计算机科学

魏全禄,老松杨,白亮

计算机科学. 2016, 43 (11): 1-5. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.001

摘要 ( 665 )

PDF(2017KB) ( 1080 )

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视觉跟踪是一个重要的计算机视觉任务,有着广泛的应用,由于现实场景中存在着众多困难,视觉跟踪仍是一个活跃的研究领域。判别式分类器是现代跟踪方法中的一个核心组成部分,其在线学习一个二值分类器以在每一帧中区分目标与背景,充分利用机器学习中丰富的学习算法,取得了许多突破。相关滤波器已成功应用到目标检测和识别中,其由于计算效率高,近年来作为一种判别式跟踪方法被应用到视觉跟踪领域,取得了很好的效果。首先简要介绍了判别式跟踪算法；然后对相关滤波器基本理论及几种典型的相关滤波器构造方法进行了描述；最后重点介绍了近年来相关滤波器在视觉跟踪中的应用及研究进展,并总结了可能的研究方向和发展趋势。

云计算中Hadoop技术研究与应用综述

夏靖波,韦泽鲲,付凯,陈珍

计算机科学. 2016, 43 (11): 6-11. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.002

摘要 ( 407 )

PDF(614KB) ( 1748 )

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Hadoop作为当今云计算与大数据时代背景下最热门的技术之一,其相关生态圈与Spark技术的结合一同影响着学术发展和商业模式。首先介绍了Hadoop的起源和优势,阐明相关技术原理,如MapReduce,HDFS,YARN,Spark等；然后着重分析了当前Hadoop学术研究成果,从MapReduce算法的改进与创新、HDFS技术的优化与创新、二次开发与其它技术相结合、应用领域创新与实践4个方面进行总结,并简述了国内外应用现状。而Hadoop与Spark结合是未来的趋势,最后展望了Hadoop未来研究的发展方向和亟需解决的问题。

单一光照颜色恒常性计算研究进展

唐正,刘宏哲,袁家政

计算机科学. 2016, 43 (11): 12-18. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.003

摘要 ( 259 )

PDF(1280KB) ( 1286 )

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单一光照颜色恒常性计算研究是目前计算机视觉、机器学习等领域中最热门的研究课题之一。算法的合理性直接影响到自动白平衡等应用效果。目前颜色恒常性计算的方法多种多样,将其划分为无监督、有监督、算法的融合和颜色不变性描述的颜色恒常性计算方法。着重介绍了4类典型的颜色恒常性计算方法,分析了各自的优缺点。最后就颜色恒常性计算的性能评价方法以及发展趋势做了简单的论述。

一种视频数据代表选择框架方法

蒋勇,张海涛

计算机科学. 2016, 43 (11): 19-23. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.004

摘要 ( 254 )

PDF(513KB) ( 415 )

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为有效处理视频数据问题,提出一种识别海量数据集中代表子集的方法,即代表选择方法,经选择后的小容量的数据代表完全可以代表原始大数据集的结构特征。对于给定的大数据集,首先生成相应₁-norm非负稀疏图,然后利用一种谱聚类算法基于所生成的稀疏图将大数据反复划分直至形成聚类簇。代表选择过程中,将每个聚类看作Grassmann流形中的一个点,然后基于测地距衡量这些点间的距离,接着利用min-max算法分析距离以提取出较优的聚类子集。最后,通过分析被选集类的一个稀疏子图,利用主成分集中性方法探测出数据代表,称此过程为基于非负稀疏图与Grassmann流形测地距的代表选择框架。为验证所提出的框架,将之应用于视频分析中,从一长段的视频流中识别出少数的几个关键帧,实验效果通过人工判断与标准评价方法进行评价,并与现有的几种方法的效果进行比对,结果证明所提出的代表选择框架方法具有更好的效果与可行性。

函数矩阵及其微积分的高阶逻辑形式化

杨秀梅,关永,施智平,吴爱轩,张倩颖,张杰

计算机科学. 2016, 43 (11): 24-29. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.005

摘要 ( 401 )

PDF(437KB) ( 689 )

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函数矩阵广泛应用于动态系统的建模与分析。传统的函数矩阵分析主要采用纸笔演算、数值计算和符号推导的方法,这些方法不能保证提供精确或正确的结果。高阶逻辑定理证明作为一种高可靠的形式化验证方法,可以克服以上不足。在高阶逻辑定理证明器HOL4中对函数向量和函数矩阵相关理论进行形式化,内容包括函数向量和函数矩阵及其连续性、微分、积分的形式化定义和相关性质的逻辑推理证明。为示范函数矩阵形式化的应用,最后给出机器人运动学中旋转矩阵微分公式的形式化验证。

一种基于GPU的高精度体系结构级功耗模型

王卓薇,程良伦,肖红

计算机科学. 2016, 43 (11): 30-35. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.006

摘要 ( 377 )

PDF(505KB) ( 777 )

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随着硬件功能的不断丰富和软件开发环境的逐渐成熟,GPU开始被应用于通用计算领域,协助CPU加速程序运行。为了追求高性能,GPU往往包含成百上千个核心运算单元,高密度的计算资源使得其性能远高于CPU的同时功耗也高于CPU,功耗问题已经成为制约GPU发展的重要问题之一。在深入研究Fermi GPU架构的基础上,提出一种高精度的体系结构级功耗模型,该模型首先计算不同native指令及每次访问存储器消耗的功耗；然后根据应用在硬件上的执行指令和采样工具获得采样结果,分析预测其功耗；最后通过13个基准测试应用对实际测试与功耗模型测试结果进行对比分析,该模型的预测精度可达90%左右。

基于Petri网行为包含和行为继承的业务流程变化域传播分析

方贤文,赵芳,刘祥伟,方欢

计算机科学. 2016, 43 (11): 36-39. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.007

摘要 ( 272 )

PDF(321KB) ( 416 )

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业务流程建模问题一直是业务流程管理的核心问题,其目的是为了灵活地适应变化的商务需求,但在建模过程中也会出现一系列的问题,有些模型之间甚至存在着相同的问题,因此会出现变化域传播的现象。已有的方法主要是从边界变迁的减少和内部边界变迁的减少来分析模型的变化域传播,因而具有一定的局限性。为了研究模型间的变化域传播问题,基于源模型和目标模型之间存在的迹等价及行为包含关系,通过给定源模型的变化域,提出了基于行为继承的变化域传播分析方法来寻找目标模型的变化域。最后,通过一个具体的流程实例进一步说明了该方法的可行性。

基于扩展Petri网模型的BPMN形式化

李宗花,周晓峰,吴克力,陈伏兵

计算机科学. 2016, 43 (11): 40-48. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.008

摘要 ( 584 )

PDF(3421KB) ( 913 )

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BPMN(Business Process Modeling Notation)作为一个在系统开发早期阶段获取业务过程模型的标准,指导系统的设计和开发,其模型的正确性是影响软件开发质量的关键。鉴于BPMN模型的形式化可以验证模型的正确性,提出了一种利用扩展Petri网模型,应用模型驱动技术实现BPMN模型形式化自动执行的方法。该方法通过细化Petri网模型中的Transition和Place元素以及增加Organization Identifier和Group Identifier容器,使其不但能够描述BPMN模型中的动态行为,而且还能描述BPMN模型中的动态行为协作和静态组织结构。从元模型结构、语法和图标记方面详细分析了扩展的Petri网模型元素,利用模型驱动开发技术设计BPMN模型元素至扩展的Petri网模型元素的转换规则,并在Eclipse平台上使用ATL模型转换语言执行映射,实现形式化的自动执行。最后在此基础上应用Travel Agency系统演示了模型形式化插件BPMN2ExtendPetrinets的执行结果。

从UML到GSPN的转换和性能分析方法

胡翔,焦莉,柴叶生

计算机科学. 2016, 43 (11): 49-54. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.009

摘要 ( 270 )

PDF(489KB) ( 538 )

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UML模型一般不能直接进行性能分析,需要利用模型转换的方法将其转换成其他分析模型,比如排队论、随机进程代数或者随机Petri网等模型。利用Eclipse平台上的Papyrus建立3种类型的UML模型(用例图、部署图和活动图)来对系统进行建模,并利用MARTE规范添加一些性能相关的信息；然后利用ATL实现UML模型到广义随机Petri网(GSPN)模型的转换,并使用XStream将上一步得到的GSPN模型转换成分析工具所支持的格式；最后利用基于GSPN的性能分析方法进行系统性能分析。同时给出了一系列性能指标的计算方法,如利用率、吞吐量、平均等待请求的数目以及响应时间等,可以考察系统性能的多个方面,方便系统设计和开发人员对系统性能进行分析和优化。

移动网可达树

张瑞华,杨茹,丁志军

计算机科学. 2016, 43 (11): 55-60. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.010

摘要 ( 279 )

PDF(472KB) ( 506 )

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随着计算机技术和网络通信技术的高速发展,对于并发分布式系统,已经提出了进程代数以及Petri网等形式化分析方法。近年来由于移动互联网的出现和快速发展,通过在进程代数中增加移动性得到了pi演算,与此同时,Petri网领域也采用谓词/变迁网、颜色网等构建移动系统模型。但它们仍存在一些不足之处。在此基础上,A.Asperti和N.Busi提出了移动网这一系统模型。移动网是在Petri网的基础上增加了移动性并结合了进程代数的优势得到的,适用于描述和刻画移动计算系统。然而,目前并没有对于移动网相应分析方法的研究。为此开展了移动网模型分析方法的研究,给出了移动网可达树的构造算法,提供了移动网模型可达性分析方法,并对移动车辆电话通信系统实例进行了分析。

基于随机时间Petri网的安全性分析方法

彭颖,姚淑珍,谭火彬

计算机科学. 2016, 43 (11): 61-65. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.011

摘要 ( 321 )

PDF(480KB) ( 418 )

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在分析了现有的Petri网与安全性结合的方法的缺陷后,提出了一种基于随机时间Petri网(stochastic Time Petri Nets,sTPN)的系统安全性分析方法,利用sTPN建立的系统模型不局限于指数分布和确定分布的变迁,也不局限于一般分布的变迁的使能限制。通过修改后的瞬态随机状态类图以及sTPN的瞬态分析算法可以得到基于路径的安全性指标。最后给出核反应堆冷却循环系统的例子,说明了所提方法的可用性和合理性。

基于Token选取的OpenStack单一平面网络建模方法

李华,邢熠,张玉荣

计算机科学. 2016, 43 (11): 66-70. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.012

摘要 ( 221 )

PDF(495KB) ( 523 )

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CPN形式化建模适合为包含大量并发、通信、同步共享行为的软硬件系统建立形式模型,并完成系统功能和性能等方面的行为分析。在传统的CPN建模中,token的选取采用穷举法,由此造成生成的token数量较多、CPN模型生成的状态空间相当庞大甚至状态空间爆炸等问题。针对上述问题,提出将符号执行与CPN建模相结合,并在CPN模型的执行过程中采用一种基于token选取的方法,进而得到CPN模型的状态可达图。通过对OpenStack云平台支持创建的单一平面网络进行CPN建模,针对传统方法和所提方法生成的状态空间,分析了其规模的变化,验证了所提方法的有效性。

基于消息顺序图和Petri网的移动应用监测平台建模分析

纪建伟,陈昕,黄浩军

计算机科学. 2016, 43 (11): 71-76. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.013

摘要 ( 208 )

PDF(416KB) ( 724 )

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随着移动互联网的迅猛发展,移动应用的数量呈现井喷式的爆发,对其性能、故障和短板进行实时、有效的监测与分析是保证系统正常运行的关键。统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)作为一种功能较强的面向对象的图形建模工具,可以对移动应用监测平台进行建模分析,但在其过程描述中缺乏严格的语义。Petri网作为一种离散事件动态系统的建模和分析方法,提供了在逻辑时序下研究系统特性和性能的有效手段,并具有图形方法的直观性和逻辑方法的概括性。通过将基于UML消息顺序图和Petri网的建模方法应用到移动应用监测平台的分析过程中,针对用户下发的监测任务构建系统的消息顺序图和Petri网模型,利用消息顺序图对平台各对象之间在时间顺序上的交互关系进行了验证,并利用Petri网化简规则和状态方程对该模型进行了结构上的正确性验证和可达性分析。

基于模糊着色Petri网的多状态系统可靠性分析

张新菊,姚淑珍

计算机科学. 2016, 43 (11): 77-82. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.014

摘要 ( 177 )

PDF(546KB) ( 495 )

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在多状态系统中,由于性能退化、局部失效等原因,系统或元件会表现出从完全失效到完美工作之间的一系列过渡状态,这些过渡状态信息将直接影响系统的可靠性。针对这一问题,提出一种模糊着色Petri网模型,该模型通过对模糊状态及状态变迁进行建模来刻画多状态系统的可靠性特征。在这种模糊着色Petri网模型中,变迁阈值会随着节点状态模糊信息的动态变化而发生变化,为此提出自适应模糊推理算法进行阈值调整,为多状态系统模型的可靠性分析及性能优化提供指导。通过对多状态系统可靠性分析进行验证,表明研究提出的模糊着色Petri网及参数调整策略合理有效,有利于提高多状态系统整体性能。

层次结构的进程网

郭峰,乔磊,毛文祥

计算机科学. 2016, 43 (11): 83-87. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.015

摘要 ( 202 )

PDF(331KB) ( 487 )

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进程网(Process Net)是一种结合进程代数和Petri网理论的Petri网模型。当系统过于复杂时,进程网系统模型在实际应用中会遇到节点爆炸的问题,此时需要引入层次结构。提出了层次结构的进程网,给出了层次进程网的建模过程和实现算法,解决了大的复杂系统建模和状态空间爆炸问题,可以清楚地反映出模型的层次,便于对进程网进行细化得到准确的模型,也便于用逐步求精、自顶向下的方法对被模拟系统进行建模,帮助用户实现各种粒度的仿真服务。

呼叫准入约束下Macro-Femto小区选择GSPN模型研究

汪凯,陈昕,向旭东

计算机科学. 2016, 43 (11): 88-93. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.016

摘要 ( 219 )

PDF(480KB) ( 422 )

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随着数据业务快速增长,仅靠宏蜂窝网络已无法满足流量需求；飞蜂窝网络可以有效分流宏蜂窝流量, 近年来所构成的Macro-Femto架构得到了较广泛的部署。Macro-Femto网络部署的关键问题之一是小区选择,由于飞蜂窝网络频谱资源有限,进行小区选择时仍需考虑呼叫准入控制(Call Admission Control,CAC)。图形化的广义随机Petri网(Generalized Stochastic Petri Nets,GSPN)具有并行性、不确定性和异步特性以及强大的分析复杂系统的功能。针对Macro-Femto网络的呼叫准入约束机制,通过分析呼叫对信道的占用情形,在改进呼叫重审机制的基础上,建立了呼叫准入控制策略GSPN模型。利用建立的GSPN模型,分析了不同呼叫准入控制策略对新呼叫和切换呼叫阻塞率的影响,给出了部分重审机制的呼叫准入控制策略。在分析飞蜂窝的高速服务特性和宏蜂窝的高负载能力的基础上,结合部分重审呼叫准入策略和GSPN方法,提出了基于负载的飞蜂窝优先选择方案(Load-Based Femto-Priority Selection Scheme,LFP)。仿真结果表明,较典型的飞蜂窝优先选择方案,所提出的LFP方案对新呼叫的阻塞率和切换呼叫的掉线率分别降低了2.7%和4.6%。

基于拟间接依赖的过程模型挖掘方法

化佩,方贤文,刘祥伟

计算机科学. 2016, 43 (11): 94-97. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.017

摘要 ( 176 )

PDF(303KB) ( 461 )

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过程挖掘旨在从信息系统所记录的事件日志中挖掘出人们需要的且合理的过程模型,从而有助于改善或重建业务流程。以往的方法大多是根据任务间的直接依赖关系构建过程模型,具有很大的局限性。现存的过程挖掘方法中,虽然有能挖掘间接依赖的方法,其却没有从过程行为的角度进行分析。基于拟间接依赖的过程模型挖掘方法,把行为轮廓融入其中,依据行为轮廓建立初始模型；然后基于增量日志和拟间接依赖关系调整模型；最后根据评价标准选出最优模型。此方法特别适用于挖掘含有间接依赖的过程模型。

含有效冲突的恒定连续Petri网演变图及构造算法

赵义军,张小轩

计算机科学. 2016, 43 (11): 98-101. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.018

摘要 ( 241 )

PDF(281KB) ( 461 )

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最大速度恒定的连续Petri网(CCPN)是由David首先提出的一类时延连续Petri网模型,构造其演变图是对其性质进行分析的一种有效方法。而对于含有效冲突的最大速度恒定的连续Petri网,由于有效冲突所引起的变迁激发的不确定性,使得构造演变图变得较为困难。基于有效冲突的两种解决方式——确定优先级或按比例分配流量,给出了计算各变迁瞬发速度的算法2；进而对含有效冲突且有界的CCPN,提出了演变图构造算法3,利用其演变图,可以对含有效冲突的CCPN进行性能分析。

基于Petri网的虚拟企业建模与调度

万军,赵不贿

计算机科学. 2016, 43 (11): 102-106. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.019

摘要 ( 291 )

PDF(1031KB) ( 449 )

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在分析现有虚拟企业建模及其调度方法的基础上,探讨了基于一种扩展Petri网模型的虚拟企业建模和调度方法,给出了T时延广义自控网的形式化定义和变迁规则。根据虚拟企业项目的特点,描述了基于T时延广义自控网的虚拟企业建模过程。基于所建立的虚拟企业项目模型,分别针对时间最短与费用最小两个调度目标,设计了A*算法以实现虚拟企业项目调度方案求解。实例分析验证了所提模型及调度算法的有效性。

基于Petri网的事件协调控制方法研究

方欢,王苏城,方贤文,王丽丽

计算机科学. 2016, 43 (11): 107-110. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.020

摘要 ( 278 )

PDF(357KB) ( 555 )

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事件的协调控制是离散事件系统中一项重要的研究内容,同时包含资源约束和事件约束的混杂约束更是系统设计的难点问题。以DES系统的加权Petri网模型为基础,以DES中变迁库所混杂约束的转换问题为研究对象,将事件协调约束转换为Petri网系统的结构约束,使得库所变迁混合约束问题转化为单一的库所约束问题。首先,提出基于Petri网的事件协调控制方法的设计算法,通过研究变迁约束转换为库所约束的规则与方法,将DES变迁库所混杂约束问题转换为单一的库所约束问题,从库所约束的角度来分析事件协调控制。其次,在3种不同系数约束的变迁≤约束表达式下,利用Petri网结构的特性,将变迁间的协调控制约束转换为系统的库所≤约束,并给出具体的算法步骤。最后,给出基于Petri网的事件协调控制方法的技术难点,剖析进一步分析和研究的主要问题。

DAS:GSPN成员载波动态自适应调度策略

贾玉栋,陈昕,向旭东

计算机科学. 2016, 43 (11): 111-116. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.021

摘要 ( 215 )

PDF(474KB) ( 548 )

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随着移动业务需求的多样化,有限的无线频谱资源已无法满足用户对高质量、高效率和高带宽的数据业务的需求。在现有的低频载波环境下,引入高频载波可以有效扩大系统容量。在同一小区部署多个成员载波的过程中,成员载波调度策略是其中的关键问题之一,直接影响LTE用户的服务质量(Qulity of Service,QoS)和无线资源的利用率。针对蜂窝网络中成员载波的调度策略问题,采用广义随机Petri网(Generalized Stochastic Petri Nets,GSPN)方法建立了多成员载波系统模型,同时在分析用户业务类型和成员载波特性的基础上,提出了一种动态自适应调度策略(Dynamic Adaptive Scheduling,DAS)。通过TimeNets仿真工具,对系统中成员载波选择、用户排队机制和资源块(Resource Block,RB)分配等要素构建仿真环境。仿真实验结果表明:一方面,动态自适应调度策略(Dynamic Adaptive Scheduling,DAS)的掉线率低于基于服务类型的调度策略(Based-Service Scheduling,BSS)和最短队列优先调度策略(Shortest Queue priority Scheduling,SQP)；另一方面,在相同的到达率的前提下,在到达率较低时,其吞吐量逼近于基于服务类型的调度策略BSS；在到达率较高时,逼近于最短队列优先调度策略SQP。

Web服务组合构建与执行的Petri网平台研究

孙强,马炳先,孙华强

计算机科学. 2016, 43 (11): 117-120. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.022

摘要 ( 161 )

PDF(402KB) ( 438 )

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针对Petri网在服务组合中的具体应用问题,尤其是如何构建基于Petri网的服务组合软件平台,在服务组合的Petri网模型的基础上,首先建立了具体领域中服务的语义功能体系；然后进行原子服务的注册及发布,将各具体服务绑定到语义功能体系中的某一功能；其次实现了基于视图的服务组合构建,用户可在相应视图中通过选择相应的功能进行方便的服务组合构建,并得到相应的服务组合功能流程；最后进一步将相关功能转换为绑定具体服务实例的Petri网模型,并交由相应的基于Petri网的服务组合执行引擎实现执行。实现了从服务组合构建到执行实现的完整功能流程,为基于Petri网的服务组合动态执行相关问题的分析提供了软件平台支撑。

基于带标记的并发可达标识图的关键路径的求解方法

韩耀军

计算机科学. 2016, 43 (11): 121-125. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.023

摘要 ( 249 )

PDF(453KB) ( 770 )

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将AOE 网转换成有色时延Petri网模型,在模型转换过程中同时计算出各位置所对应的事件的最早开始时间,给出了模拟AOE 网的有色时延Petri网模型的带标记的并发可达标识图的构建算法；利用并发可达标识图中的标记序列直接得到关键路径并计算出完成所有活动所需的最短时间。实例与仿真实验结果表明,当AOE网中平均存在3个以上的并发活动时,所提方法执行效率优于传统的求解关键路径的算法,并发活动越多,所提算法效率越高。

时间Petri网的随机模拟

潘理,杨勃

计算机科学. 2016, 43 (11): 126-129. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.024

摘要 ( 250 )

PDF(386KB) ( 571 )

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模拟是Peri网进行系统分析的常用方法之一。由于时间Petri网采用时间区间来描述变迁实施的时间范围,因此变迁的实施时间点在区间内是不确定的。提出了时间Petri网的随机模拟方法。该方法在变迁开始使能时,根据某种随机分布确定实施区间内的实施时间点；然后基于模拟仿真的实验数据,运用统计分析方法及算法,构造时间Petri网状态类树,计算变迁实施区间及实施概率,为时间Petri网的系统模拟提供了一种新的探索途径。

基于协作中继的多点广播码分多址信息系统设计

吕闽晖,熊伟,沈来信

计算机科学. 2016, 43 (11): 130-134. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.025

摘要 ( 291 )

PDF(385KB) ( 441 )

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为了提高多群多点广播中继网络系统的性能,提出一种改进的协作中继多点广播码分多址(CDMA)系统设计。该方案利用协作中继辅助的分布式波束形成实现单天线基站多播,获得了较好的空间分集增益。在该系统中,多个基站利用多个中继节点向多个目的地的各个小组传播消息；利用CDMA技术来减少中继节点以及目的地节点的多址干扰(MAI)障碍,同时每个中继节点作为线性预编码波束合成器,可以在合适的代码空间重塑基站信号；对线性波束形成矩阵进行优化,使得中继节点的功率最小化,从而满足QoS在信号干扰噪声比方面的要求。系统性能仿真对比实验的结果表明,提出的改进方案明显优于传统的正交复用方案(FDMA / TDMA)。

一种基于相交多径网络编码模型的无线传感网多径路由协议

王珺,杜蔚琪,刘辉,王雷

计算机科学. 2016, 43 (11): 135-141. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.026

摘要 ( 210 )

PDF(613KB) ( 620 )

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将网络编码技术应用到无线传感器网络中以提高网络的传输效率是近年来国内外研究的一大热点,相交多径网络编码模型是一种具有高可靠性的基于网络编码的多径路由模型,而目前将相交多径网络编码模型应用在无线传感网的多径路由协议中的研究并不多。通过使用基于地理位置划分虚拟网格的方法设计了一种相交多径网络编码模型的路由协议BRGNC(Braided multipath Routing protocol based on Grid with Network Coding)。在路由过程中先根据网格的能量情况、链路质量、节点个数等因素选择下一跳网格,再通过网格内节点状态选择“最优的”转发节点集,从而降低了以往按照相交多径网络编码模型建立无线传感网的多径路由协议的难度。仿真实验结果表明,该协议具备较好的可靠性和能耗均衡性,在网络规模较大、链路状态较差的情况下也能够很好地保证数据的可靠传输。

基于EZW的ECG压缩算法研究与改进

彭自然,王国军

计算机科学. 2016, 43 (11): 142-147. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.027

摘要 ( 377 )

PDF(456KB) ( 458 )

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嵌入零树小波(Embeded Zerotree Wavelet,EZW)作为一种高效的压缩方式,虽然在编码上具有一定的优越性,但是其多层零树结构信息编码会使信号的压缩比有所降低。因此,研究了EZW压缩算法的优化与改进。首先研究了使用提升小波格式处理ECG信号,其中重点研究了小波的消失矩提升规律与提升算法；其次对EZW压缩算法编码方式的改进进行了研究。对ECG分解信息进行特征值检测,然后根据特征信息将ECG的小波系数进行加权计算。通过衡量系数的权重,再进行优化编码,从而达到了改进压缩效益的目标。

互联网宏观拓扑的社团发现

张君,赵海,林川,刘晓

计算机科学. 2016, 43 (11): 148-151. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.028

摘要 ( 165 )

PDF(322KB) ( 411 )

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自然界中存在的大量复杂系统都可以通过复杂网络加以描述,社团结构是继小世界特性和无标度特性之后发现的最为重要的复杂网络特性。社团发现对理解互联网的宏观拓扑结构至关重要。针对互联网宏观拓扑的结构特性,基于边聚簇算法思想,设计了一个基于路由特征的社团发现算法,以互联网宏观拓扑中的探测边频为影响因子定义边相似性,改造边聚簇算法中的关键聚簇过程,以发现互联网宏观拓扑中的社团结构。实验结果表明,所提算法与原算法相比,具有更高的分割密度。进一步以边介数替代探测边频,将该算法应用在其它类型网络中,同样取得了较好的效果。

复杂室内环境下的WiFi定位技术研究

陆音,缪辉辉

计算机科学. 2016, 43 (11): 152-154. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.029

摘要 ( 397 )

PDF(259KB) ( 658 )

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在复杂的室内WLAN环境下,利用改进的MK模型和加权K最近邻法对定位性能进行了改进。首先介绍了室内传播模型及改进的MK模型；然后介绍了位置指纹定位方法及两种定位算法的基本原理,根据实测数据,分析了以上方法的定位效果以及误差来源；最后提出了MK模型和加权K最近邻法相结合的混合定位法,并对算法进行了仿真和分析。仿真结果表明,所提算法提高了算法精确度,减小了定位误差。

基于Ad Hoc的改进型多信道接入协议研究

刘海燕,谭亮,刘春玲

计算机科学. 2016, 43 (11): 155-159. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.030

摘要 ( 192 )

PDF(393KB) ( 434 )

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为了解决目前多信道接入协议面临的多信道隐藏终端和多信道Deafness问题,加入了探测报文和等待报文,采用节点状态表和信道空闲状态表的方法,并采用NS2仿真软件对该协议进行性能仿真。仿真结果表明,该协议解决了多信道隐藏终端和多信道Deafness问题,与DPC协议相比提高了网络吞吐量和信道利用率,降低了网络传输的延迟,增强了网络的性能。

基于压缩感知的多目标定位中的测量矩阵设计

郭艳,钱鹏,李宁,孙保明

计算机科学. 2016, 43 (11): 160-163. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.031

摘要 ( 191 )

PDF(356KB) ( 415 )

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根据传感器网络中定位问题天然的稀疏性,研究了基于压缩感知理论的多目标定位方法。首先将目标位置信息表示成一个稀疏向量,将定位问题转化为向量估计问题。通过部署少量传感器测量接收信号的强度值,求解一个₁范数最优化问题便可精确地重构出位置向量。相对于当前压缩感知定位中常用的稀疏随机测量矩阵,提出了一种改进的测量矩阵设计方法,指示传感器节点进行有规律、均匀的部署。仿真结果表明,相较于传统随机测量矩阵,改进测量矩阵在定位精确度和稳定性上都体现了巨大优势。

信息中心网络中基于局部内容活跃度的自适应缓存算法

田铭,邬江兴,兰巨龙

计算机科学. 2016, 43 (11): 164-171. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.032

摘要 ( 230 )

PDF(706KB) ( 606 )

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通过对信息中心网络的网内节点缓存建模,分析发现基于全局内容流行度的替换策略不适用于信息中心网络的分布式模式。继而提出了一种基于局部内容活跃度的缓存替换策略LAU,并基于该策略提出了一种自适应路径缓存算法ACAP,使缓存内容按照本地活跃度依次缓存在访问路径中。仿真结果表明,LAU策略提高了单节点缓存命中率；ACAP相比已有的路径缓存算法,具有较低的服务器命中率和跳数比。最后对该算法适用的缓存结构和拓扑结构进行了讨论和分析。

高信噪比下HDAF协议中的最优功率分配的新方案

端木春江,王振宇

计算机科学. 2016, 43 (11): 172-175. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.033

摘要 ( 429 )

PDF(281KB) ( 445 )

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混合译码放大转发(Hybrid Decode-Amplify-Forward,HDAF)协议与放大转发、译码转发协议相比,能在很大程度上提高系统的性能,成为近年来的研究热点。在此,研究了在混合译码放大转发协议下的最优功率分配问题。首先推导了高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下混合译码放大转发协议中的误符号率的近似和实用的表达式；然后通过建立数学模型,在满足总功率一定的情况下,以最小化系统的误符号率为目标,优化分配系统的总功率；最后在Matlab环境下验证推导结果并做了大量的仿真实验。实验结果表明,所推导的近似的误符号率的表达式与实际误符号率在稍高的信噪比下具有很好的吻合度。混合译码放大转发协议的最优功率分配因子不仅与源节点到中继节点、中继节点到目的节点的信道质量有关,而且与系统的总功率有关。研究发现,随着系统总功率的增大,最优功率分配因子将趋近于1/2。

物联网环境下实时任务传输的分簇调度算法

钱晓军,范冬萍,吉根林

计算机科学. 2016, 43 (11): 176-179. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.034

摘要 ( 195 )

PDF(1062KB) ( 635 )

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在物联网环境下,需要对链路节点之间传输的实时任务进行优化调度,以提高物联网中传感节点的进程管理和内存管理效率。传统方法采用优先级列表控制的物联网环境下的实时任务传输调度方法,在资源分配过程中动态负载平衡性受节点的空间分布的影响较大,任务分配的准确性不高。因此,提出一种基于高效时分多址时隙分配的物联网环境下实时任务传输的分簇调度算法。设计物联网的实时任务调度模型,提取分簇任务信息流的时隙分配尺度特征作为传输指向性函数,设计高效时分多址协议,改进物联网环境下的实时任务协同分簇调度算法,通过高效的时分多址时隙分配,提高了实时任务传输分簇调度的均衡性和准确性。仿真结果表明,采用该方法进行物联网环境下实时任务传输的分簇调度时性能优越可靠。

并联两用户干扰信道(IC)在发射端网间认知下的自由度研究

覃闻铭,王晓峰,刘锋

计算机科学. 2016, 43 (11): 180-183. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.035

摘要 ( 308 )

PDF(279KB) ( 395 )

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研究了主网络和次网络都为单用户并联IC的并存时自由度。采用了干扰对齐、干扰中和以及感知网络相结合的干扰管理策略研究方法；对11种情况进行研究,并对每一种情况的干扰管理策略做了遍历分析,得出第11种情况自由度内界相对四用户IC有所增大；最终得出结论:并联两用户IC网间认知情况下自由度内界最大值为3。

移动群智网中基于人群搜索优化和协作竞争的用户激励机制

李志刚,汤学明

计算机科学. 2016, 43 (11): 184-189. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.036

摘要 ( 214 )

PDF(438KB) ( 420 )

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针对移动群智网的用户激励和保护问题,基于人群搜索优化和协作竞争研究了一种用户激励机制。在该机制中,根据时域、空域和频域对感知区域内的移动节点给出定位信息定义,并对发送信号和接收信号进行人群搜索优化,同时根据特征值进行协作竞争,最后通过调整特征值、协作竞争和退出来实现用户激励和保护。实验结果证明, 与基于静态路径的信道优先分配和无协作竞争最优功率分配的用户激励机制相比,所提出的用户激励机制在系统能量使用率、传输时延和系统负载上具有明显优势。

一种优化SPICE协议的探针反馈机制

程长军,刘丹

计算机科学. 2016, 43 (11): 190-192. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.037

摘要 ( 312 )

PDF(325KB) ( 901 )

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针对云桌面协议(Simple Protocol for Independent Computing Environments,SPICE)存在的问题:在用户交互较多的场景显示时延太大、播放视频时可能导致其它操作不能得到及时响应,在原有架构上构建了一个探针通道,根据探针采集反馈结果分别对视频和富交互场景增加了不同的可切换策略。视频场景中,探针采集了其它各个通道的丢包率和时延,综合权重计算出显示通道的带宽上限；富交互场景中,探针采集用户对设备使用的频率,在高频率时通过减少服务端推送时间间隔使显示及时刷新。在不同场景下的测试表明该方法能有效地提升视频和富交互场景下的表现。

一种基于四变量模型的系统安全性建模与分析方法

胡军,石娇洁,程桢,陈松,王明明

计算机科学. 2016, 43 (11): 193-199. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.038

摘要 ( 300 )

PDF(1342KB) ( 501 )

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近年来,基于模型的系统安全性分析与验证方法是安全关键系统工程领域中的一个重要研究方向。提出了一种基于四变量模型的系统安全性建模与分析验证方法,该方法利用AltaRica建模语言对系统进行建模。通过对四变量模型及AltaRica进行语义研究构建二者之间的映射规则,以民用飞机中机轮刹车系统(Wheel Brake System,WBS)为例来说明整个验证过程,即首先利用四变量模型从系统的需求层次上对WBS进行需求分析并根据映射关系构建AltaRica模型,接着利用故障树分析方法对WBS进行安全性研究,最后基于AltaRica配套工具ARC对系统的安全性属性进行验证。验证结果表明了该方法在系统安全工程领域中的实用性。

基于分数阶傅里叶变换和扩展变换抖动调制的鲁棒数字水印算法

张燕华,马小虎

计算机科学. 2016, 43 (11): 200-204. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.039

摘要 ( 292 )

PDF(2274KB) ( 650 )

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针对现有分数阶傅里叶变换水印算法在透明性和鲁棒性等方面的不足,提出了一种基于分数阶傅里叶变换和扩展变换抖动调制的鲁棒数字水印算法。首先对载体图像进行提升小波分解,将低频子带均匀分割,并对各子块进行分数阶傅里叶变换。然后,从频率角度构造载体向量,选择幅值系数的中低频系数构成每个子块的载体向量。在水印嵌入时,先对载体向量进行投影变换,再根据水印信息对投影后所得数据进行抖动调制。水印的提取过程采用了最小距离检测,实现了水印的盲检测。实验结果表明,该算法不仅具有很好的透明性,而且对JPEG压缩、滤波、噪声、剪切等常见的图像攻击具有良好的鲁棒性。此外,所提算法水印的安全性和实用性也优于常见算法。

一种新颖的基于Hash函数的无线双向安全认证方案

王杰华,刘会平,邵浩然,夏海燕

计算机科学. 2016, 43 (11): 205-209. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.040

摘要 ( 254 )

PDF(386KB) ( 408 )

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随着科技的不断发展,越来越多的网络设备接入到无线网络中,为了确保合法用户的正确识别连接,在Wen-Li认证方案的基础上提出了一种基于Hash函数的无线双向安全认证方案。该方案通过引入发送包序列号代替时间戳,避免网络延时对认证过程产生影响,且不需要设备之间时钟的严格同步。安全性与运算量的对比分析表明,较Wen-Li方案,所提方案能有效避免各种常见的网络攻击,具有更高的安全性,且运算量较小,计算复杂度较低,能有效降低实际系统的开销。

负载类型相关的Xen虚拟机系统性能模型

余勇,车建华,徐焕良,蒋诚智

计算机科学. 2016, 43 (11): 210-214. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.041

摘要 ( 286 )

PDF(417KB) ( 473 )

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针对Xen虚拟机系统执行网络I/O密集型负载时容易耗尽Domain0的CPU资源而过载和执行计算密集型负载时在客户域平均性能与数目之间存在线性规划的问题,提出了两个负载类型相关的性能模型。首先,通过分析Xen虚拟机系统处理网络I/O操作的CPU资源消耗规律,建立了CPU核共享和CPU核隔离两种情况下的客户域网络I/O操作请求次数计算模型；然后,通过分析多个相同客户域并行执行计算密集型负载的平均性能与一个相同客户域执行相同负载的性能表现之间的关系,建立了并行执行计算密集型负载的客户域平均性能分析模型。实验结果表明,两个性能模型能够有效地限制客户域提交的网络I/O操作请求次数以防止Xen虚拟机系统过载,并求解给定资源配置情况下执行计算密集型负载的Xen虚拟机系统客户域伸缩性数目。

基于簇的三维水声传感器网络的密钥管理方案

黄彬,刘广钟,徐明

计算机科学. 2016, 43 (11): 215-220. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.042

摘要 ( 170 )

PDF(478KB) ( 373 )

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在基于簇的三维水声传感器网络中,将布置区域划分为多个正方体的簇空间。在簇头节点间,提出通过相对坐标位置产生节点间的验证对称密钥；在簇内节点间,提出通过改进的对称多项式方法产生节点间的验证对称密钥。网络中的节点进行通信交流时都是采用基于对称矩阵的通信对称密钥,实现节点间的通信全连通。相比于传统的传感器网络密钥管理方案,本方案能够实现节点撤销和密钥更新,具有较高的可扩展性、可靠性和较低的开销。由于事先采用了轻量级节点认证机制,本方案能够很好地抵御节点间信息交流时的DoS攻击,特别是汇聚攻击。由于采用了三维密钥,本方案比单一的单向哈希链方法能更加有效地抵御簇头节点妥协。

适用于移动网络的属性基在线/离线签密方案

姜頔,韩益亮

计算机科学. 2016, 43 (11): 221-225. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.043

摘要 ( 320 )

PDF(374KB) ( 484 )

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签密能够同时实现加密和签名的功能,并且代价小于传统方法。在线/离线技术能够有效提高签名与加密效率,适用于计算能力严格受限的移动网络终端设备。针对现有的属性签密方案实用性不强、效率低下的现状,提出了一个基于属性的在线/离线签密方案,在随机预言机模型下,利用判定双线性Diffie-Hellman倒转(l-DBDHI)问题和计算Diffie-Hellman(CDH)问题的困难性,证明了该方案满足在适应性选择密文攻击下的不可区分性以及适应性选择消息下的不可伪造性。基于属性的在线/离线签密方案虽然在密文长度方面有所增加,但该方案既可以支持保密性和认证性,又更加贴近于实际环境。

动态整数帐篷映射模型及其性能分析

刘建东,张啸,赵晨,商凯

计算机科学. 2016, 43 (11): 226-229. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.044

摘要 ( 436 )

PDF(296KB) ( 721 )

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针对整数帐篷映射存在的短周期问题,通过引入动态参量,建立了动态整数帐篷映射模型,证明其具有均匀分布特性,将其与整数化logistic映射进行了比较,并分析了模型的周期性及相关性。该模型弥补了整数帐篷映射的短周期缺陷,并且便于硬件实现。实验及仿真分析表明,该模型具有十分优良的密码学性能,在信息安全领域极具应用价值。

最高非线性度旋转对称布尔函数与最优代数免疫函数

黄景廉,王卓

计算机科学. 2016, 43 (11): 230-233. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.045

摘要 ( 189 )

PDF(348KB) ( 421 )

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研究了旋转对称布尔函数的最高扩散次数、最高非线性度、代数免疫性和最优代数免疫函数的存在性与构造等问题。利用导数和e-导数证明了非线性度达到最高的旋转对称布尔函数的存在性,并利用导数,由扩散性达到最高n次的Bent函数来验证一类旋转对称Bent函数的存在性。同时证明了1阶代数免疫和2阶以上代数免疫旋转对称布尔函数的存在性。另外,利用旋转对称Bent函数构造了非齐次完全旋转对称最优代数免疫布尔函数以及一类众多的最优代数免疫布尔函数,并证明了这两类函数的存在性。同时,也得到了非齐次完全旋转对称相关免疫布尔函数。

基于Petri网的软件动态演化的一致性分析

谢仲文,明利,林英,秦江龙,莫启,李彤

计算机科学. 2016, 43 (11): 234-241. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.046

摘要 ( 208 )

PDF(705KB) ( 361 )

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在分析软件动态演化面临的挑战的基础上,以扩展的Petri网为主形式化工具,基于面向动态演化的SA元模型DEAM,对如何保证动态演化的一致性问题进行分析。首先,讨论了一致性分析的总体思路和策略,确定以构件作为动态演化实施和分析的基本对象；其次,从构件结构演化的视角对构件的子网类型进行分析,提出了保证结构一致性的方法；再次,从构件行为演化的视角,分别从内部和外部观察构件演化前后的行为,并通过建立模拟关系来分析和判断演化前后构件的行为是否一致；最后,通过案例研究对所提方法的可行性进行验证。

基于网进程的模型一致性分析方法

赵培海,王咪咪,方贤文

计算机科学. 2016, 43 (11): 242-245. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.047

摘要 ( 223 )

PDF(396KB) ( 364 )

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在业务流程模型相似性分析过程中,有时会出现环结构,从而导致内部行为关系一致但网的进程不一致的情况。已有的方法大多不考虑环结构,忽略了环结构对模型一致性分析的影响。以行为轮廓序关系为基础,研究各个进程间的内部行为关系,并刻画Petri网的进程段之间的相互关系,给出了进程视图的概念；通过对Petri网的进程段外部间的关系进行研究,提出了基于Petri网的进程视图的一致性分析方法,以一致的进程视图与整个进程的比值作为两个模型的一致性度。理论和实例分析表明了该方法的有效性。

基于缺陷相似度与再分配图的软件缺陷分配方法

史高翔,赵逢禹

计算机科学. 2016, 43 (11): 246-251. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.048

摘要 ( 313 )

PDF(522KB) ( 441 )

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准确地将缺陷分配给最合适的修复者对大型软件项目的缺陷修复具有重要意义。当前缺陷自动分配技术的研究主要利用历史缺陷报告的描述信息、缺陷关联信息、历史分派信息等,但这些方法都没有将缺陷报告信息充分挖掘。提出在缺陷报告分配时将缺陷历史分派信息和缺陷文本相似信息相结合。首先根据缺陷历史分派信息生成再分配图；然后计算新缺陷报告与历史缺陷报告缺陷的文本相似度,找出相似度最高的前K个缺陷报告所对应的修复者；最后,根据这些修复者在再分配图中的依赖关系生成预测再分配路径。为了验证该方法的有效性,利用Eclipse和Mozilla的缺陷报告集进行实验,实验表明提出的方法在预测的准确度上明显优于其他方法。

基于变异粒子群算法的字符串型测试数据生成

李刚,于磊,孙回回,张兴隆,侯韶凡

计算机科学. 2016, 43 (11): 252-256. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.049

摘要 ( 350 )

PDF(536KB) ( 467 )

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基于搜索的算法在以路径覆盖为目标的测试数据生成中应用广泛。然而对于字符串型测试数据的生成,现有方法效率不高。为了高效地生成字符串型测试数据,提出了一种基于变异粒子群算法的字符串型测试数据自动生成方法。在随机生成初始种群后,采用粒子群算法使种群在趋近最优个体的过程中实现进化,并以一定的概率对种群中的个体进行变异操作,以避免进化过程陷入局部最优。为了有效地指导种群进化过程,对经典适应度函数中分支距离的计算方法进行改进,使其适用于含有字符串型参数的程序。实验结果表明,该方法具有较高的成功率和稳定性,且能明显提升测试数据生成效率。

组合核相关向量机的软件可靠性预测模型

梁宏涛,徐建良,许可

计算机科学. 2016, 43 (11): 257-259. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.050

摘要 ( 237 )

PDF(256KB) ( 398 )

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可靠性作为衡量软件质量的一种重要特性,对软件管理具有重要的意义。针对单一核函数的缺陷,提出一种组合核函数相关向量机的软件可靠性预测模型。首先对当前软件可靠性研究现状进行分析,然后采用组合核函数相关向量机对训练集进行学习和建模,最后通过具体实例对模型的预测性能进行分析。结果表明,本模型获得了理想的软件可靠性预测结果,且其预测性能要优于单一核函数模型,在软件可靠性预测中有重要的应用价值。

面向云环境实时感知的服务选取及评估方法研究

肖刚,吴斐斐,徐俊,陆佳炜,张元鸣

计算机科学. 2016, 43 (11): 260-264. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.051

摘要 ( 176 )

PDF(463KB) ( 391 )

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在云计算环境中,感知服务能力变化缺少实时性,服务质量难以保证。可信与不可信实体对元服务可能做出相同或者不相同的服务描述,存在欺骗行为。多个用户同时调用同一个高质量的服务时,极有可能出现用户访问量超过服务的负载容量从而导致服务能力下降的情况。针对此类问题,提出了一种基于环境实时感知的服务选取方法。在该方法中,服务调度中心采用招标投标的方式选取满足用户需求的元服务簇,以保证中标服务的QoS。同时服务质量感知模块实时感知元服务质量的变化,确保所选Web服务质量的高实时性和高可靠性。另外,信誉模型对服务提供者的承诺质量进行评价,从而建立高度可信的服务环境。实验结果表明,所提方法能够有效实现服务的预测评估,并为用户提供服务质量更优的Web服务。

集成CPU-GPU架构上的列存储连接优化技术研究

丁祥武,李子通

计算机科学. 2016, 43 (11): 265-271. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.052

摘要 ( 279 )

PDF(693KB) ( 440 )

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集成多核CPU-GPU架构已经成为计算机处理器芯片的发展方向。利用这种架构的并行计算能力进行数据处理已经成为了数据库领域的研究热点。为了提高列存储系统的查询性能,首先改进了已有协处理机制中的负载分配策略,通过监测数据库系统CPU占用率,动态地为处理器提供合理的数据划分；然后,针对集成多核CPU-GPU架构上的数据预取机制,提出了一种确定预取数据大小的模型,同时,针对GPU访存的特点,进行了GPU访存优化；最后,使用OpenCL作为编程语言,实现了一种集成多核CPU-GPU架构上的列存储排序归并连接算法,并采用提出的方法对连接处理进行优化。实验证明,所提优化策略可以使列存储系统排序归并连接性能提升33%。

基于二分图的RDF关键词扩展查询方法

郑志蕴,王振涛,张行进,王振飞

计算机科学. 2016, 43 (11): 272-279. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.053

摘要 ( 244 )

PDF(684KB) ( 488 )

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使用图表示RDF数据可以保持数据间的关联信息和语义信息,越来越多的关键词查询方法基于图结构实现RDF数据的查询处理。将二分图与RDF数据图相结合,定义RDF二分图模型,并提出一种基于二分图的RDF关键词扩展查询方法KERBG。该方法将文本信息封装在二分图顶点标签上,以支持对关系的查询；利用关键词同义词扩展技术对查询关键词进行语义扩展,有效解决同一对象的描述用词的多样性问题,进而提高查准率；利用RDF二分图的反对称邻接矩阵及其幂矩阵构造包含关键顶点的查询结果子图,实现关键词查询处理,并降低查询响应时间。实验结果表明,在查准率和查询响应时间方面,提出的KERBG方法优于当前主流方法。

基于冲突率预测的自适应并发控制算法

范璧健,庄毅

计算机科学. 2016, 43 (11): 280-283. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.054

摘要 ( 359 )

PDF(435KB) ( 525 )

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并发控制算法能够保证数据库事务集并发执行的正确性和一致性。为了提高并发事务的执行效率,提出了一种基于冲突率预测的自适应并发控制算法(ACC-PRC)。该算法将并发控制过程分为信息收集和策略选择两个阶段。信息收集阶段利用先验事务队列保证事务执行的可串行化,并且利用循环冲突队列收集系统的事务执行状态。策略选择阶段在循环冲突队列上运用改进的加权移动平均法预测下一阶段冲突率,并根据双向阈值决策下一阶段的并发策略。所提算法在事务到达率较高时能保持良好的事务执行效率,同时能够准确及时地感知冲突率的变化。对比实验表明ACC-PRC算法的综合性能优于HCC算法和ADCC算法。

图结构模糊XML文档上的模式匹配算法

缪丰羽,王宏志

计算机科学. 2016, 43 (11): 284-290. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.055

摘要 ( 431 )

PDF(1316KB) ( 557 )

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模糊XML文档是指包含不确定信息的XML文档。在模糊XML文档查询方面,现有的研究成果较少,并且都是基于树型结构的XML文档进行的。针对图结构下模糊XML文档的特征,设计了一组高效的图结构模糊XML文档上的模式匹配算法。该算法基于一种适合于图结构文档的索引方式,采用自底向上的结点匹配顺序,大大减少了结点的重复判断操作,也不需要进行局部匹配结果的归并以及针对PC关系设计额外的过滤函数。理论分析以及实验结果证明,提出的模式匹配算法不仅在小枝查询性能上优于现有的相关算法,而且能够较好地实现DAG模式匹配查询。

基于自适应云模型的多模态脑部图像融合方法

赵佳,肖斌,李伟生,王国胤

计算机科学. 2016, 43 (11): 291-296. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.056

摘要 ( 304 )

PDF(2427KB) ( 577 )

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多模态医学图像融合通过提取并综合不同模态的医学图像信息,获得对病灶部位更加清晰、全面、准确、可靠的图像描述,为医生对疾病的诊断和合理治疗方案的制定提供可靠的依据。云模型理论是认知科学研究的新成果,具有兼顾随机性和模糊性的优点,在图像融合中的应用较少。借助云模型理论将来自不同模态的MRI(核磁共振成像)脑部图像、MRI与PET(正电子发射断层成像)、MRI与SPECT(单光子发射断层成像)脑部图像进行融合。首先,根据脑部图像自身的灰度直方图特征,对灰度直方图进行拟合；然后,由拟合曲线的谷值点划分区间并通过逆向云发生器自适应地生成云模型；最后,设计云推理规则,得到融合后的图像。实验结果表明,相比传统融合方法,所提方法融合后的图像脑部特征更清晰,激活区域更明显,在主观融合效果与客观评价指标方面均有很大的提高。

基于目标检测及跟踪的视频摘要技术研究

田合雷,丁胜,于长伟,周立

计算机科学. 2016, 43 (11): 297-299. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.057

摘要 ( 397 )

PDF(1034KB) ( 425 )

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为了能够在不丢失有用信息的前提下对海量监控视频进行摘要,提出一种基于目标检测及跟踪的视频摘要技术。首先根据混合高斯模型对视频进行背景建模,获得监控视频的背景；然后通过背景减法对运动目标进行检测,得到前景运动目标；其次对检测到的运动目标采用分层关联的思想进行目标跟踪,得到运动目标的完整信息；最后将这些运动目标及视频背景重新组装成摘要视频。实验结果表明,该方法能够有效地对监控视频进行浓缩,形成的摘要视频能够完整地保存原有视频信息,减少了存储空间,降低了成本,方便了相关人员及时获取有用信息,提高了工作效率。

基于Laplacian金字塔和小波变换的医学CT图像增强算法

吕鲤志,强彦

计算机科学. 2016, 43 (11): 300-303. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.058

摘要 ( 506 )

PDF(1465KB) ( 776 )

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对医学图像进行增强可提高信息的利用率。传统的图像增强方法应用于医学图像时处理效果一般,存在诸多问题,如在增强图像的同时使图像的细节丢失,减弱了图像中目标的边缘信息,降低了图像的对比度。针对上述问题,提出一种基于小波变换和Laplacian金字塔分解的图像增强算法。首先,对原医学图像进行小波变换分解,得到处理结果；然后,对原医学图像进行Laplacian金字塔分解,得到医学图像的高频信息；最后,利用小波变换的结果和Laplacian金字塔分解的结果进行重构,得到增强后的图像。实验结果表明,该方法的增强效果明显优于传统的图像增强算法,对医学图像具有较好的增强效果,同时能更好地抵抗噪声。

基于离散Tchebichef矩和软决策量化的图像压缩

陆刚,肖斌,王国胤

计算机科学. 2016, 43 (11): 304-308. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.059

摘要 ( 216 )

PDF(1665KB) ( 629 )

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图像压缩编码能有效地减少图像像素间的信息冗余,并同时能保证图像重构质量和较低的计算复杂度。基于变换域的图像压缩编码是目前最常用且性能最优的压缩技术之一,但基于离散正交矩的图像压缩方法还未被深入研究。在研究JPEG的编解码流程的基础上,提出了基于离散Tchebichef矩的图像压缩算法。通过KS测试统计的方法研究变换系数的分布规律,利用软决策量化设计最优的量化表近似码率和失真度,从而提升了重构图像质量；接着对量化结果进行熵编码,最终实现了基于离散Tchebichef矩的图像压缩和重建全过程。在JPEG顺序编解码的流程下,与主流的DCT图像压缩方法进行比较,实验结果表明,比特率大于0.5bpp时,该算法重构的图像的质量更高；当PSNR分别为35dB,40dB,45dB时,其压缩性能明显优于DCT。同时,它们在编解码运行时间上接近。

形状模板约束的图像协同分割

潘翔,余慧斌,郑河荣,刘志

计算机科学. 2016, 43 (11): 309-312. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.060

摘要 ( 385 )

PDF(1647KB) ( 614 )

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已有的协同分割方法没有考虑到同一类图像所具有的目标形状相似性,从而使得分割结果不一致。提出了形状模板约束的图像交互协同分割算法,通过少量用户交互提高协同分割质量。该算法首先定义形状模板；然后通过形状上下文实现分割结果传递,自动形成图像分割所需的前景和背景掩码；最后采用最小割理论进行分割边界优化。实验结果表明,与已有的协同分割算法相比,该算法能在简单用户交互下明显提高分割质量,使分割结果更具有语义性。

非下采样轮廓波域红外与可见光图像配准算法

刘刚,周珩,梁晓庚,王明静

计算机科学. 2016, 43 (11): 313-316. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.061

摘要 ( 445 )

PDF(1523KB) ( 518 )

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针对灰度和对比度存在较大差异的可见光图像与红外图像的配准问题,提出了一种基于非下采样轮廓波变换的多分辨率配准方法。该方法分别对可见光图像和红外图像进行非下采样轮廓波分解,引入梯度归一化互信息作为配准图像的相似性测度,利用基于种群成熟度描述的自适应确定交叉和变异比率的改进遗传算法作为搜索策略,对高尺度低频图像进行粗配准。然后,根据粗匹配结果在低尺度低频图像上进行进一步配准,最终实现全分辨率条件下红外和可见光图像的配准。实验结果表明,提出的算法能够有效提高配准精度和速度。

基于分形维的小波包EBCOT岩心图像压缩

唐国维,张岩,李井辉,慕林洹

计算机科学. 2016, 43 (11): 317-321. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2016.11.062

摘要 ( 181 )

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岩心图像作为石油地质分析和地球物理勘探的重要信息来源,数据量巨大、纹理信息丰富且对比度较弱。提出一种基于分形维的小波包EBCOT岩心图像压缩方法。对岩心图像进行完全小波包分解,以分形维作为代价函数,并以差分计盒法计算每个子带节点的分形维数。通过比较父节点和子节点分形维数值实现剪支以获取最优小波包分解,结合EBCOT算法对岩心图像进行压缩处理。实验结果表明,所提算法的重构图像的PSNR与SSIM值均高于基于熵的小波包压缩算法和JPEG2000算法。