1974年1月创刊(月刊)
主管/主办:重庆西南信息有限公司
ISSN 1002-137X
CN 50-1075/TP
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当期目录
2019年第4期, 刊出日期:2019-04-15
  
大数据与数据科学
动态数据流分析的在线超限学习算法综述
郭威, 于建江, 汤克明, 徐涛
计算机科学. 2019, 46 (4): 1-7.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.001
摘要 ( 441 )   PDF(1311KB) ( 733 )   
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动态数据流分析是一个具有广泛应用价值的研究课题,在线学习方法是其中的一种关键技术。在众多在线学习方法中,在线贯序超限学习机(Online Sequential Extreme Learning Machine,OSELM)是一种新颖且实用的在线学习算法,目前已在动态数据流分析中得到了成功应用。首先,介绍了OSELM的理论基础和算法执行过程;然后,以动态数据流分析为应用背景,对各种改进OSELM算法进行了分类综述,包括基于滑动窗口的OSELM、基于遗忘因子的OSELM、基于样本加权的OSELM以及其他方法,重点论述了各类算法的设计思路和实现策略,并对其优缺点进行了比较和分析;最后,探讨了值得进一步研究的问题。
基于概率推断的质量控制智能体
徐耀丽, 李战怀
计算机科学. 2019, 46 (4): 8-13.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.002
摘要 ( 251 )   PDF(1347KB) ( 399 )   
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实体解析(Entity Resolution,ER)是数据集成和清洗领域的基础问题,而不一致性消歧(Inconsistency Reconciliation,IR)通过对现存的不同ER算法产生的不一致记录对进行消歧,进一步提升解析效果。但是现有的IR方法有一个局限,即消歧结果没有质量保障。对此,首次提出了一个基于概率推断的质量控制智能体,记为QCAgent。该智能体不需要训练数据集,能够在满足给定查准率的约束条件下输出查全率最大的消歧结果。它的核心思想是:首先,使用异常点检测模型来估算不一致记录对匹配的概率,并依据这些概率估算查准率和查全率,再将计算出的查准率和查全率作为环境端的反馈;其次,使用二分搜索算法,选择满足查准率要求且查全率最大的翻转方案,作为QCAgent的下一次行动;然后,用更新后的一致结果训练异常点模型,并估算查准率和查全率。按此循环,当新估计的查准率满足约束条件时,该迭代过程停止。在真实的数据集上,实验结果表明:QCAgent能够有效解决消歧结果的质量控制问题。
交通事故时空模式可视分析方法
饶永明, 张延孔, 谢文军, 刘璐, 刘新月, 罗月童
计算机科学. 2019, 46 (4): 14-21.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.003
摘要 ( 521 )   PDF(4084KB) ( 918 )   
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随着城市化进程的推进,城市人口和车辆迅速增长,城市交通事故日益频发,成为社会关注的热点。以合肥市近十年的交通事故记录数据为研究对象,运用可视分析方法分析交通事故记录数据中事故发生的时间和地点信息,探究交通事故的时空模式,构建交通事故可视分析系统,以辅助相关部门改善交通事故频发问题。文中首次提出了道路事故危险度的概念,并以之为判定依据,结合多尺度时间统计折线图和周期性时间统计环形图等可视化方法,构建了一种新的事故多发路段的识别方法。与传统事故多发路段识别方法相比,本方法无需对道路进行分段处理,从而避免了分段优劣对识别结果的影响。在此基础上,将交通事故数据与城市路网数据相结合,运用可视分析技术构建交通事故可视分析系统。本系统可以帮助相关部门了解总体城市交通事故和单条道路的时间模式及事故多发路段,并探究连续时间限定或周期时间限定下的事故多发路段。除时间条件外,本系统还能识别不同天气等其他限定条件下的事故多发路段,从而使得交警部门能根据不同情况下的道路事故危险度来进行决策管理,并合理部署救援警力,降低事故危害。所提系统对缓解和遏制交通事故增长势头、减少和预防道路交通事故具有重要的现实意义,并且也有利于道路交通的科学有效管理。
基于层次聚类的不平衡数据加权过采样方法
夏英, 李刘杰, 张旭, 裴海英
计算机科学. 2019, 46 (4): 22-27.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.004
摘要 ( 284 )   PDF(1435KB) ( 732 )   
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不平衡数据对传统分类算法的性能有一定影响,使得少数类的识别率降低。过采样是处理不平衡数据集的常用方法之一,其主要思想是通过增加少数类样本,使得少数类与多数类的数量能够在一定程度上达到平衡,但现有的过采样方法存在合成重叠样本以及过拟合的问题。文中提出一种基于层次聚类的不平衡数据加权过采样方法WOHC(Weighted Oversampling method based on Hierarchical Clustering)。该方法首先使用层次聚类算法对少数类进行聚类,将少数类样本划分为多个类簇,然后计算出类簇的密度因子来确定各类簇的采样倍率,最后根据每个类簇中样本与多数类边界的距离确定采样权重。利用该方法采样并结合C4.5算法在多个数据集上进行分类实验,结果表明使用该方法能够使分类算法在F-measure和G-mean指标上分别提升7.6%和5.8%,体现了该方法的有效性。
面向大规模图数据的分布式子图匹配算法
许文, 宋文爱, 富丽贞, 吕伟
计算机科学. 2019, 46 (4): 28-35.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.005
摘要 ( 426 )   PDF(1934KB) ( 716 )   
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图数据规模的爆发式增长使在单机上的子图匹配变得较为困难。尽管现有的分布式算法可以在一定程度上解决大规模图数据的子图匹配问题,但分布式环境中的网络通信代价仍然影响着算法的性能。为此,文中提出了DSsearch分布式子图匹配算法,包含查询图拆分、数据图预处理、候选顶点过滤、中间结果合并 4个步骤。其中,在数据图预处理步骤中使用图划分和完善邻居顶点策略来降低匹配过程中分布式计算节点之间的通信代价;在过滤候选顶点阶段设计DSgraph存储结构存储候选顶点,通过推迟笛卡尔积来减少冗余的中间结果。最后设计了对比实验并在具有7个计算节点的Spark分布式集群上使用真实数据集进行验证。实验结果表明,DSsearch算法能够在秒级时间内完成对百万规模顶点的数据图的子图匹配,尤其是在处理复杂查询图和稠密数据图方面更高效。数据图预处理策略的实验结果说明了通过顶点复制来降低分布式环境中网络通信代价这一策略的可行性。相比TwinTwigJoin、PSgL等算法,随着查询图顶点数量的增加,DSsearch算法的运行时间增长得更缓慢,当查询图顶点数量达到14时,其运行时间是TwinTwigJoin和PSgL算法的一半。实验数据充分说明,分布式环境中的网络通信代价和中间结果数量是影响分布式子图匹配算法的主要因素。实现数据图的预处理和推迟笛卡尔积解决了分布式子图匹配的性能瓶颈问题,有效地完成了大规模图数据的子图匹配。
面向隐式反馈的标签感知推荐方法
李红梅, 刁兴春, 曹建军, 冯钦, 张磊
计算机科学. 2019, 46 (4): 36-43.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.006
摘要 ( 195 )   PDF(2845KB) ( 368 )   
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为进一步提高面向隐式反馈的标签感知推荐性能,针对隐式反馈数据的稀疏性问题以及标签数据的冗余、语义模糊等问题,提出了一种基于用户细粒度偏好和增量加权矩阵分解的个性化推荐方法。为缓解隐式反馈数据稀疏不平衡的影响,提出使用协同近邻用户关系从大规模未观测数据中挖掘目标用户可能感兴趣的潜在项目,即近邻用户感兴趣但目标用户未选择的项目,进而提出了用户对项目的细粒度偏好假设:观测项目>潜在项目>其他未观测项目,改进传统成对偏好假设的粗糙性。为获取更为可靠的近邻用户,利用基于深度学习的方法来抽取用户-标签的低维、抽象的深层语义特征,缓解了原始标签数据的冗余、语义模糊等对用户表征的影响。最后,基于用户的细粒度偏好提出一种增量加权矩阵分解模型,并进行快速优化求解与推荐。实验结果表明:提出的算法在多个排序推荐准确性的评价指标(Pre@5,NDCG@5,MRR)上分别提升了约9%,8%,9%,验证了所提算法的有效性。
基于分布式无共享架构的海量数据并行查询平台
秦东明, 喻剑, 张波, 赵勤
计算机科学. 2019, 46 (4): 44-49.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.007
摘要 ( 252 )   PDF(1742KB) ( 401 )   
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针对海量数据查询所面对的数据加载和并行查询控制等难题,提出了一种基于分布式无共享架构的海量数据并行查询平台。该平台利用分布式无共享架构为海量数据查询提供结构化与非结构化数据的统一处理,实现平台内数据的聚合计算。平台的核心技术如下:首先提供了多类型数据的跨平台存储与统一数据加载;然后给出了基于负载均衡的多节点数据查询任务流分配技术,生成全局查询执行策略;最后采用Hash和Range两种方式实现查询任务流的并发控制。根据测试验证,本技术在查询时间上相比于无并行方式节约了近40%。实验结果表明,该技术在海量数据查询的正确性、可靠性、并发性上具有较好的性能。
基于上下文相似度矩阵的Single-Pass短文本聚类
黄建一, 李建江, 王铮, 方明哲
计算机科学. 2019, 46 (4): 50-56.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.008
摘要 ( 237 )   PDF(1701KB) ( 342 )   
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在线社交网络已经成为人们信息交流的重要渠道和载体,形成了与现实世界交互影响的虚拟社会。众多的网络事件通过社交网络进行快速传播,可以在短时间内成为舆论热点,而负面事件会对国家安全和社会稳定造成冲击,从而引发一系列的社会问题。因此,挖掘社交网络中蕴含的热点信息,无论是从舆论监督方面还是舆情预警方面都具有重要的意义。文本聚类是挖掘热点信息的一种重要方法,然而,使用传统长文本聚类算法处理海量短文本时准确率将变低,复杂度急剧增长,从而导致耗时过长;现有的短文本聚类算法的准确率偏低、耗时过长。文中基于文本关键词,提出了结合上下文和相似度矩阵的关联模型,从而判断当前文本与上一文本的关联性。此外,根据该关联模型对文本关键词权重进行调整,以进一步降低噪声。最后,在Hadoop平台上实现了分布式的短文本聚类算法。与K-MEANS,SP-NN,SP-WC算法的比较实验验证了所提算法在话题挖掘速度、准确率和召回率等方面都具有更好的效果。
面向多尺度数据挖掘的数据尺度划分方法
张昉, 赵书良, 武永亮
计算机科学. 2019, 46 (4): 57-65.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.009
摘要 ( 224 )   PDF(1515KB) ( 284 )   
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多尺度挖掘在图形图像、地理信息、信号分析、数据挖掘等领域已有应用,多尺度数据挖掘在关联规则、聚类、分类挖掘领域也有相关研究与应用,但对如何对数据集进行普适性的多尺度划分以及如何构建多尺度数据集仍未展开研究,已有相关研究缺乏深度。文中从多尺度数据挖掘任务入手,定义了尺度概念,并给出了多尺度化数据集模型,以及基准尺度评分模型;依据概率密度估计的离散化方法提出了多尺度划分算法,扩展了可划分尺度的数据类型,划分结果更贴近数据的多尺度特性,且具有较低的时间复杂度;提出了多尺度化数据集方法、构建多尺度数据集算法和基准尺度选择算法,将多尺度熵与信息熵作为评价方法,在扩充多尺度化数据集方法的基础上,有效减弱了多尺度数据挖掘中因尺度推衍而产生的尺度效应,算法的时间复杂性也较为可控。利用H省真实人口数据集、UCI公用数据集和T10I4D100K数据集对所提算法和模型进行验证与实验分析,结果表明多尺度划分算法和多尺度化数据集方法是可行的,提出的多尺度化数据集方法和基准尺度评分模型是有效的,多尺度划分方法、构建多尺度数据集方法和基准尺度选择方法的应用平均提高了尺度推衍过程中1.6%的覆盖率、2.1%的F1-measure和3.7%的正确率,且具有较低的平均支持度误差。
一种用于影像遗传学关联分析的高阶统计量结构化稀疏算法
茹锋, 徐锦, 常琪, 阚丹会
计算机科学. 2019, 46 (4): 66-72.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.010
摘要 ( 187 )   PDF(1497KB) ( 408 )   
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神经影像技术和分子遗传学的发展产生了大量的影像遗传学数据,极大地促进了复杂精神疾病的研究。但因为该数据的特征维度过高且相关性的度量都是假设数据服从高斯分布,所以传统的算法往往无法很好地解释两类数据之间的依赖关系。为了解决传统算法的问题,文中提出了一种对大量SNP和fMRI数据进行关联分析的方法,该方法通过构建稀疏的特征网络结构来指导fused lasso进行特征选择,与此同时,该方法利用高阶统计量提取出具有统计显著性的变量,从而识别出与精神疾病有关的生物标记物。实验结果表明,在模拟数据中所提算法得到的典型向量值的分布与实际数据中值的分布几乎一致且得到的相关系数与数据集中实际的相关系数最接近,所提算法的平均相关系数最高达到81%,比L1-SCCA提高了约20%,比FL-SCCA提高了约3%;在真实数据中,相比另外两种算法,所提算法可以找出更多的对精神分裂症有潜在影响的基因与脑区。实验结果证明:该算法可以在合理时间内有效识别出风险基因和异常脑区。
基于模糊神经网络的异常网络数据挖掘算法
许磊, 王建新
计算机科学. 2019, 46 (4): 73-76.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.011
摘要 ( 214 )   PDF(1466KB) ( 367 )   
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异常网络数据受到聚类中心的模糊加权扰动的影响,导致数据挖掘的聚类性不好。文中提出一种基于模糊神经网络的异常网络数据挖掘算法,该算法根据异常网络数据的混合分类属性进行相似度分析,提取异常网络数据的数值属性特征和分类属性特征,采用联合关联规则分析方法进行异常网络数据的模糊融合处理,采用基于模糊质心相异性的度量方法构建异常网络数据的分类模糊集,并在模糊数据集中进行异常网络数据混合加权和自适应分块匹配,进而提取异常网络数据的弱关联化特征量,最后将提取的特征量输入到模糊神经网络分类器中进行数据分类识别,完成异常网络数据的优化挖掘。仿真结果表明,采用所提方法进行异常网络数据挖掘的数据聚类性较好,挖掘过程的收敛性和抗干扰性较强。
基于多信息融合表示学习的关联用户挖掘算法
韩忠明, 郑晨烨, 段大高, 董健
计算机科学. 2019, 46 (4): 77-82.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.012
摘要 ( 176 )   PDF(1687KB) ( 494 )   
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随着互联网技术的迅速发展和普及,越来越多的用户开始通过社会网络进行各种信息的分享与交流。网络中同一用户可能申请多个不同账号进行信息发布,这些账号构成了网络中的关联用户。准确、有效地挖掘社会网络中的关联用户能够抑制网络中的虚假信息和不法行为,从而保证网络环境的安全性和公平性。现有的关联用户挖掘方法仅考虑了用户属性或用户关系信息,未对网络中含有的多类信息进行有效融合以及综合考虑。此外,大多数方法借鉴其他领域的方法进行研究,如去匿名化问题,这些方法不能准确解决关联用户挖掘问题。为此,文中针对网络关联用户挖掘问题,提出了基于多信息融合表示学习的关联用户挖掘算法(Associated Users Mining Algorithm based on Multi-information fusion Representation Learning,AUMA-MRL)。该算法使用网络表示学习的思想对网络中多种不同维度的信息(如用户属性、网络拓扑结构等)进行学习,并将学习得到的表示进行有效融合,从而得到多信息融合的节点嵌入。这些嵌入可以准确表征网络中的多类信息,基于习得的节点嵌入构造相似性向量,从而对网络中的关联用户进行挖掘。文中基于3个真实网络数据对所提算法进行验证,实验网络数据包括蛋白质网络PPI以及社交网络Flickr和Facebook,使用关联用户挖掘结果的精度和召回率作为性能评价指标对所提算法进行有效性验证。结果表明,与现有经典算法相比,所提算法的召回率平均提高了17.5%,能够对网络中的关联用户进行有效挖掘。
网络与通信
语义驱动下的网络资源符号设计方法
张龙, 周杨, 田江鹏, 赵海鹏
计算机科学. 2019, 46 (4): 83-88.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.013
摘要 ( 198 )   PDF(1985KB) ( 319 )   
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网络空间资源是认知网络空间的基本单元。系统化和结构化的网络资源符号体系可为正确认知和理解网络空间态势,快速共享和辨识网络态势标绘,客观把握和了解网络资源分布情况、所处状态和归属关系提供至关重要的帮助。为此,文中参考语义驱动下的地图符号设计方法,将自然语义学理论引入网络资源符号设计过程中,提出了一种语义驱动的网络资源符号设计方法。首先,分析和梳理了网络资源的构成,给出了网络资源符号结构和符号语义模型;其次,具体阐述了网络资源符号设计流程与方法;最后,进行了网络资源符号认知实验,并与美军网络态势标号进行了对比评价。实验结果表明,文中所设计的网络资源符号具有形象化和系统化的特点。
物联网服务的语义化描述:一种WSDL到OWL-S的转换方法
凌静, 江凌云
计算机科学. 2019, 46 (4): 89-94.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.014
摘要 ( 228 )   PDF(1312KB) ( 340 )   
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对于物联网服务的描述,现有的标准是基于XML(Extensible Markup Language)的WSDL(Web Services Description Language)语言,但WSDL语言不能对物联网服务进行语义方面的描述,从而影响了服务发现的准确率。在现有的语义服务描述语言中,OWL-S(Ontology Web Language for Services)语言的影响力最为深远。为了对物联网服务进行语义化描述,提出一种从WSDL到OWL-S的转换方法。通过操作映射和本体映射,该方法能够将已有WSDL文件转换为OWL-S文件。通过一些测试集合和实例验证了所提方法对文件转换的有效性,而且转换结果的查准率和查全率优于MWSAF方法。
复杂网络上多智能体系统的一致性研究
张森, 刘文奇, 赵宁
计算机科学. 2019, 46 (4): 95-99.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.015
摘要 ( 203 )   PDF(1758KB) ( 650 )   
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如何有效提高多智能体系统的一致性收敛速度是一致性问题中的一个重要研究内容。一致性收敛速度可通过拉普拉斯矩阵的最小非零特征值来衡量,文中通过计算机仿真发现,对于不同的复杂网络模型,影响其一致性收敛速度的因素也不同。提高网络一致性收敛速度的具体方法是:在最近邻耦合网络中,减少节点数N或增大耦合数K;在NW小世界网络中,增加节点数N或者增大随机化加边概率p,因为收敛速度与二者具有良好的线性关系;在Waxman随机图网络中,增加节点数N或增大其模型中的参数αβ,当β增大时,收敛速度整体上呈线性增长,但会出现较小的波动。该研究结果对优化多智能体网络的一致性收敛速度有一定的指导作用。
RFID环境下基于自适应卡尔曼滤波的高速移动车辆速度预测
冯安琪, 钱丽萍, 黄玉蘋, 吴远
计算机科学. 2019, 46 (4): 100-105.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.016
摘要 ( 167 )   PDF(2120KB) ( 423 )   
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针对高速移动车辆的速度预测问题,提出了一种射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)环境下的基于自适应卡尔曼滤波的车辆速度预测方法。在RFID系统中,当车辆通过标签时,首先,阅读器需要获取该标签上最后一辆车的状态信息(即当前速度和时间戳),同时将自己的状态信息发送到该标签;然后,根据所获得的状态信息来构造状态空间模型;最后,通过带有变遗忘因子的自适应卡尔曼滤波算法来预测和调整车速。自适应卡尔曼滤波算法是利用期望输出值与实际输出值之间的误差来实现自适应遗忘因子的自适应更新,从而实现预测模型的在线更新。数值结果进一步表明,与最小二乘法和传统的卡尔曼滤波算法相比,该算法分别提高了87.5%和50%的速度预测精度,从而证明该算法可以为实际应用提供更好的实时性。
基于移动sink的农田无线传感器网络数据收集策略
杨莺, 杨武德, 吴华瑞, 缪祎晟
计算机科学. 2019, 46 (4): 106-111.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.017
摘要 ( 142 )   PDF(2062KB) ( 366 )   
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为解决农田无线传感器网络可扩展性较差及节点能量消耗不均匀的问题,针对农田传感器网络节点众多、网络面积大和移动sink网络对节点密度要求较低的特点,提出了适合农田应用的无线传感器网络的移动sink节点移动策略和抗干扰路由策略。算法通过划分可变子网,并利用跳数限制的汇聚树集路由算法选择路由;同时,针对sink节点附近数据传输量大而容易发生碰撞的问题,对节点的稀疏化处理和区域分时的路由能有效减少数据传输中的相互干扰。仿真结果表明,算法在抗干扰传输的同时能够延长网络的生存期。
基于用户间干扰的分子通信模型的信道容量分析
程珍, 林飞, 赵慧婷, 章益铭
计算机科学. 2019, 46 (4): 112-117.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.018
摘要 ( 129 )   PDF(1983KB) ( 274 )   
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在扩散的多用户分子通信模型中,被释放的分子遵循布朗运动规则,不可避免地存在分子间码间干扰ISI(Inter-Symbol Interference)和用户间干扰IUI(Inter-User Interference)。因此,如何提高该系统的信道容量是目前分子通信模型研究的挑战之一。针对扩散的OOK(On-Off Keying)调制的多用户分子通信模型,分析了ISI和IUI,并通过最小平均错误概率准则得到了接收方纳米机器检测过程中的最优判决阈值,从而优化了信道容量。最后使用MATLAB仿真展示了不同的参数对该分子通信模型的信道容量性能的影响。仿真结果表明,通过设置适当的先验概率、增加扩散系数和时隙持续时间、减少发送方纳米机器和接收方纳米机器之间的距离和用户数,能够提高基于用户间干扰的分子通信模型的信道容量,并降低误码率。
无线传感器网络中基于字典优化的压缩感知定位方法
吴健, 孙保明
计算机科学. 2019, 46 (4): 118-122.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.019
摘要 ( 168 )   PDF(1700KB) ( 266 )   
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传统的压缩感知定位方法将物理空间离散化为一个固定网格,并假设所有目标准确地落在该网格上,从而将定位问题转化为稀疏重构问题。事实上,目标的随机性导致很难找到满足上述假设的固定网格,进而引起字典失配问题,使得定位性能急剧下降。针对该问题,文中提出一种基于字典优化的压缩感知定位方法,将稀疏字典建模为以网格为参数的参数化字典,通过动态调整网格不断优化稀疏字典,从而将定位问题转化为联合参数优化的稀疏重构问题,并在变分贝叶斯推理框架下解决该问题。仿真结果表明,与传统的压缩感知定位方法相比,所提方法具有更强的可靠性和鲁棒性。
信息安全
基于三角剖分的数字图像分存算法
袁茜茜, 蔡占川
计算机科学. 2019, 46 (4): 123-128.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.020
摘要 ( 210 )   PDF(2337KB) ( 365 )   
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网络的不安全性导致图像信息在传输过程中容易丢失、损坏,或被不法分子窃取并用于非法传输,因此,研究数字图像的加密技术可以有效加强图像信息的安全性。数字图像分存算法是一种重要的图像信息加密技术,但是以往的图像分存技术没有考虑像素灰度分布特征,对图像进行逐像素加密,既降低了安全性,也产生了不必要的时空开销。为此,文中采用了基于数字图像像素灰度特征的非均匀三角剖分算法,结合门限方案,提出了一种新的数字图像分存算法。首先,使用非均匀三角网格剖分算法,得到随图像灰度值变化的剖分网格;其次,使用门限方案对剖分网格中每一个子三角形的顶点像素进行加密和共享;最后,使用拉格朗日插值多项式和剖分网格编码信息重构出原始图像。实验结果表明,该方法降低了像素的冗余加密,提高了安全性且图像重构效果较好,是一种有效的图像分存算法。
基于Client Puzzle的公有链接入控制模型
巫岱玥, 李强, 余祥, 黄海军
计算机科学. 2019, 46 (4): 129-136.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.021
摘要 ( 233 )   PDF(1776KB) ( 279 )   
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公有链无集中控制节点、去中心化和允许任意节点加入的特点使其拥有高效、低成本和高数据安全性的优势,但由于其允许任意节点接入,因此将增加公有链网络的脆弱性。基于Client Puzzle,提出一种节点接入控制模型CPACM(Client Puzzle based Access Control Model),使新节点接入公有链前利用算力进行工作量证明,完成工作量证明后才可接入公有链。该模型在维持公有链去中心化的同时,增加了接入控制。实验证明,该模型在不影响诚实节点加入的情况下,能以较高成功率限制低诚意节点和低算力节点的加入,并且能防止节点间的伙同,防范了恶意行为,提高了公有链网络的安全性。
窄带物联网下的安全门锁密钥可靠更新方案
刘梦君, 沙涛, 李丹, 刘树波
计算机科学. 2019, 46 (4): 137-143.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.022
摘要 ( 237 )   PDF(1744KB) ( 281 )   
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在窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)通信系统中,设备间的数据通信以无连接的UDP(User Datagram Protocol)报文方式传输。在不可靠的UDP传输机制下,密钥的可靠更新成了安全门锁机制研究中的难点。文中设计了一个无连接通信链路上的密钥可靠更新方案,该方案利用智能门锁密钥更新的特点,通过精心设计的密钥传输交互机制,使门锁设备通过UDP协议获取密钥并且可靠地完成密钥更新。理论分析和原型实验的结果表明,该方案能够可靠地更新密钥,并具有较小的通信开销和计算开销。
基于MLWE的低膨胀率加密算法
柯程松, 吴文渊, 冯勇
计算机科学. 2019, 46 (4): 144-150.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.023
摘要 ( 267 )   PDF(1299KB) ( 462 )   
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基于模容错学习问题(MLWE)的格密码算法Kyber具有抗量子攻击、加密效率高的优势,但密文膨胀率较大约为1∶25,仅适用于密钥封装等少数场景。为了构建一种能够应用于一般的公钥加密场景的加密算法,提出了一种改进的基于MLWE的低膨胀率公钥加密算法。文中在Kyber加密算法中引入新的加密参数dp,扩大了明文空间,通过严格的理论推导与实验分析了dp对加密算法正确性的影响,并优化了加密参数,降低了密文膨胀率。改进后的算法会扩大有限域(即计算空间),导致直接使用原算法中的有限域上的多项式乘法运算,需调用额外的大整数计算库,从而降低了加密效率。通过使用基于浮点运算的复数域上的快速傅里叶变换进行多项式乘法,避免了在增大后的有限域上进行大整数多项式乘法。最后,对浮点运算产生的误差进行了分析,同时使用C++实现了改进算法,并将其与Kyber的实验数据进行对比。实验表明,所提算法在保证了计算效率的同时使密文膨胀率由1∶25左右降低到了1∶4.25左右。
一种从设备零秘密存储的蓝牙密钥协商方案
李森森, 黄一才, 郁滨
计算机科学. 2019, 46 (4): 151-157.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.024
摘要 ( 222 )   PDF(1844KB) ( 375 )   
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针对现有蓝牙配对协议难以抵抗中间人攻击、复制攻击的问题,提出了一种从设备零秘密存储的蓝牙密钥协商方案。该方案利用物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions,PUF),在从设备不存储任何秘密参数的情况下,通过“三次握手”实现主设备与从设备的双向认证及链路密钥协商。理论分析和实验结果表明,该方案不仅具有较高的安全性,而且通信、计算和存储开销均较小。
分布式结构下基于用户协作的匿名区域构建算法
吴丹丹, 吕鑫
计算机科学. 2019, 46 (4): 158-163.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.025
摘要 ( 173 )   PDF(1508KB) ( 305 )   
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随着移动终端的日益普及和通信技术的飞速发展,基于位置的服务应用愈发广泛。但用户的位置信息时常涉及个人隐私,因此如何在确保服务质量的同时防止用户隐私的泄露是当前研究的热点问题。文中提出了一种分布式结构下基于用户协作的匿名区域构建算法,该方法在设定范围内随机选取锚点,并通过逐跳广播的方式搜寻协作用户,直至满足匿名需求。在协作用户响应过程中,用户计算自身到锚点的距离,形成以锚点为圆心的匿名区域。实验结果表明,该方法可有效抵御共谋攻击和匿名中心攻击,同时能较大程度地降低平均匿名面积。
基于洋葱路由的双向匿名秘密通信协议
赵梦瑶, 李晓宇
计算机科学. 2019, 46 (4): 164-171.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.026
摘要 ( 221 )   PDF(1696KB) ( 641 )   
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在网络中,通信双方的身份是一项重要的隐私,匿名通信可以隐藏通信者的身份。对于匿名通信的研究,大部分都是关于发送者匿名,而对于接收者匿名以及双向匿名通信的研究比较少。洋葱路由系统使用源路由协议和层层加密的思想构造洋葱路径,消息按照洋葱路径经过有序中转节点进行转发,隐藏了发送者的地址,实现了发送者匿名,能够有效地防止窃听和流量分析。基于洋葱路由,提出了一种新的双向匿名秘密通信协议。发送者构造的洋葱路径包含系统中所有的节点,每到一跳中转节点,都要判断该节点上是否有接收者用户。如果没有,则继续转发消息;如果有,则接收者收到消息,同时终止转发。发送者(接收者)的身份不会被对方或者任意的其他用户获取,而且除了通信双方之外,任意的中转节点和侵入者都不能获取消息,因此该协议很好地实现了双向的匿名秘密通信。该协议不使用组播实现接收者匿名,有效地减少了系统中的流量;且只基于洋葱路由一种匿名系统,实现简单。实验结果表明,随着系统用户的增加,平均响应时间和平均双向通信时间近似呈线性增长,说明该系统在用户数量很多的情况下仍然工作稳定,健壮性较好。
一种改进的高效无证书短签名方案
左黎明, 陈祚松, 夏萍萍, 汤鹏志, 康文洋
计算机科学. 2019, 46 (4): 172-176.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.027
摘要 ( 166 )   PDF(1363KB) ( 386 )   
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无证书密码体制解决了PKI(Public Key Infrastructure)证书密码体制中证书的存储和管理问题,同时有效地解决了基于身份的密码系统中的密钥托管问题,一直是密码学研究中的一个热点。鉴于传统的无证书数字签名方案容易遭受公钥替换攻击的问题,对传统的无证书数字签名的定义进行了改进,并在此基础上提出了一种基于新定义的无证书短签名方案。在Inv-CDH(Inverse Computational Diffie-Hellman)困难问题假设和随机预言机模型下证明了方案的安全性,随后对方案进行了实现。最后对所提方案与几种经典方案进行了效率分析和实验比较,结果表明所提方案的计算量小,效率较高,适用于计算能力和传输能力较弱的应用场景。
针对车联网认证方案CPAV和ABV的安全分析
王青龙, 乔瑞, 段宗涛
计算机科学. 2019, 46 (4): 177-182.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.028
摘要 ( 553 )   PDF(1247KB) ( 437 )   
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为了实现车联网中车辆身份的隐私保护,近年来人们提出了很多不同的匿名认证方案。Vijayakumar等于2018年提出了针对车联网的计算有效的隐私保留匿名交互认证(CPAV)及批量认证(ABV)方案,该方案可以实现车辆与RSU之间的匿名互认证以及RSU对车辆的匿名批量认证,能够抵抗假冒攻击、伪造攻击以及关联攻击,并且在必要时TA(Trusted Agency)能够追踪出已注册车辆的真实身份。文中对CPAV和ABV方案的安全性进行了深入分析,在CPAV方案中外部攻击者完全能够成功实施假冒攻击和伪造攻击,进而证明该方案不满足不可否认性,也不能实现对车辆的条件追踪。另外,因为该方案中使用的匿名身份是唯一的,导致该方案不能抵抗关联攻击,这表明该方案也不具有所谓的不可连接性。此外,还证明了批量认证方案也不能抵抗伪造攻击。
基于直觉模糊多属性决策的动态威胁评估模型
陈德江, 王君, 张浩为
计算机科学. 2019, 46 (4): 183-188.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.029
摘要 ( 186 )   PDF(1269KB) ( 299 )   
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针对防空作战中目标多属性及其属性值动态变化的特点,提出了一种基于直觉模糊多属性决策的动态威胁评估方法。首先,针对目标属性权重未知的情况,在综合考查决策者主观偏好和客观信息的基础上,建立了线性加权的属性权重优化模型,确定了目标属性权重;其次,针对传统威胁评估算法仅研究当前时刻属性信息的片面性,运用了泊松分布法对时间序列赋权,实现了多时刻目标信息的融合,考查了作战态势的动态变化过程;然后,采用TOPSIS的思想求解目标归一化的威胁值,从而得到来袭目标的动态威胁排序结果;最后,通过仿真实例验证了算法的灵活性和合理性,为防空作战决策者提供更加有效的辅助决策。
基于依赖分析的云组合服务信息流控制机制
刘明聪, 王娜, 周宁
计算机科学. 2019, 46 (4): 189-196.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.030
摘要 ( 127 )   PDF(1599KB) ( 267 )   
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云组合服务可以为用户提供更加丰富的功能,但在业务流程中敏感信息可能流经多个云服务,必须实施信息流控制来防止信息的泄露或非授权访问。针对云组合服务的信息流安全问题,提出了一种基于依赖分析的信息流控制机制,通过数据间的依赖关系分析云组合服务中的信息流动,并使用安全标签进行信息流控制。首先,构建了复杂组合结构的云组合服务加权有向图模型,基于安全属性定义了云服务的属性证书、数据的机密性标签以及完整性标签;接着,提出了服务内部输入依赖与服务间资源依赖的概念,并给出了基于历史信息的运行时输入依赖与资源依赖计算方法;其次,根据依赖分析给出了输出数据安全标签算法,定义了组合信息流策略并设计了分布式的信息流控制机制,实现了复杂组合结构下云组合服务中信息流的机密性和完整性保护;最后,分析评估了机制的有效性与性能。
基于非线性模糊矩阵的代码混淆有效性评估模型
苏庆, 林泽明, 林志毅, 黄剑锋
计算机科学. 2019, 46 (4): 197-202.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.031
摘要 ( 143 )   PDF(2147KB) ( 341 )   
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为了解决目前代码混淆评估方法对代码混淆效果区分度不高的问题,文中提出一种基于非线性模糊矩阵的代码混淆有效性评估模型MNLFM(Code Obfuscation Effective Assessment Model Based on Nonlinear Fuzzy Matrices),并证明了MNLFM具有评估合理性、单调递增性、连续性和突出性等特性。MNLFM可以明显改善当前代码混淆评估领域在混淆效果方面可区分性差的现状。通过量化评估指标、确定隶属函数和构造非线性模糊矩阵等方法进行建模。建立一个Java程序测试用例集,基于压扁控制流和多种不透明谓词代码混淆技术对此模型进行混淆有效性检验,并将其与其他代码混淆评估模型进行比较。实验结果验证了MNLFM可以比较混淆后代码之间的综合复杂度,并明确区分不同混淆算法对原代码的混淆程度。
基于层次聚类的警报处理方法
吴祎凡, 崔艳鹏, 胡建伟
计算机科学. 2019, 46 (4): 203-209.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.032
摘要 ( 139 )   PDF(1818KB) ( 265 )   
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针对入侵检测系统普遍存在冗余警报从而影响攻击类型判断的问题,文中提出了一种基于改进层次聚类的警报处理方法,其能减少冗余警报,提高攻击类型检测的准确性。该方法在层次聚类的基础上,使用警报的内容作为聚类的唯一属性值,增加了具有先验知识支撑的有效Alert占比来作为聚类阈值选取的标准,并改进了常规聚类直接抛弃高于阈值的类的处理方法,使用余弦相似度算法计算高于阈值的类的代表Alert,有效避免了有用警报的丢弃。在通过合适的阈值聚类后,按照时间轴的顺序来展示时间窗口内去重且聚类后的警报结果,以便对攻击者的攻击类型进行快速判断。实验结果表明,改进后的聚类方法有较好的去冗效果。
人工智能
基于态势评估技术的移动机器人局部路径规划
柴慧敏, 方敏, 吕少楠
计算机科学. 2019, 46 (4): 210-215.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.033
摘要 ( 237 )   PDF(1637KB) ( 358 )   
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从认知的角度,提出采用态势评估技术来求解移动机器人局部路径规划的问题。首先,在机器人坐标系下将机器人前方[10°,170°]的范围划分为5个区域,在二维激光测量数据与图像数据的融合结果中,提取不同区域的机器人环境态势要素;建立机器人行为选择贝叶斯网络模型,以机器人的环境态势要素为证据进行推理,选择推理结果中后验概率值最大的某种行为:直线行走、避障和逃离U型陷阱;对选择的行为处理后,依据声纳测量数据选择下一步要移动的栅格,并调整机器人的行进方向。11种典型仿真场景的测试中,1种场景测试失败,其余10种场景中机器人均能够以最短或次短的行进路线到达目的地。实验结果表明,利用态势评估技术解决移动机器人局部路径规划问题是一种有效且可行的方法。
基于谱聚类的二分网络社区发现算法
张晓琴, 安晓丹, 曹付元
计算机科学. 2019, 46 (4): 216-221.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.034
摘要 ( 445 )   PDF(1772KB) ( 3058 )   
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二分网络是一类特殊的网络,在探索网络深层结构上具有重要作用。针对二分网络社区划分方法仍存在划分精度不高的问题,应用标准化谱聚类,提出了二分网络社区发现算法——谱聚类交互算法(SPCI)。首先,根据二分网络中两类节点之间的连边关系,构建相似性矩阵;然后,利用谱聚类算法将其中一类节点聚类;最后,利用交互度指标实现二分网络的社区划分。在人工数据和真实数据上的验证表明,SPCI不仅拥有比资源分布矩阵算法、边集聚系数算法和联合谱聚类算法更高的准确性和模块度,而且可以较为准确地确定社区划分个数。
基于双加权投票的蛋白质功能预测
唐家琪, 吴璟莉, 廖元秀, 王金艳
计算机科学. 2019, 46 (4): 222-227.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.035
摘要 ( 176 )   PDF(1301KB) ( 292 )   
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蛋白质是完成重要生物活动所必需的分子。准确掌握蛋白质功能,将对生命科学研究及应用起到极大的促进作用。高通量技术的发展产生了海量的蛋白质序列,利用计算技术预测大规模蛋白质功能已成为当今生物信息学的核心任务之一。目前,作为蛋白质功能预测的研究热点,基于蛋白质相互作用网络的预测方法在降低数据噪声影响、充分利用网络拓扑特性及整合多源数据等方面仍不够完善。文中结合带阻力随机游走得到的全局拓扑相似度,及功能术语的语义相似度,设计了一种双加权投票蛋白质功能预测算法BiWV;并在此基础上整合了生物通路信息,提出了带生物通路的双加权投票算法——BiWV-P。在酿酒酵母和人类数据集上,对所提算法与TMC,UBiRW和ProHG 3种算法的预测效果进行对比分析。实验结果显示,算法BiWV和BiWV-P能够有效预测蛋白质功能,并在许多数据集上获得较其他算法更高的微正确率与微F1。
基于用户兴趣和地理因素的兴趣点推荐方法
苏畅, 武鹏飞, 谢显中, 李宁
计算机科学. 2019, 46 (4): 228-234.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.036
摘要 ( 252 )   PDF(1623KB) ( 795 )   
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在基于位置的社交网络中,协同过滤作为目前应用最广泛的推荐技术,存在数据稀疏性和冷启动等问题。针对协同过滤算法的不足,提出了一种结合用户兴趣和地理因素的兴趣点推荐算法。该方法首先通过自适应带宽的核密度分布、朴素贝叶斯算法以及兴趣点的流行度挖掘用户的地理偏好,并根据地理偏好模型筛选出一部分候选推荐兴趣点;然后,为了克服协同过滤算法的数据稀疏性问题和用户冷启动问题,结合用户签到相似性、类别信息和用户信任度构建用户偏好模型进行兴趣点推荐;最后,使用 Yelp数据集进行实验分析,结果表明所提出的基于用户兴趣和地理因素的兴趣点推荐模型取得了良好的推荐效果。
利用最近邻域推荐且结合情境感知的个性化推荐算法
张宏丽, 白翔宇, 李改梅
计算机科学. 2019, 46 (4): 235-240.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.037
摘要 ( 212 )   PDF(1364KB) ( 376 )   
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针对传统情境感知推荐算法推荐精确度低和适用环境受限等问题,提出了一种可行的解决方案。该方案可以根据检测到的情境信息找到相关的媒体内容,比仅依赖特征提取的方案更有效。首先,利用情境数据和搜索信息来识别所选项的情境与特定情境中用户的兴趣度之间的隐藏关系,并构建未知排名的推荐模型。然后,通过使用给定的情境列表来计算用户对项目的预期排名分数,从而进行情境感知评级。根据用户的情境参与选择新项目,从而使检测到的情境有助于促进对相关项目的搜索。进一步使用优化函数来最大化结果推荐的平均精度(MAP)。实验结果表明,与目前较为先进的两种算法相比,提出的方法表现出了比传统协同过滤算法更好的性能,且分别使平均绝对误差值降低了1.8%和1.2%,在推荐精确度和召回率方面也均优于两种对比方法。
面向城市环境的四旋翼无人机在线避障航迹规划方法
成浩浩, 杨森, 齐晓慧
计算机科学. 2019, 46 (4): 241-246.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.038
摘要 ( 152 )   PDF(2287KB) ( 603 )   
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针对面向城市环境的四旋翼无人机的在线避障航迹规划问题,分别研究了常用的快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)和人工势场的改进算法。为了解决RRT算法收敛速度慢、航迹曲折的问题,首先利用概率引导的方式对随机树的生长方向进行引导,然后对航迹进行裁减和B样条曲线平滑处理,生成满足四旋翼无人机性能要求的可行航迹;为了解决人工势场法陷入局部极小值和振荡的问题,首先利用改进的势场函数生成初始航迹,然后利用航迹点裁剪和B样条曲线进行优化,得到最终规划航迹。最后在城市环境模型下,从算法规划时间、规划航迹长度和转折角度3个方面将改进RRT算法与改进人工势场法进行仿真比较,结果表明改进RRT算法更适用于四旋翼的在线避障航迹规划。
基于PG-RRT算法的移动机器人路径规划
郗枫飞, 曾晰, 计时鸣, 陈国达, 蔡超鹏
计算机科学. 2019, 46 (4): 247-253.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.039
摘要 ( 276 )   PDF(3839KB) ( 508 )   
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路径规划问题是移动机器人领域的重点问题,也是发展移动式机器人智能工厂的基础。快速扩展随机树算法(RRT算法)由于其良好的求解性,广泛应用于移动机器人路径规划。针对RRT算法面对复杂地图时随机采样效率低、路径重复性差的问题,提出一种基于模拟植物生长引导的RRT移动机器人路径规划算法(PG-RRT算法),提升了路径寻优的稳定性和效率。利用植物生长遵循的三大原则(向光性原则、遮挡物影响原则、负向地性原则),结合变步长技术、膨胀技术快速得到用于RRT算法采样的PG膨胀引导域,并得到最终路径。多组不同障碍物地图的仿真实验表明:相比于传统RRT算法和单一PG算法,PG-RRT算法减少了迭代次数,获得了更优的路径距离,而相比于A*算法,该算法则大大缩短了计算时间。最后通过基于ROS系统机器人平台的实车测试,验证了PG-RRT算法的实用性。
图形图像与模式识别
基于层次特征的自适应径向基插值图像放大的保真指标
李春景, 胡静, 唐枝
计算机科学. 2019, 46 (4): 254-260.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.040
摘要 ( 128 )   PDF(4409KB) ( 331 )   
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图像作为一种重要的信息载体,在生活中不可或缺,如何最大程度地保留和获取图像中的信息自然也成了人们所关心的话题。近年来,径向基函数(RBF)插值成为解决散乱数据插值的一种新的有效方法。径向基函数的图像放大过程中,不同参数取值对图像的放大具有非常大的影响,构造适当的保真指标对图像放大质量的评判和参数取值的研究尤为关键。文中主要建立了基于图像的层次特征和分块矩阵的径向基函数插值的图像放大的保真指标,它由全局失真度和边缘失真度两部分组成,实验结果表明了保真指标定义的有效性,在此基础上研究了MQ、逆MQ,以及Gauss径向基函数参数与图像纹理放大机制的关联程度。
基于Shearlet域的改进加权法结合自适应PCNN的图像融合算法
王英, 刘帆, 陈泽华
计算机科学. 2019, 46 (4): 261-267.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.041
摘要 ( 138 )   PDF(4390KB) ( 340 )   
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针对传统多聚焦图像融合算法获得的融合图像对比度低的问题,提出基于改进加权法和自适应脉冲耦合神经网络的多聚焦图像融合算法。首先,源图像经Shearlet分解产生一个低频子带和一系列不同尺度、不同方向的高频子带。将源图像的低频子带的和以及低频子带的差的绝对值进行加权求和,采用平均梯度计算权值,得到融合后的低频子带;高频子带采用自适应脉冲耦合神经网络融合规则,其中,脉冲耦合神经网络采用改进的拉普拉斯能量和作为激励,其链接强度由源图像的区域空间频率自适应计算,根据脉冲耦合神经网络的点火映射图得到融合后的高频子带,最后经Shearlet逆变换得到融合图像。文中选择1组人工仿真多聚焦图像Cameraman和3组真实的多聚焦图像Pepsi,Clock和Peppers进行实验,并与其他7种融合方法进行比较,采用4种常见的质量评价指标对融合图像进行客观评价。实验结果表明,所提方法在主观视觉和客观评价上均有较好的效果。
融合word2vec和注意力机制的图像描述模型
邓珍荣, 张宝军, 蒋周琴, 黄文明
计算机科学. 2019, 46 (4): 268-273.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.042
摘要 ( 207 )   PDF(1833KB) ( 532 )   
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针对当前图像描述任务中,生成描述图像的语句整体质量不高的问题,提出一种融合word2vec和注意力机制的图像描述模型。在编码阶段,应用word2vec模型描述文本向量化操作,以增强词与词的相关性;应用VGGNet19网络提取图像特征,并在图像特征中融合注意力机制,使得模型在每一个时间节点上生成单词时能够突出相对应的图像特征。在解码阶段,应用GRU网络作为图像描述任务的语言生成模型,用以提高模型的训练效率和生成句子的质量。在Flickr8k和Flickr30k两个公共数据集上的实验结果表明,在同一训练环境下,GRU模型的训练时长比LSTM模型节省了1/3的时间,在BLEU和METEOR评价标准上,所提模型的性能得到了显著提升。
基于增量自适应学习的在线肌电手势识别
李愚, 柴国钟, 卢纯福, 唐智川
计算机科学. 2019, 46 (4): 274-279.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.043
摘要 ( 151 )   PDF(1893KB) ( 403 )   
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表面肌电信号由于个体差异性,在作为外设的控制源时,往往需要针对个体进行长时间的前期训练以获得精准分类辨识模型。针对该问题,在原有的KKT-SVM增量学习方法的基础上,提出了一种基于DBSCAN密度聚类的SVM增量学习算法(D-ISVM),并将该算法应用于在线肌电手势识别。首先,考虑新增样本和原非SV样本对新SV集的影响,通过DBSCAN对样本分布的紧密程度进行分析聚类,筛选出原SV集附近的新增样本以及原非SV样本;其次,结合核心对象以及各样本到超平面的距离进行二次筛选;最后,将筛选出的样本与原SV集一起训练以获得新SV集。实验结果表明,与传统算法相比,提出的D-ISVM增量学习算法能保持更高的识别准确率,同时进一步提高分类模型的学习速度,并有效解决了在线手势识别中表面肌电个体差异性的问题。
基于改进SIFT的多光谱图像匹配算法
孙雪强, 黄旻, 张桂峰, 赵宝玮, 丛麟骁
计算机科学. 2019, 46 (4): 280-284.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.044
摘要 ( 186 )   PDF(2678KB) ( 304 )   
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针对多光谱图像在各谱段匹配时需要兼顾速度与精度的问题,文中从以下几个方面对SIFT算法进行了改进。针对SIFT算法中特征描述子的维数过高而导致的匹配速度过慢、匹配率低等问题,通过改进特征描述子的结构来实现对描述子的降维。在SIFT特征匹配方面,根据Hessian矩阵的迹的正负确定特征点是极大值点还是极小值点,为后续特征向量匹配缩小搜索范围;然后根据特征点的位置信息剔除部分匹配点对。实验结果表明,改进算法不仅保留了SIFT算法对旋转和亮度等不变性的优势,而且能够有效减少运行时间,并在一定程度上提高了匹配率。
利用HSI空间相似性的彩色形态学图像处理方法
何晓军, 徐爱功, 李玉
计算机科学. 2019, 46 (4): 285-292.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.045
摘要 ( 215 )   PDF(4922KB) ( 466 )   
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形态学方法是利用结构单元量度和提取图像中的目标形状,以达到图像分析和处理的目的,已被广泛用于二值及灰度图像处理。为了将灰度形态学扩展到彩色图像,文中在HSI彩色空间中定义了彩色相似性,并据此提出彩色形态学的图像处理方法。首先,在HSI空间中结合色调、饱和度及亮度定义了一种彩色相似性测度,以刻画彩色矢量间的相似性程度;然后,利用彩色相似性构建了一种新型彩色形态学,包括膨胀、腐蚀、开、闭等基本操作;最后,将结合彩色相似性的形态学基本操作应用于彩色图像边缘提取。通过实验对彩色形态学图像处理方法的性能进行了深入分析和研究,当参数k≤0.05时,彩色形态学操作效果较优。通过实验比对,验证了该方法对彩色目标的平滑能力及边缘提取性能,同时也说明了其图像处理的实用性和有效性。
基于四元数小波变换和Copula模型的图像融合
李凯, 罗晓清, 张战成, 王骏
计算机科学. 2019, 46 (4): 293-299.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.046
摘要 ( 175 )   PDF(2739KB) ( 266 )   
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四元数小波变换是一种既能够提供幅值又能够提供相位信息的新型多尺度变换工具。文中通过Copula模型捕获四元数小波变换系数的相关性,提出了一种基于四元数小波变换和Copula模型的图像融合算法。该算法首先对待融合图像进行四元数小波分解,接着通过构建Copula模型捕获高频子带幅度相位及低频对应相位之间的相关性,然后提取高频子带系数特征,即Copula联合概率密度的区域能量、相位梯度、系数能量和局部对比度。通过这些特征构建综合特征,并将该特征作为高频活动测度,采用综合特征取大的融合规则实现高频子带的融合;低频子带结合低频相位梯度和相位局部方差得到综合特征,将该特征作为低频活动测度,然后通过取大的融合规则实现低频子带的融合。最后使用逆四元数小波变换得到融合图像。实验结果表明,与传统融合算法相比,所提算法在主观和客观方面均取得了较佳的融合效果。
交叉与前沿
基于区块链的在线广告投放模型
陆歌皓, 李翔宇
计算机科学. 2019, 46 (4): 300-308.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.047
摘要 ( 284 )   PDF(1681KB) ( 478 )   
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以互联网广告为代表的数字媒体广告在飞速发展的同时也显示出许多亟需解决的问题,例如,数字广告的过程不透明,反馈数据造假、多级代理导致的效率低下等问题被放大,广告主的海量投资在不明就里的情况下被浪费掉。区块链技术提供了一种去中心化的、可信任的点对点分布式网络解决方案。文中基于区块链、智能合约等技术,尝试构建了具有分布式点对点网络、去中心化、数据不可篡改、交易过程透明且可追溯、共识信任机制等特点的在线广告投放模型,以探索一种新的广告商业生态系统,为广告主和广告从业者提供安全、自由、高效、自动化、智能化的交易市场。结合在线广告过程,阐述了基于区块链的在线广告投放模型的运行过程。最后,展望了方案中涉及的智能合约、商业模式以及与其他成熟技术相融合等可继续深入探究的方向。
一种基于SAT求解器的组合电路重汇聚现象分析方法
张璐婕, 刘畅, 张龙, 郭阳
计算机科学. 2019, 46 (4): 309-314.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.048
摘要 ( 184 )   PDF(1466KB) ( 401 )   
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为了研究组合电路重汇聚现象,提出了一种基于SAT求解器的分析方法。通过深度优先搜索算法,确定瞬态脉冲产生节点和输出节点之间的所有路径;建立待检查列表,对表中的元素施加敏化约束条件,并采用SAT求解器求解元素可满足性;最后判断是否存在满足条件的输入向量,使瞬态脉冲通过不同路径在输出节点发生重汇聚。所提方法可以有效地对较大规模组合电路进行分析,采用EPFL 和ISCAS’85作为测试集,实验结果表明,ISCAS’85测试集中约有一半节点处产生的瞬态脉冲能够发生重汇聚,这一比例明显高于EPFL测试集,因此不同类型功能电路重汇聚现象的发生率存在较大差异。
SP-AS/RS基于新型出入口结构的行程时间分析
童泽平, 吴应强, 任亮, 李巍
计算机科学. 2019, 46 (4): 315-320.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.049
摘要 ( 162 )   PDF(2037KB) ( 213 )   
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为建立分离平台式自动化存储系统的双命令行程时间分析模型,寻求自动化存储系统的最佳设计,文中引入新型的系统出入口位置结构,通过分析分离平台式自动化存储系统的运作流程,建立双命令周期的行程时间数学模型,并验证模型优化的有效性。从期望行程时间角度分析,当形状因子b=1时,提出的模型有效率更高,提高了27.92%。研究的创新性在于引入新型出入口位置结构之后,用更为实际的双命令存储模式对自动化存储系统进行了行程时间分析,优化了双命令周期期望行程时间模型。在双命令周期存储模式下,分离平台式自动化存储系统引入新型出入口位置结构后,相比传统的分离平台式自动化存储系统的运作效率更高。
基于SW26010处理器的FT程序的性能优化
陶小涵, 庞建民, 高伟, 王琦, 姚金阳
计算机科学. 2019, 46 (4): 321-328.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.050
摘要 ( 275 )   PDF(2230KB) ( 531 )   
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“神威·太湖之光”是中国自主研发的超级计算机,其处理器芯片为国人自主研发的SW26010异构众核处理器,每个处理器内含有4个核组,每个核组包括1个主核和64个从核。NPB-FT程序的功能是利用快速傅立叶变换求解三维偏微分方程,其被广泛用于评测集群的计算和集合能力,因此选用FT程序对“神威·太湖之光”提供的多层次并行资源和体系架构的性能进行测试具有重要的意义。首先,利用加速线程库将程序改写为主从版本,使计算核心能够在从核上执行;其次,利用从核的寄存器通信以及主从核间的数据传输通道,消除FT程序中的数据转置过程;然后,实现了计算与通信隐藏,避免了核间通信时核内的计算资源处于空闲状态;最后,利用向量化和指令流水技术,提升程序的数据级并行和指令级并行。实验结果为:单核上3D-32规模的加速比为66,64核上3D-512规模的加速比为20,256核上3D-2048规模的加速比为46。
基于目标矩阵的CPU热点可持续冷却模型
颜兵情, 袁景凌, 陈旻骋, 刘东领, 江涛
计算机科学. 2019, 46 (4): 329-333.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2019.04.051
摘要 ( 157 )   PDF(2785KB) ( 285 )   
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为了解决CPU发热导致的自身过热问题,很多学者都提出了各自的CPU降温模型,以实现绿色节能。在已有的热量循环利用模型的基础上,定量分析了CPU热点可持续冷却模型成立的数学条件,建立了CPU降温过程中基于温度变化的目标热量矩阵模型,通过实验分析了热点区域的温度变化等特征,并验证了该数学关系模型的正确性;在比较已有热量循环利用模型的基础上,进一步提出了考虑系统自身散热因素的可持续冷却模型,该模型能够利用所提出的目标热量矩阵进行验证。实验表明,所提出的考虑自身散热的可持续冷却模型的冷却效率提高了0.937%。