图书前言

多元异构数据处理先进技术

(英文版) 

Advanced Techniques for Processing Multi-Source 

Heterogeneous Data 

王迪  李方昱  著

清华大学出版社

北京

内容简介

本书构建了多元异构数据介绍、预处理、表征学习、融合、系统建模的分析体系,并针

对特定工业场景聚焦多元异构数据的系统状态预测、故障诊断、具有定性和定量因素的系统

优化问题,为读者提供包含多元异构数据的复杂系统实际应用的见解 , 提供全面而系统的理

论知识与实践指南,使读者能够掌握该领域的核心技术。

本书可供数据科学、机器学习、人工智能、工业大数据等领域的高校师生和科研院所研

究人员及相关技术人员阅读参考。 

版权所有,侵权必究。举报:010-62782989, beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。 

图书在版编目(CIP)数据

多元异构数据处理先进技术 : 英文 /王迪,李方昱著. --北京 :清华大学出版社, 

2026. 6. -- ISBN 978-7-302-71981-6 

Ⅰ. TP274

中国国家版本馆 CIP数据核字第 2026QZ7387号 

责任编辑:孙亚楠

封面设计:常雪影

责任校对:欧洋

责任印制:丛怀宇

出版发行:清华大学出版社

网址:https://www.tup.com.cn, https://www.wqxuetang.com

地址:北京清华大学学研大厦A座邮编:100084 

社总机: 010-83470000邮购:010-62786544 

投稿与读者服务:010-62776969, c-service@tup.tsinghua.edu.cn 

质量反馈:010-62772015, zhiliang@tup.tsinghua.edu.cn

印装者:天津鑫丰华印务有限公司

经销:全国新华书店

开本:170mm.240mm 印张:17插页:3 字数:421千字

版次:2026年 6月第 1版印次:2026年 6月第 1次印刷

定价:89.00元

产品编号: 108174-01 

Acronyms 

AAIL 

adaptation-aware 

interactive 

learning 

ACO 

ant 

colony 

optimization 

AE-MSEN 

autoencoder 

multiscale 

ensemble 

ANN 

artificial 

neural 

network 

ASS 

adaptive 

sensor 

selection 

BDL 

Bayesian 

deep 

learning 

BMU 

best 

matching 

unit 

CCA 

canonical 

correlation 

analysis 

CDF 

cumulative 

distribution 

function 

CFA 

confirmatory 

factor 

analysis 

CGD 

constraint 

gradient 

descent 

CLIP 

contrastive 

language-image 

pre-training 

CMFI 

cross-modal 

fusion 

and 

integration 

CML 

cross-modal 

learning 

CNNs 

convolutional 

neural 

networks 

CORAL 

correlation 

alignment 

DANN 

domain-adversarial 

neural 

networks 

DBN 

deep 

belief 

network 

DBSCAN 

density-based 

spatial 

clustering 

of 

applications 

with 

noise 

DL-heuristic 

deep 

learning 

benchmark 

constructs 

HI 

based 

on 

multiple 

sensor 

signals 

by 

heuristic 

metrics 

DL-nonseparate 

deep 

learning 

benchmark 

model 

makes 

prognostics 

under 

nonseparated 

framework 

by 

integrating 

two 

deep 

learning 

models 

for 

HI 

construction 

and 

degradation 

modeling 

DL-separate 

deep 

learning 

benchmark 

models 

the 

HI 

and 

degradation 

status 

in 

two 

separate 

steps 

DL-single 

deep 

learning-based 

fusion 

model 

under 

single 

OC 

DLF 

deep 

learning 

fusion 

Acronyms 

DNNs 

deep 

neural 

networks 

DSOM 

distributed 

self-organizing 

modeling 

DT 

decision 

tree 

Eclat 

equivalence 

class 

clustering 

and 

bottom-up 

lattice 

traversal 

EFA 

exploratory 

factor 

analysis 

EHR 

electronic 

health 

records 

EM 

expectation-maximization 

ETL 

extract, 

transform, 

load 

FM 

failure 

mode 

FP-Growth 

frequent 

pattern 

growth 

FP-Tree 

frequent 

pattern 

tree 

GAE 

graph 

autoencoder 

GANs 

generative 

adversarial 

networks 

GATs 

graph 

attention 

networks 

GCN 

graph 

convolutional 

networks 

GDPR 

general 

data 

protection 

regulation 

GMM 

Gaussian 

mixture 

model 

GNN 

graph 

neural 

network 

GRL 

graph-based 

representation 

learning 

HDFS 

Hadoop 

distributed 

file 

system 

HI 

health 

index 

HI-Quadratic 

HI-based 

linear 

fusion 

model 

with 

quadratic 

degradation 

function 

HI-statistical 

HI-based 

statistical 

model 

HIN 

heterogeneous 

information 

networks 

HKG 

heterogeneous 

knowledge 

graphs 

HMMs 

hidden 

Markov 

models 

HPC 

high-pressure 

compressor 

IF 

isolation 

forest 

IGD 

indirect 

gradient 

descent 

IoT 

internet 

of 

things 

IQR 

inter-quartile 

range 

JSON 

JavaScript 

object 

notation 

KL 

Kullback-Leibler 

KNN 

K-nearest 

neighbors 

KNR 

K-neighbor 

regressor 

LCM 

lightweight 

collaborative 

modeling 

LDA 

linear 

discriminant 

analysis 

LiDAR 

light 

detection 

and 

ranging 

Acronyms 

t-SNE 

t-distributed 

stochastic 

neighbor 

embedding 

UMAP 

uniform 

manifold 

approximation 

and 

projection 

VAEs 

variational 

auto-encoders 

WOL 

Web 

ontology 

language 

XML 

extensible 

markup 

language 

Contents

Chapter 1  Introduction to Multi-source Heterogeneous Data  1

  1.1  Overview of MSHD   1

  1.2  Significance of MSHD   2

  1.3  Key Challenges in MSHD Processing   3

  1.4  Advanced Techniques and Methodologies for Processing MSHD   4

  1.5  Applications and Use Cases of MSHD   6

  1.6  Organization of the Book   8

  References   9

Part I  Fundamental Methodologies for

Processing Multi-source Heterogeneous Data

Chapter 2  Preprocessing of Multi-source Heterogeneous Data   13

  2.1  Introduction to MSHD Preprocessing   13

  2.2  Data Types and Quality Assessments   14

         2.2.1  Types and Sources of Heterogeneous Data   15

         2.2.2  Metrics and Methods for Data Quality Assessments   16

  2.3  Data Cleaning   19

         2.3.1  Introduction to Data Cleaning   19

         2.3.2  Challenges and Solutions in Cleaning Heterogeneous Data   21

         2.3.3  Methods for Data Cleaning   22

  2.4  Data Transformation   24

         2.4.1  Concepts of Data Transformation   24

         2.4.2  Methods for Data Normalization   25

         2.4.3  Challenges and Solutions in Data Transformation of Heterogeneous Data   27

  2.5  Handling Missing Data   28

         2.5.1  Types and Causes of Missing Data   28

         2.5.2  Methods of Handling Missing Data   29

  2.6  Handling Anomalies   32

         2.6.1  Types of Anomaly Data   32

         2.6.2  Methods for Anomaly Detection   33

         2.6.3  Strategies for Handling Anomalies in Heterogeneous Data   34

  2.7  Summary   36

  References   36

Chapter 3  Representation Learning for Multi-source Heterogeneous Data   39

  3.1  Introduction to MSHD Representation Learning   39

  3.2  Multi-view Learning for MSHD   41

         3.2.1  Concepts of Multi-view Learning   41

         3.2.2  Methods for Multi-view Representation Learning   42

  3.3  Cross-modal Learning for MSHD   47

         3.3.1  Concepts of Cross-modal Learning   47

         3.3.2  Methods for Cross-modal Learning   48

  3.4  Graph-based Representation Learning for MSHD   51

         3.4.1  Graph Models for Heterogeneous Data   52

         3.4.2  Techniques of GRL for Heterogeneous Data   54

  3.5  Deep Learning for MSHD   56

         3.5.1  Overview of Deep Learning for Heterogeneous Data   57

         3.5.2  Transfer Learning and Domain Adaptation   59

  3.6  Summary   62

  References   62

Chapter 4  Integration and Fusion for Multi-source Heterogeneous Data   66

  4.1  Introduction to MSHD Integration and Fusion   66

         4.1.1  Introduction to MSHD Integration   66

         4.1.2  Introduction to MSHD Fusion   67

  4.2  Data Integration Methods and Techniques   69

         4.2.1  Schema Matching   69

         4.2.2  Data Mapping and Transformation   70

         4.2.3  Semantic Integration and Ontology-based Approaches   72

  4.3  Data Fusion Strategies and Algorithms   74

         4.3.1  Approaches for Combining and Fusing Information from Different Data 

               Sources   74

         4.3.2  Ensemble Learning   76

         4.3.3  Statistical and Probabilistic Models   79

  4.4  Architectures and Systems for MSHD Integration and Fusion   81

         4.4.1  Distributed and Parallel Computing Techniques for Scalable Data Integration 

               and Fusion   82

         4.4.2  Integration Systems and Tools for Handling Large-scale Heterogeneous 

               Data   83

  4.5  Summary   84

  References   84

Chapter 5  Modeling of Systems with Multi-source Heterogeneous Data   88

  5.1  Introduction to MSHD Modeling   88

  5.2  Multi-scene Association Analysis   89

         5.2.1  Importance of MSAA   90

         5.2.2  Methods for MSAA   91

         5.2.3  Application of MSAA   97

  5.3  Distributed Self-organizing Modeling   98

         5.3.1  Importance of DSOM   99

         5.3.2  Methods for DSOM   99

         5.3.3  Application of DSOM   103

  5.4  Lightweight Collaborative Modeling   105

         5.4.1  Importance of LCM   105

         5.4.2  Methods for LCM   106

         5.4.3  Application of LCM with MSHD   112

  5.5  Summary   113

  References   113

Part II  Methodological Advances in Processing

Multi-source Heterogeneous Data via Case Studies

Chapter 6  Case Study 1: Fusion and Prognosis of Systems with Heterogeneous Degradation 

     Profiles   119

  6.1  Introduction   120

  6.2  Model Details   123

         6.2.1  A Generic Indirect Deep Learning Approach for Multisensor Fusion and 

               Degradation Modeling   123

         6.2.2  An Integrated Deep Learning-based Data Fusion and Degradation Modeling 

               Method for Improving Prognostics   134

  6.3  Experimental Results of Model 1   145

         6.3.1  Model Training Using Historical Units   146

         6.3.2  RUL Prediction for In-service Units   147

  6.4  Experiment Results of Model 2   149

         6.4.1  Model Training Using Historical Units   150

         6.4.2  RUL Prediction for In-service Units   153

  6.5  Summary   158

  References   158

Chapter 7  Case Study 2: Prognosis and Diagnosis of Systems Under Multiple Failure 

     Modes   162

  7.1  Introduction   163

  7.2  Model Details   167

         7.2.1  Joint Learning of FM Recognition and Prognostics for Degradation 

               Processes   167

         7.2.2  Multimodal Regression and Mode Recognition via An Integrated Deep Neural 

               Network   175

  7.3  Experiment Results of Model 1   183

         7.3.1  Degradation Feature Extraction   184

         7.3.2  Hyperparameter Selection   186

         7.3.3  Results and Comparison   188

  7.4  Experiment Results of Model 2   193

         7.4.1  Hyperparameter Selection   193

         7.4.2  Results and Comparison   195

  7.5  Summary   199

  References   199

Chapter 8  Case Study 3: Prognosis and Diagnosis of Systems Under Multiple Operating 

     Conditions   203

  8.1  Introduction   204

  8.2  Model Details   207

         8.2.1  An Adaptation-aware Interactive Learning Approach for Multiple OC-based 

               Degradation Modeling   207

         8.2.2  Deep Learning-based Sensor Selection for Failure Mode Recognition and 

               Prognostics Under Time-varying Operating Conditions   217

  8.3  Experiment Results of Model 1   225

         8.3.1  Influence of Hyperparameters   226

         8.3.2  Model Training   229

         8.3.3  Results and Comparison   231

  8.4  Experiment Results of Model 2   234

         8.4.1  Hyperparameter Selection   235

         8.4.2  Results and Comparison   237

         8.4.3  Ablation Study   247

  8.5  Summary   249

  References   249

Chapter 9  Future of Advanced Techniques for Multi-source Heterogeneous Data 

     Processing   254

  9.1  Summary of Key Findings and Contributions   254

  9.2  Potential Impacts   256

  9.3  Future Directions for MSHD   257

  9.4  Conclusion and Remarks   259