管理服务，推动医疗技术的发展和进步。

 

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第一 二章 1&#xff0c;关系型数据库是什么&#xff1f;其中的关系是指什么&#xff1f; 答&#xff1a; 关系型数据库是一些相关的表和其他数据库对象的集合。数据模型符合满足一定条件的二维表格式。 2&#xff0c;E-R模型&#xff1f; 实体为表。用矩形表示。属性为字…
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嵌入式物联网在工业中的应用——案例分析

嵌入式物联网在工业中的应用——案例分析

作者主页: 知孤云出岫 目录 嵌入式物联网在工业中的应用——案例分析引言1. 智能工厂1.1 实时监控与数据采集 2. 智能物流2.1 库存管理 3. 智能维护3.1 设备故障预测 4. 智能交通4.1 交通流量监测 总结 嵌入式物联网在工业中的应用——案例分析 引言 嵌入式物联网&#xff08;…
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回车不搜索直接页面刷新问题解决

回车不搜索直接页面刷新问题解决

使用技术栈&#xff1a;vue3、elementUiPlus 问题&#xff1a;回车触发方法&#xff0c;会刷新整个页面&#xff0c;不执行搜索 解决方法&#xff1a;在搜索的表单中增加submit.native.prevent submit.native.prevent
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项目管理：不懂跟进，项目白做

项目管理：不懂跟进，项目白做

在职场上&#xff0c;工作的本质其实就是信息的传递与处理。而信息的及时传递&#xff0c;也就是我们常说的及时跟进&#xff0c;往往被许多项目经理和职场人忽视。 他们或许在暗地里埋头苦干&#xff0c;却忽略了明面上的沟通与汇报&#xff0c;最终导致合作方和内部团队都对…
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利用AI辅助制作ppt封面

利用AI辅助制作ppt封面

如何利用AI辅助制作一个炫酷的PPT封面 标题使用镂空字背景替换为动态视频 标题使用镂空字 1.首先&#xff0c;新建一个空白的ppt页面&#xff0c;插入一张你认为符合主题的图片&#xff0c;占满整个可视页面。 2.其次&#xff0c;插入一个矩形&#xff0c;右键选择设置形状格式…
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【SpringBoot】SpringCache轻松启用Redis缓存

【SpringBoot】SpringCache轻松启用Redis缓存

目录&#xff1a; 1.前言 2.常用注解 3.启用缓存 1.前言 Spring Cache是Spring提供的一种缓存抽象机制&#xff0c;旨在通过简化缓存操作来提高系统性能和响应速度。Spring Cache可以将方法的返回值缓存起来&#xff0c;当下次调用方法时如果从缓存中查询到了数据&#xf…
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JDK,JRE,JVM三者之间的关系

JDK,JRE,JVM三者之间的关系

Java程序不是直接在操作系统之上运行&#xff0c;而是运行在JVM&#xff08;java虚拟机&#xff09;之上。 Java源代码&#xff08;.java文件&#xff09;经编译器编译成字节码&#xff08;.class文件&#xff09;&#xff0c;JVM本质上就是一个负责解释执行Java字节码的程序。…
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结合实体类型信息(2)——基于本体的知识图谱补全深度学习方法

结合实体类型信息(2)——基于本体的知识图谱补全深度学习方法

1 引言 1.1 问题 目前KGC和KGE提案的两个主要缺点是:(1)它们没有利用本体信息;(二)对训练时未见的事实和新鲜事物不能预测的。 1.2 解决方案 一种新的知识图嵌入初始化方法。 1.3 结合的信息 知识库中的实体向量表示&#xff0b;编码后的本体信息——>增强 KGC 2基…
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