计算机科学

苗启广,李宇楠

计算机科学. 2017, 44 (11): 1-8. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.001

摘要 ( 471 )

PDF(1532KB) ( 937 )

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雾霾天气下拍摄的图像往往会因空气中的气溶胶粒子散射而降质,并因此影响后续的室外计算机视觉系统的应用。为此,研究者提出了大量方法来复原雾霾图像的质量。文中归纳总结了图像去雾霾方法的研究现状,重点研究和分析了基于图像增强和基于物理模型这两大类方法,深入探讨了其中一些已被广泛认可的经典算法的优劣,并分析了几种雾霾天气复原图像客观评价的方法。最后,提出了图像去雾霾算法未来的几种研究思路,并展望了未来的发展趋势。

自适应软件的策略自动生成与演化

林华山,刘洋,焦文品

计算机科学. 2017, 44 (11): 9-14. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.002

摘要 ( 448 )

PDF(885KB) ( 529 )

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随着软件功能的日益强大和运行环境的日益复杂,软件要求能够及时感知环境和需求的变化,并做出相应的反应。自适应系统是一种能够通过感知环境和运用自身知识决策自身行为的软件框架。策略集是自适应系统的核心知识,但是现有自适应研究都缺少对策略的生成、维护、演化等的关注。借鉴决策树算法,提出一种使用策略树来自动生成、演化和维护策略集的方法,使得自适应软件能够更好地使用知识,排除人为制定策略对自适应软件效果的影响；同时,以RubiS网站为基础,通过仿真实验验证了方法的可行性。

软件集成开发环境的技术债务管理研究

刘亚珺,李兵,李增扬,梁鹏,吴闽泉

计算机科学. 2017, 44 (11): 15-21. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.003

摘要 ( 428 )

PDF(1291KB) ( 593 )

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软件技术债务是运用经济学中“债务”的概念来描述软件开发中因项目短期利益而实施的技术折中。但从长期来看,技术债务会影响软件的质量、成本和开发效率,因此有必要对其进行有效管理。现有的技术债务管理工具数量少且存在各种局限性,难以实现有效的管理。主流的软件集成开发环境功能强大且应用广泛,可以为技术债务管理服务。以具有代表性的集成开发环境Visual Studio 2015企业版为研究对象,通过C#实例发现其管理4类与代码直接相关的技术债务的能力,并将其与4种专门的技术债务管理工具进行对比,为开发团队的日常实践提供技术债务管理支持。结果表明,Visual Studio能够提供更好的技术债务管理功能,并能应用多种方法对项目中存在的各类技术债务进行不同程度的管理。

一种基于动态插桩的JavaScript反事实执行方法

龚伟刚,游伟,李赞,石文昌,梁彬

计算机科学. 2017, 44 (11): 22-26. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.004

摘要 ( 517 )

PDF(792KB) ( 682 )

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目前,静态分析技术已被广泛用于JavaScript程序的安全性分析。但是由于JavaScript支持通过eval等方法在运行时动态生成代码,仅靠静态分析难以取得动态生成代码。一种可行的解决方法是通过动态运行目标程序取得动态生成代码,再对其进行静态分析。然而,动态运行目标程序只能覆盖有限的执行路径,会遗漏其他执行路径中的动态生成代码。针对这一问题,基于动态插桩实现了一个反事实执行方法。该方法通过修改JavaScript引擎,在其语法解析阶段动态插入反事实执行体,使条件不成立的分支路径和当前执行路径均能够得到执行。通过该插桩方式,即使嵌套调用eval等方法,也能在其动态生成代码中完成插桩。同时,还实现了一种按需undo方法,以消除反事实执行体中赋值操作带来的影响,且能够避免冗余操作。实验结果表明,实现的方法能够有效地扩大动态分析中执行路径的覆盖面。

基于测试例生成的Android应用数据竞争验证方法

佘艺,唐弘胤,吴国全,陈伟,魏峻,黄涛

计算机科学. 2017, 44 (11): 27-32. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.005

摘要 ( 453 )

PDF(908KB) ( 588 )

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Android应用是一种事件驱动的并发程序。后台线程与异步事件执行顺序的不确定,导致数据竞争在Android应用中普遍存在。现有的针对Android应用的竞争检测工具会产生大量误报,且不能确定地重现竞争。针对以上问题,在现有的竞争检测结果的基础上,提出了一种基于测试用例生成的Android应用数据竞争验证方法。该方法首先构建应用的状态转化图,并基于状态转化图和现有竞争检测工具的检测结果自动生成包含潜在数据竞争的测试用例,然后在测试用例执行的过程中通过控制事件分发和线程的执行顺序来暴露竞争,观察竞争是否会引起程序异常。实验结果表明,该方法能有效地重现数据竞争引起的并发错误,并指出检测结果中的误报。

一种面向云构软件的云操作系统

王伟,胡长武,郭栋,张静轩,常进达,张礼庆

计算机科学. 2017, 44 (11): 33-40. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.006

摘要 ( 376 )

PDF(1310KB) ( 725 )

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云计算和互联网的兴起不仅带来了数据中心的变化,也带来了软件的开发、部署、运维和使用上的变革。随着当前云计算和网络环境的不断完善,传统软件如何更好地利用云计算平台并服务于终端用户是计算机软件领域的研究热点,具有广泛的现实意义。近年来,随着实时互联网、微服务、云端渲染、容器等技术和理念发展的不断深入,软件(Software)形态将进一步朝着云件(Cloudware)形态的方向发展。文中主要探究了在云计算和互联网环境下“云件”这一新型软件范型,并针对该软件范型提出了一种新型的云操作系统:GalaxyOS。GalaxyOS可以在不修改传统软件的情况下直接将软件部署到云端运行,并通过浏览器实时投射到终端用户,实现传统软件的新型服务模式。通过采用微服务架构设计,使得该云操作系统具有较好的可扩展、容灾性和灵活配置等特性。通过对实际的GalaxyOS原型系统的实现和交互时延及资源占用进行实验,验证了所提方法在用户体验上的有效性。

基于Mozilla的安全性漏洞再修复经验研究

张凯,孙小兵,彭鑫,赵文耘

计算机科学. 2017, 44 (11): 41-49. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.007

摘要 ( 457 )

PDF(1378KB) ( 547 )

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相较于其他类型的漏洞,安全性漏洞更容易发生再修复,这使得安全性漏洞需要更多的开发资源,从而增加了这些安全性漏洞修复的成本。因此,减少安全性漏洞再修复的发生的重要性不言而喻。对安全性漏洞再修复的经验研究有助于减少再修复的发生。首先,通过对Mozilla工程中一些发生再修复的安全性漏洞的安全性漏洞类型、发生再修复的原因、再修复的次数、修改的提交数、修改的文件数、修改的代码行数的增减、初始修复和再修复的对比等数据进行分析,发现了安全性漏洞发生再修复是普遍存在的,且与漏洞发生原因的识别的复杂程度和漏洞修复的复杂程度这两个因素有关；其次,初始修复涉及的文件、代码的集中程度是影响再修复的原因之一,而使用更复杂、更有效的修复过程可有效避免再修复的发生；最后,总结了几种安全性漏洞发生再修复的原因,使开发人员有效地识别不同类型的安全性漏洞再修复。

砂岩显微图像分析方法及其工具实现

郝慧珍,姜枫,李娜,顾庆

计算机科学. 2017, 44 (11): 50-55. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.008

摘要 ( 258 )

PDF(1039KB) ( 829 )

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图像分析是研究砂岩薄片的重要手段。研究适用于砂岩薄片的图像分析的方法并进行工具实现,在岩石学研究、油气勘探等方面具有重要意义。文中设计开发了砂岩显微图像分析软件系统。首先,提出基于超像素分割和聚类的图像分割方法来分割砂岩薄片显微图像,形成只具有单一矿物成分的超像素；然后,以矿物显微图像作为训练数据,提取颜色和局部等特征参数来训练分类器分类超像素；最后,合并相邻超像素从而形成完整的矿物颗粒,并标定其类别成分。在对方法进行研究的基础上,进行软件设计实现,对砂岩薄片显微图像中的矿物组分和组构特征进行分析。对一些采自西藏的典型砂岩薄片显微图像的分析表明,该方法具有良好的实用价值,但还需要进一步完善和优化。

一种面向SaaS多租户的多层模型

李响,李彤,谢仲文,何云,成蕾,韩煦

计算机科学. 2017, 44 (11): 56-63. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.009

摘要 ( 312 )

PDF(1134KB) ( 747 )

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SaaS(Software as a Service)伴随云计算而出现,它与传统软件的区别较大。根据SaaS软件的特点,提出支持SaaS软件成熟度的SaaS软件分层元模型,使用形式化方法对每一层进行建模描述。受面向对象Petri网(Object-Oriented Petri Nets,OOPN)和有色Petri网(Colored Petri Nets,CPN)思想的启发,提出面向服务网结构SOP(Service-Oriented Petri Nets)和CSOP(Colored Service-Oriented Petri Nets)。一方面,使用封装的库所元素代表服务,体现了服务对外不可见,且内部结构影响系统运行。另一方面,不同的颜色集代表不同租户请求,突出了SaaS多租户的特点。这不仅为复杂的SaaS软件建模提供了方法,还能够折叠系统变迁,压缩状态空间。最后,以一个客户关系管理 (Customer Relationship Management,CRM)SaaS软件系统为例,验证了文中工作的可行性。

基于语义补丁的Linux驱动程序后向移植技术

朱丽华,文艳军,董威

计算机科学. 2017, 44 (11): 64-68. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.010

摘要 ( 314 )

PDF(824KB) ( 719 )

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使用语义补丁技术对Linux的网卡驱动程序的后向移植方法进行研究。通过分析多个不同内核版本的驱动程序代码,在兼容库代码的支持下,提出了一种使用语义补丁进行驱动程序后向移植的方法。针对符号和函数分别开发了语义补丁,解决了后向移植过程中代码冗余以及补丁文件过多的问题,提高了后向移植的效率。实验分析表明,所使用的语义补丁的代码行数比普通补丁减少了很多,使得移植过程更加高效。在后向移植的过程中,对兼容库的构造方法进行了总结,使得移植后的代码可读性更强。所提方法对实现其他驱动程序的后向移植提供了借鉴意义。

一种基于UML关系的Java代码库构造方法

姜人和,郑晓梅,朱晓倩,潘敏学,张天

计算机科学. 2017, 44 (11): 69-79. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.011

摘要 ( 438 )

PDF(1575KB) ( 763 )

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关系信息是体现代码结构和语义的最重要的一类信息,如继承、聚合、组合、依赖、调用和创建实例等。为了更好地支持开源代码的理解与复用,提出了一种基于UML2关系的代码库构造方法。它以图数据库为实现平台,采用语言工程中经典的抽象语法树作为基础,并针对Java语言的特性和机制,设计富语义的Java代码属性图数据模型,在此基础上使得Java代码的图结构持久化。同时,为了屏蔽各种编程语言社区对代码中关系信息理解的差异性,采用UML2.4国际标准版本中定义的关系类型及语义解释,设计相应的代码关系抽取算法,为图节点添加对应的关系边。针对代码图化后的膨胀及代码库的空间存储消耗情况,选取9个常见的开源项目进行了实验评估。最后,给出了基于此代码库的查询应用实例。

构件系统建模及其动态演化一致性验证方法

郑明,李彤,林英,周小煊,李响,明利

计算机科学. 2017, 44 (11): 80-86. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.012

摘要 ( 331 )

PDF(1256KB) ( 567 )

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基于构件的软件开发已成为软件开发的主流方法,但针对构件系统动态演化后的一致性保持问题,目前尚缺乏统一的标准,为此提出一种验证构件系统动态演化一致性的方法。首先,应用进程代数构造构件模型,并在此基础上得到粗粒度的构件系统模型；然后,根据构件系统模型及其状态的变化,提出构件系统外部行为提取算法,并基于弱互模拟理论定义构件系统动态演化一致性的验证准则；最后,提取演化前后构件系统的行为,并将其转换成便于Pi演算自动工具MWB(Mobility Workbench)识别的格式,以进行行为一致性验证。案例研究表明,该方法是可行且有效的。

上下文敏感的控制流完整性保护的改进方法

沈钦涛,张丽,罗磊,马俊,余杰,吴庆波

计算机科学. 2017, 44 (11): 87-90. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.013

摘要 ( 321 )

PDF(571KB) ( 570 )

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面对控制流劫持攻击的威胁,业界使用控制流完整性保护技术来保障进程的执行安全。传统的控制流完整性验证保护机制依赖于动态二进制改写技术,在分析、实施等过程中难度较大,且有可能带来二进制兼容的问题。通过研究近几年提出的上下文敏感的控制流保护技术PathArmor,分析了其检测进程控制流的时机。然后针对PathArmor只在进程做系统调用时才进行检测的机制,提出了改进的方法。该方法依据内核页错误中断处理机制,通过修改用户页面的保护属性主动触发可执行页面的执行错误；接着,修改页错误中断处理过程,钩挂do_page_fault以处理主动触发的执行错误。用户进程代码和数据的完整性得以保证的同时,得到了更多陷入内核接受检查的机会。在Nginx,bzip2,SQLite等典型应用环境下的实验结果表明,改进的方法能够明显增加系统安全分析的粒度,更好地保护程序的控制流。

基于数据库事务的不变式推导

曾虹驰,彭鑫,赵文耘

计算机科学. 2017, 44 (11): 91-97. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.014

摘要 ( 260 )

PDF(992KB) ( 560 )

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作为数据处理和并发控制的基本单位,数据库事务被广泛应用于软件系统的业务逻辑中。通过收集运行时数据库事务中的数据,推导这些数据之间满足的不变式,建立相应的数据契约关系,是软件维护过程中对系统的内部状态进行监控的重要方法之一。目前,在不变式推导领域,主要的方法和工具都是基于代码进行分析的,缺少与基于数据分析相关的研究和成果。为了解决这一问题,首先提出了基于数据的推导代数等式形式的不变式的算法,然后设计并实现了基于数据库事务的不变式推导的原型工具,最后通过相关实验分析和验证了原型工具的有效性。实验结果表明,原型工具有良好的推导准确率和运行性能,能够弥补现有工具和方法在基于数据的分析领域的不足。

一种基于文档的移动平台间UI控件对应方法

徐同同,刘曲涛,郑晓梅,潘敏学,张天

计算机科学. 2017, 44 (11): 98-103. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.015

摘要 ( 429 )

PDF(917KB) ( 580 )

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多平台开发是移动应用软件开发的一个重要特点,同时还具有版本演化快和开发周期短的要求,这给移动开发带来了巨大的挑战。由于目前主流的移动平台大多采用MVC架构模式,并且在开发上体现出了UI驱动和事件驱动的特点,因此不同平台(如iOS和Android等)之间的UI控件具有较强的对应性,这给移动应用的开发人员在多平台开发时提供了重要的参考。提出了一种基于文档来理解不同平台之间UI控件对应性的方法,该方法以iOS和Android两种移动平台为研究对象,通过自然语言处理技术来分析从官方文档中抓取的UI控件描述文字,基于空间向量模型计算控件之间的相似度,并针对移动应用的特点设计了同义词集来保证匹配的准确性。基于所提方法,对iOS和Android平台上的典型UI控件进行了具体实验,结果表明,在单控件对应性方面,该方法能找到大部分的控件对应性,具有较高的准确度。

面向对象的可信构件网的组装研究

赵娜,王剑,李彤,郁涌,李鹏,谢仲文

计算机科学. 2017, 44 (11): 104-108. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.016

摘要 ( 244 )

PDF(670KB) ( 443 )

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以当前可信软件研究中的一个热点问题——基于构件的可信软件构造及其关键理论和技术为主要内容开展研究工作。在前期的工作中,根据面向对象的思想对Petri网进行扩展,提出了基于面向对象思想的可信构件网,从而对构建的基于构件的可信软件模型中的可执行的构件集进行描述。在描述的可信构件网模型框架中,将讨论两个构件基于连接件的并行组装、选择组装、顺序组装、循环组装。通过连接件的连接作用,根据一定的组织关系协调构件之间的关系,最终将组合的构件形成一个有机的整体。

运用变异测试的并行程序测试用例最小化算法

郑炜,冯晨,吴潇雪,黄月明,方靓芸

计算机科学. 2017, 44 (11): 109-113. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.017

摘要 ( 219 )

PDF(667KB) ( 458 )

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在并行程序测试中,测试输入和线程交互时序是影响并行错误检测的两个关键因素。以缩减并行错误检测的输入空间为目标,给出一种基于变异测试的测试用例最小化算法。首先对并行程序进行研究,选取与并行错误密切相关的9个变异算子,并以此为基础为待测程序生成多种变异体；采用JPF作为线程调度工具来执行测试用例,根据变异评分与平均时间成本对测试用例进行排序,在优化后的测试用例集中选取检测能力不重复的测试用例,从而得到面向并行错误检测的最小测试用例集。实验结果证明,该方法能有效减小测试用例集的规模,并大幅缩短运行时间,从而提高了并行程序的测试效率。

线程级猜测并行系统代码自动生成工具的设计与实现

王家龙,刘艳红,沈立

计算机科学. 2017, 44 (11): 114-119. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.018

摘要 ( 215 )

PDF(824KB) ( 538 )

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虽然线程级猜测(Thread Level Speculation,TLS)执行机制可以简化多线程编程模型接口,并能获得较高的性能加速,但其并行程序的开发仍然比较困难。面向一个高效的软件TLS模型HEUSPEC,研究了代码自动生成工具C2H的设计与实现方法。具体包括3部分内容:首先,为HEUSPEC设计简单的标注语句,标注出可并行段的一些特征；其次,提出将标注语句和可并行段转换为猜测线程函数的算法；最后,设计生成HEUSPEC并行代码的算法。该方法已在开源编译器Clang上实现。面向Rodinia,OmpScr等基准程序的测试结果表明,C2H能够将带有简单标注语句的串行C代码转换为HEUSPEC并行代码,且其性能与手工编写的HEUSPEC并行代码的性能十分接近。

Android多窗口系统的研究、设计与实现

罗浩,王丹,肖络元,陈渝

计算机科学. 2017, 44 (11): 120-124. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.019

摘要 ( 325 )

PDF(867KB) ( 1101 )

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多窗口技术作为一种改善人机接口的计算机技术,已在桌面系统中流行。Android系统作为手机系统具有广泛的用户群体,并逐渐扩展到大屏幕。但当前的Android系统缺少多窗口的有效支持,这极大地限制了使用者在大屏幕环境下使用Android系统。在Android的基础上,着眼于桌面平台,通过分析目前Android多窗口系统的功能需求,设计并实现了一套Android多窗口系统；通过对该系统的显示效果以及性能指标进行评估,阐述了Android多窗口系统的可用性和实际意义。

网购平台搜索功能的质量评估方法研究

陈浩,陶传奇,文万志

计算机科学. 2017, 44 (11): 125-133. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.020

摘要 ( 333 )

PDF(1332KB) ( 1237 )

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随着大数据的迅速发展,大数据应用层出不穷,诸如网购零售平台、人脸识别系统、智能决策系统、自助客服、看病导医系统等典型的大数据应用使得人们的生活越发便捷。搜索系统是人们最常使用的大数据应用之一。然而,搜索系统在不同平台上的功能各有侧重,其标准尚且不完善,搜索的质量参次不齐,无法得到保障。与普通的文本搜索引擎相比,网购平台的搜索引擎增加了分类检索、筛选等特色功能,其质量的评价与保障更为复杂。通过对网络零售平台的搜索功能进行研究,针对网购平台搜索功能的质量评价提出了质量参考因素,针对质量因素提出了若干评价指标以及相应的实现算法,并通过实验来论证了质量指标的有效性。

XACML的移动应用安全策略及测试方法

曹宛恬,于鹏飞

计算机科学. 2017, 44 (11): 134-145. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.021

摘要 ( 263 )

PDF(1749KB) ( 855 )

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随着移动互联网技术的发展,具有计算功能的移动终端被大量部署,并在大量移动应用的支撑下完成各项任务；愈来愈多的企业允许员工带着他们的个人设备进入工作环境(BYOD模式)。但不同的人员有不同的角色,不同的资源有不同的访问权限,敏感资源一旦被泄露,将可能给企业带来重大的损失。因此,要想全面支持BYOD,保障数据和系统的安全,需要相应移动应用对敏感资源的访问控制进行明确的规定,并在移动应用运行过程中执行。XACML是访问控制策略的统一描述语言,但目前还未见其对移动应用和BYOD的支持。提出基于XACML语言描述移动应用的访问控制策略,研究XACML访问控制策略的测试方法；在此基础上,面向BYOD,针对Android平台上的项目管理APP进行了实例研究,结果展示了所提方法的有效性。

面向Issue跟踪系统的变更请求报告关闭可能性预测

熊文军,张璇,王旭,李彤,尹春林

计算机科学. 2017, 44 (11): 146-155. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.022

摘要 ( 406 )

PDF(1409KB) ( 505 )

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在Issue跟踪系统中存在大量长期未关闭的变更请求报告,增加了开发者不断点击和阅读这些报告的可能性,严重影响了软件需求管理任务的实施和用户的反馈体验。准确和及时地预测这些报告关闭的可能性或重要性可以提高软件维护任务的质量。定义若干衡量变更请求报告特征的指标,选择在训练数据集上预测效果最佳的指标构建Logistic回归预测模型。使用提出的方法对20个SourceForge项目构成的测试数据集进行实验,得到平均查全率为94%和平均伪正率为14%的结果。实验结果表明,提出的方法能在测试数据集上取得很好的预测性能；关闭状态的变更请求报告所占的百分比或数量大小并不影响模型的性能；变更请求报告具有的某些特征可用于预测其在下一版本中得到关闭的可能性。

基于随机搜索规则的软件体系结构层性能演化优化方法

倪友聪,李松,叶鹏,杜欣

计算机科学. 2017, 44 (11): 156-163. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.023

摘要 ( 272 )

PDF(1261KB) ( 530 )

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已有的基于规则的软件体系结构(Software Architecture,SA)层性能优化方法大多未充分考虑优化过程中各规则的改进幅度、使用次数和使用顺序的不确定性,导致了搜索空间受限而难以获取更优的性能改进方案。针对该问题,基于SA层性能改进策略定义一组随机搜索规则,以增大各规则的性能改进空间；在此基础上考虑这些规则的不同使用顺序和不同使用次数的组合情况,构建SA层性能优化模型RRPOM,并设计演化求解算法,进而形成一种SA层性能优化方法RRMO4PO。与已有方法在WebApp应用案例上的实验对比表明,该方法在使用更少的规则、更少次修改SA元素而获取更好可解释性的同时,有效减少了系统响应时间和改进代价。在最好的情况下,平均使用有改进效果的规则的次数和平均修改SA元素的次数较已有方法分别降低了33.3%和52.9%,与此同时将系统响应时间和改进代价分别降低了30.5%和73.6%。

基于随机森林算法的推荐系统的设计与实现

沈晶磊,虞慧群,范贵生,郭健美

计算机科学. 2017, 44 (11): 164-167. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.024

摘要 ( 524 )

PDF(712KB) ( 1356 )

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如今随着推荐系统势头的加强,如何对用户行为进行快速而准确的预测变得愈加重要。通过分析网上社区帖子的点赞和点踩数据,实现了基于随机森林的推荐系统。该系统将实际问题转化为分类模型,并实现了数据处理、特征提取和参数调整。同时,该系统还对用户浏览帖子后是否产生交互行为进行了预测。最后,通过实验仿真并利用F1值对实验结果进行评估。实验结果证明了系统的有效性和效率。

分布式环境下的路由器级互联网抗毁性研究

朱凯龙,陆余良,杨斌

计算机科学. 2017, 44 (11): 168-174. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.025

摘要 ( 411 )

PDF(1003KB) ( 470 )

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基于MapReduce分布式计算框架对路由器级互联网拓扑的抗毁性进行研究,从连通性和传输效率两个角度衡量网络的拓扑抗毁性,提出了两个抗毁性新测度:网络连通率和网络传输效率比。基于MapReduce设计并实现了互联网抗毁性分析算法(AIIMR),算法在分布式环境下采用不同的攻击策略对互联网拓扑进行仿真攻击。实验对比分析了传统测度在衡量路由器网络时存在的问题,证明了所提测度的有效性。在不同网络上的实验结果表明,路由器级互联网在遭受随机攻击时表现出很强的抗毁性,而在面对蓄意攻击时则表现得十分脆弱。最后,在不同规模的Hadoop集群上进行实验,结果验证了算法的高效性和扩展性。

面向语句的MBFL变异体约减策略

王林鑫,王微微,赵瑞莲,李征

计算机科学. 2017, 44 (11): 175-180. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.026

摘要 ( 360 )

PDF(911KB) ( 583 )

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在软件调试过程中如何高效、精确地定位程序中的错误代码是软件开发人员普遍关注的问题。MBFL是一种基于变异分析的错误定位技术,它在获得较高错误定位精度的同时会生成大量变异体,并在变异体上执行测试用例集,开销庞大。为了减少MBFL的变异执行开销,提出面向语句的变异体约减策略,通过分析测试用例的执行信息, 按一定比例对每条由失败测试用例覆盖的语句生成的变异体集合进行约减。实验结果表明,在7个程序包的112个错误版本上,应用面向语句的变异体约减策略的MBFL,在保持较高错误定位精度的同时,能够有效减少73.51%~79.98%的变异执行开销。

APP软件的用户评论模式分析方法

冉猛,姜瑛

计算机科学. 2017, 44 (11): 181-186. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.027

摘要 ( 441 )

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面对海量的APP软件,不同用户对其评论的侧重点、表达方式以及情感倾向程度等都不相同,这给APP软件的用户行为分析和质量评价带来了困难。提出一种APP软件用户评论模式分析方法,首先综合分析用户评论信息与APP软件信息之间的关系,根据用户对APP软件的评论特征将用户评论信息进行分类；接着分析每类用户评论信息的词性组合；然后计算用户评论信息的情感倾向程度,以分析出该APP软件用户的评论模式；最后通过实验验证了该方法的有效性。

基于问题框架的行为驱动开发研究

高宁,李智

计算机科学. 2017, 44 (11): 187-190. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.028

摘要 ( 445 )

PDF(558KB) ( 592 )

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问题框架(Problem Frames,PF)在需求工程研究领域中已经获得了广泛重视和研究。目前,问题框架的相关研究已经取得了较多成果,但如何从需求模型(问题图)平滑过渡到软件设计以及实现仍是一个有待解决的问题。文中对如何将问题图转换到用户场景文本以及通过用户场景来辅助行为驱动开发方法进行软件设计与开发进行了研究,提出了一种问题框架与行为驱动开发相结合的软件开发方法(PFBDD)。该方法能够帮助系统分析员将用户需求平滑过渡到软件设计及测试,从而避免软件项目中表达不一致带来的问题。此外,通过实例介绍了如何将此方法应用到一个车管业务排队系统中,并介绍了Gherkin语言和Specflow工具。该方法对于问题框架进一步走向实践具有重要的推动作用。

采用Clang/LLVM的C++源代码覆盖率分析插装方法

李树芳,安金霞,刘洋,陈良

计算机科学. 2017, 44 (11): 191-194. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.029

摘要 ( 614 )

PDF(516KB) ( 2100 )

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近年来,越来越多的安全关键软件系统运行在国产Linux操作系统上,其中大多数采用C++开发,而C++正在扩展新版语言规范,已有的覆盖率统计插装工具不能满足要求。给出一种基于Clang/LLVM的C++源代码覆盖率统计插装方法,利用开源社区Clang/LLVM库提供的C++源代码解析和操作功能,构建面向C++源代码的语句、分支和MC/DC覆盖率统计框架,在运行时采集覆盖率信息并进行统计分析,输出覆盖率分析报告。实际案例表明,该方法简易实用,能够满足真实工程软件的覆盖率测试分析需求。

基于测试充分性准则的非死锁并发缺陷定位方法

陈诚,郑征,王皓钦,乔禹

计算机科学. 2017, 44 (11): 195-201. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.030

摘要 ( 313 )

PDF(969KB) ( 479 )

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并发程序的非确定性使得其调试工作异常困难。基于程序谱的软件缺陷定位方法虽然能够缓解该情况,但其定位结果依赖于调试信息。针对在此过程中难以获得调试信息及如何选择利用调试信息的问题,提出了一种基于测试充分性准则的缺陷定位方法,该方法包括3个部分:预测满足测试充分性准则的条件；制定相应的测试方案；将收集到的调试信息用于缺陷定位分析。依据此方法,用C#语言实现了缺陷定位工具——ConFinder。在含有实际并发缺陷的程序上进行实验,结果表明该方法可以有效找出引起程序失效的原因并且所得结果具有很好的稳定性。

基于本体的并发错误测试工具推荐方法研究

郑炜,黄月明,吴潇雪,冯晨,蔺军

计算机科学. 2017, 44 (11): 202-206. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.031

摘要 ( 360 )

PDF(621KB) ( 448 )

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随着并发系统测试关注度的日益提高,越来越多的并发系统测试工具不断出现。对于测试人员来说,能否正确选取并发系统测试工具也就成为了并发测试效率的决定因素之一。鉴于并发错误检测软件并不像传统测试软件那样被人们所熟知,提出一种基于本体设计的并发错误测试工具推荐方法。该方法分别根据并发错误类型、程序本身特征和用户具体需求推荐适合的并发错误测试工具,从而提高测试的效率。

基于Smali Code的移动应用行为模型的自动构建方法

余勇,郭骞

计算机科学. 2017, 44 (11): 207-220. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.032

摘要 ( 350 )

PDF(2304KB) ( 652 )

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移动应用数量的快速增长,以及移动应用开发周期短、迭代速度快等特点,使得移动应用的测试面临挑战,许多应用没有经过充分测试就被投放到市场,其中可能包含程序缺陷,从而影响用户体验。模型驱动的测试方法是最有效的测试方法之一,在功能、性能、可用性、安全等测试方面均有应用,能在一定程度上提高测试的自动化程度。移动应用领域与传统研究领域的模型驱动测试方法的最大区别在于模型构建方法的不同,因为移动应用是事件驱动的。提出了一种构建移动应用行为状态机模型的方法。首先通过逆向工程的方法得到移动应用的中间码；然后在中间码上通过动静态结合的方法生成事件表；最后,建模时通过在系统层扫描屏幕变化来判断是否出现新状态,并定义所有出现的状态, 从而组成最终的模型。该方法一方面避免了源代码的限制,另一方面也提高了模型的覆盖度。实验结果表明,所提方法可以准确有效地构建移动应用的行为状态机模型,解决现有移动应用测试中模型构建存在的部分问题。

面向不同数据模式的测试用例检索方法

李园园,黄松,惠战伟,李留义

计算机科学. 2017, 44 (11): 221-225. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.033

摘要 ( 224 )

PDF(750KB) ( 493 )

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软件测试的核心是设计和执行测试用例。为了提高软件测试的效率,实现不同单位测试用例的共享和复用,提出面向不同数据模式的测试用例检索方法。该方法首先对测试用例进行刻面分类和描述,提出测试用例的刻面分类模型并将其实例化,为测试用例的检索提供线索；然后,在实例化测试用例刻面分类模型的基础上提出测试用例索引树,把测试用例组织成有利于用户检索的结构；最后,在进行面向不同数据模式的测试用例检索时,通过检索条件查询树与测试用例索引树的匹配和不同异构数据库中测试用例关键字的匹配,从不同的异构数据库中检索出符合用户需求的测试用例。通过实验验证了该方法在实际应用中的可行性和有效性,为测试用例的共享和复用奠定了基础,提高了软件测试的效率。

基于函数调用序列模式挖掘的程序缺陷检测

崔展齐,牟永敏,张志华,王伟光

计算机科学. 2017, 44 (11): 226-231. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.034

摘要 ( 350 )

PDF(870KB) ( 691 )

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程序中通常会隐含大量编程规则,若在程序编写过程中违反此类规则,则可能引发软件缺陷。函数调用规则是其中一类常见的程序隐含规则,常见的函数调用规则挖掘工作将整个函数体内的函数调用作为一个项集来进行分析,未使用程序中函数调用先后顺序等约束信息,导致软件缺陷挖掘结果的误报率较高。通过简单的静态分析即可获取函数调用序列信息,如在缺陷挖掘过程中充分利用函数调用序列信息,将有效提高缺陷挖掘精度。基于上述思路,提出了一种基于函数调用序列模式挖掘的缺陷检测方法,该方法自动检测程序中违反函数调用序列模式的疑似缺陷,并报告可疑度较高的缺陷。基于该方法,在一组开源项目上进行的实验的结果表明,此方法能有效发现程序中由于违反函数调用序列模式而导致的缺陷,减少了缺陷误报,从而降低了人工核查疑似缺陷开销。

模型驱动的移动应用测试方法

冯谷,李尼格

计算机科学. 2017, 44 (11): 232-239. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.035

摘要 ( 261 )

PDF(1444KB) ( 528 )

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移动互联网时代,移动智能终端和移动应用已经成为各领域竞相采用的祖尧解决方案。与此同时,移动终端硬件和平台的多样性和异构性,造成了移动应用开发和测试中存在大量工作冗余以及难以复用的情况,带来了跨平台问题,成为了学术界和工业界研究和实践的热点。文中提出使用模型驱动的移动应用测试方法。首先,使用UML状态机模型刻画移动应用的行为；然后,基于移动应用的行为模型,自动生成平台无关的测试用例；最后,将与平台无关的测试用例映射到多个移动平台,产生可执行的自动化测试用例。在此基础上,选择形如掌上电力的应用作为案例,分别实现IOS和Android平台上的自动化测试,验证了模型驱动移动应用测试方法在解决跨平台问题时的有效性。

软件模型代数性质的程序化验证

赵会群,黄榆涵

计算机科学. 2017, 44 (11): 240-245. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.036

摘要 ( 233 )

PDF(798KB) ( 507 )

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软件模型代数的思想是通过引入进程代数来对软件体系结构进行建模。它将构件解释为变量,将连接子抽象为代数运算,并针对软件的特性建立了软件体系结构代数模型。在代数模型的基础上,讨论分析获得一系列能指导软件演化的代数性质。但是,上述研究都只对模型的代数性质进行了理论证明,实际上并无程序能够证明这些代数性质的正确性,同时也未给出这些性质的应用方法,使其缺乏可操作性。采用程序化验证的方法对代数性质进行了验证,并对这些性质的应用算法进行了研究,进一步丰富了软件的建模理论,也使得软件演化从理论研究转化为实际应用成为可能。

基于Wine的Windows安全机制模拟及沙箱系统实现

刁铭智,周渊,李舟军,赵宇飞

计算机科学. 2017, 44 (11): 246-252. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.037

摘要 ( 456 )

PDF(1194KB) ( 1205 )

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基于开源软件Wine模拟了ASLR和UAC Virtualization两种Windows安全机制,使得Wine环境更接近真实的操作系统且更加安全,并利用wineserver机制初步实现了动态行为检测功能,同时借助Wine自身的.wine目录作为样本的运行环境,最终形成了一个较真实的沙箱系统。实验结果表明,该沙箱系统具备了ASLR和UAC Virtua-lization两种安全机制的基本特征。与其他沙箱系统相比,该系统不仅可以对未知样本进行有效的行为检测,而且具有占用资源少、隔离性强、回滚速度快等突出特点,因此能够很好地满足批量部署和运行的需要。

面向推荐系统数据安全的无证书门限解密方案

朱俊,袁晓峰,勾智楠,杨亿

计算机科学. 2017, 44 (11): 253-263. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.038

摘要 ( 250 )

PDF(1781KB) ( 616 )

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推荐系统是解决信息过载问题和满足用户个性化需求的有效途径之一。然而,由于推荐系统需要用户提供不同程度的个性化信息来提升推荐的准确度,因此各种数据的安全问题成为阻碍其发展的重要因素。在基于分布式体系结构的推荐系统中,门限解密技术是抵抗数据安全攻击、保护推荐系统用户隐私的有效方法之一。在无证书公钥密码体制下研究门限解密技术,既避免了传统公钥密码体制中昂贵的证书管理问题,又解决了基于身份密钥体制中固有的密钥托管问题。给出了无证书门限解密系统的形式化定义与安全模型,构建了一个新的无证书门限解密方案,并在随机预言模型下证明了该方案在适应性选择密文攻击下是安全的。与已有的方案相比,该方案的计算代价更小,传输速率更高,主密钥和公钥长度更短,用户之间需要传播的信息量更小。所提方案既能提高推荐系统的信息传输效率,又能有效地保证分布式推荐系统中用户隐私的安全性和可靠性。

k元n维冒泡排序网络的子网排除

杨玉星,邱亚娜

计算机科学. 2017, 44 (11): 264-267. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.039

摘要 ( 433 )

PDF(540KB) ( 539 )

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在并行计算机系统中,元器件和线路故障普遍存在,而系统的容错能力可以通过其底层基础网络的拓扑性质衡量。为了精确度量以k元n维冒泡排序网络为底层拓扑结构的并行计算机系统的容错能力,结合其层次结构和子网划分特征,分别提出了节点故障模型和线路故障模型下攻击该网络中所有k－m元n－m维冒泡排序子网络的算法,确定了需要攻击的最优节点集合和最优线路集合。根据算法可得:当2≤k≤n－2,m≤k－1时,攻击k元n维冒泡排序网络中所有的k－m元n－m维冒泡排序子网络,在节点故障模型下需要攻击至少C^m_nm!个节点,在边故障模型下需要攻击至少C^m_nm!条线路。

支持访问控制的P2P大规模遥感数据分发系统

阳鑫磊,何倩,曹礼,王士成

计算机科学. 2017, 44 (11): 268-272. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.040

摘要 ( 298 )

PDF(965KB) ( 531 )

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遥感数据日益增长,大规模遥感数据分发对集中分发服务器构成了巨大压力。充分利用参与下载节点的网络资源,提出并实现了一种支持访问控制的P2P大规模遥感数据分发系统。遥感数据分发系统分为遥感数据管理平台和遥感数据客户端两部分,遥感数据管理平台包含共享分发平台网站、云存储、种子资源服务器和跟踪服务器4个组件,遥感数据各客户端和种子资源服务器构成P2P网络。设计了包括共享分片、分片选择、跟踪器通信等的P2P协议,实现的遥感数据分发系统能够上传遥感数据并自动做种,支持对用户的访问控制。根据用户权限进行下载,各下载节点共享分片,然后基于类Bittorrent协议来加速遥感数据的分发。实验结果表明,实现的大规模遥感数据分发系统的功能完善,在多节点下载时具备良好的并发性能,能够满足大规模遥感数据分发的需要。

对一种基于比特置乱的超混沌图像加密算法的选择明文攻击

朱淑芹,王文宏,孙忠贵

计算机科学. 2017, 44 (11): 273-278. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.041

摘要 ( 377 )

PDF(986KB) ( 502 )

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最近,一种基于比特置乱的超混沌图像加密算法被提出,其核心思想为:首先,用混沌序列对明文图像进行像素置乱操作；然后,根据一个随机序列中相邻两个元素的大小关系对像素进行不同的比特位置乱；最后,把经过比特置乱后的序列与另一个混沌序列进行扩散、混淆运算得到最终的密文图像,从而使明文图像达到更好的加密效果。对该加密算法进行了安全性分析,发现该算法的安全性完全依赖于3个混沌序列,通过选择明文攻击依次破解出原算法中的3个混沌随机序列,恢复出了明文图像。理论分析和实验结果验证了所选择明文攻击策略的可行性,同时对该算法进行了改进,在改进算法中混沌系统的初始值与明文图像的SHA-256哈希值有关,从而使得密钥流与明文图像相关,因此算法可以抵抗选择明文的攻击。

一种基于搜索路径识别的CDCL命题逻辑求解器延迟重启算法

陈青山,徐扬,吴贯锋,何星星

计算机科学. 2017, 44 (11): 279-283. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.042

摘要 ( 448 )

PDF(698KB) ( 573 )

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适当的重启有助于求解器跳出局部最优,但频繁重启会严重降低效率。为解决CDCL求解器重启触发条件随意性大的问题,提出一种基于搜索路径识别的延迟重启算法。该算法使用Luby序列触发延时重启判断,将当前搜索路径和已搜索路径转换为向量空间模型,通过计算向量空间相似度来判断当前搜索过程是否会进入重复搜索空间。若向量空间相似度达到设定阈值,则触发重启,否则延迟重启。采用SAT国际竞赛的实例,与两个主流的求解器进行了对比实验。结果表明,所提算法能够有效规避重复搜索空间问题,并显著提高求解效率。

带启发信息的蚁群神经网络训练算法

赵章明,冯径,施恩,舒晓村

计算机科学. 2017, 44 (11): 284-288. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.043

摘要 ( 353 )

PDF(834KB) ( 627 )

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ACOR算法是一种应用于连续域实值优化的蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)。ACOR算法可用于训练神经网络。与常规的蚁群算法不同,ACOR在训练神经网络时未考虑启发式信息(Heuristic Information)。在ACOR的基础上,提出了一种将启发式信息与ACOR相结合的神经网络训练算法——h-ACOR。其中,启发式信息是通过计算神经网络的误差关于网络的权值向量的偏导数而得到的梯度向量。通过十折交叉验证方法,将h-ACOR 应用于UCI数据集中的zoo,iris和tic-tac-toe 3组数据的模式分类问题中来训练神经网络。与ACOR相比,h-ACOR算法在减小分类误差的同时能够提高收敛速度,其收敛的代数约为ACOR算法的1/2,且经过完全训练,对zoo,iris和tic-tac-toe 3组数据的分类准确率分别为91.1%,93.3%和95.6%,高于ACOR算法的83.1%,88.7%和91.9%。

基于特征隶属度的文本分类相似性度量方法

池云仙,赵书良,罗燕,赵骏鹏,高琳,李超

计算机科学. 2017, 44 (11): 289-296. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.044

摘要 ( 318 )

PDF(1009KB) ( 569 )

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基于相似性进行文本分类是当前流行的文本处理方法。基于特征隶属度的文本分类相似性度量方法旨在利用特征与文档间的隶属关系度量文档相似性,从而实现文本分类。该方法基于特征与文档的隶属关系,对特征进行全隶属、偏隶属和无隶属词集划分,并基于3种隶属词集定义隶属度函数。全隶属词集隶属于两篇文档,隶属度随权差增大而降低；偏隶属词集仅隶属于其中某一篇文档,隶属度为一个定值；无隶属词集与两篇文档无隶属关系,隶属度为零。在度量相似性时,偏隶属关系高于全隶属关系。由于同类文档词集相近,异类文档词集差异明显,因此,基于特征与文档的隶属度进行相似性度量,可清晰界定词集与类别的隶属关系,提升分类精度。最后,采用数据集20-Newgroups和Reuters-21578对分类有效性进行验证,结果表明基于特征隶属度的相似性度量方法的性能优于目前流行的相似性度量方法。

自适应变异差分算法与Powell算法相结合的医学图像配准

刘哲,宋余庆,王栋栋

计算机科学. 2017, 44 (11): 297-300. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.045

摘要 ( 328 )

PDF(587KB) ( 496 )

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图像配准是医学图像处理中的关键技术。文中提出一种自适应差分算法(Difference Algorithm,DE)和Powell算法相结合的多分辨率医学图像配准方法,其不仅可以克服Powell算法依赖初始点的缺点,还可以降低陷入局部极值的几率。首先,对源图像进行多分辨处理,获得包括源图像在内的三层图像；然后,在低分辨率图像上使用自适应DE算法进行全局变换参数的搜索,获得的变换参数作为Powell算法的初始点；最后,在高分辨率图像及源图像上使用Powell算法进行配准。与传统实验相比,该方法具有更高的精确度,能够有效避免局部收敛问题。

基于定向双边全变差正则化的文档图像超分辨率算法研究

刘小园,衣扬,杨磊,汪斌

计算机科学. 2017, 44 (11): 301-304. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.046

摘要 ( 227 )

PDF(629KB) ( 647 )

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针对文档图像超分辨率重建问题,在传统双边全变差(Bilateral Total Variation,BTV)正则化超分辨率算法的基础上,提出了一种基于改进BTV的文档图像超分辨率算法。该算法引入一个新的正则项,即笔画宽度的方向,并根据字符笔画的局部宽度和局部方向自适应地进行平滑处理；然后通过分析输入的低分辨率图像及其插值,使输出图像的局部笔画宽度接近于局部的笔画方向。这种信息被压缩到基于笔画宽度的方向全变分正则项中。通过最小化正则项和数据保真项的线性组合,重建了高分辨率的图像。与相关的文档图像超分辨率方法相比,所提方法在视觉图像质量和字符识别精度方面得到了显著的改善。

一种鲁棒性的多车道线检测算法

宣寒宇,刘宏哲,袁家政,李青,牛小宁

计算机科学. 2017, 44 (11): 305-313. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.047

摘要 ( 347 )

PDF(1511KB) ( 1251 )

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机器视觉被广泛应用于智能汽车领域,车道线检测成为人工智能领域内的研究热点。为了得到更具鲁棒性的车道线检测效果,采用一种基于多条件约束的车道线特征滤波器,并提出了一种新的对车道线特征进行聚类的算法。运用卡尔曼滤波对车道线位置进行实时跟踪和预测；利用基于透视投影线性关系的车道线“位置-宽度”函数设置自适应动态ROI；另外,利用车道线的特点形成约束条件以获得更加稳定的检测效果。在真实道路环境下的实时检测结果表明,该算法鲁棒性强、实时性好,且具有稳定的检测效果。

基于超像素匹配的图像协同显著性检测

张兆丰,吴泽民,姜青竹,杜麟,胡磊

计算机科学. 2017, 44 (11): 314-319. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.11.048

摘要 ( 252 )

PDF(941KB) ( 524 )

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为了快速有效地完成多图像的协同显著性检测,提出了一种基于超像素匹配的检测模型。首先针对一般单个超像素特征匹配效果较差的问题,提出一种基于Hausdorff距离的邻域超像素集匹配算法来进行图像间超像素的精确匹配；然后构建图像内和图像间的双层元胞自动机模型,进行多幅图像之间的显著性传播,从而有效地检测出协同显著性。在公开的测试数据集上的实验结果表明,所提算法的检测精度和检测效率优于目前的主流算法,且具有较强的鲁棒性。