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
2014年第7期, 刊出日期:2018-11-14
  
综述
SIMPLE:一种新型多范型程序设计语言
吴迪,陈林,徐宝文
计算机科学. 2014, 41 (7): 1-8.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.001
摘要 ( 359 )   PDF(771KB) ( 597 )   
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为了满足越来越高的软件开发需求,许多通用程序设计语言扩充了各种新的语言设施,从而使语言变得复杂而难于学习和使用。为了创造一个核心概念简单明确、同时可以广泛用于各类开发的语言,设计了一种具有简明核心概念和丰富语言设施的程序设计语言SIMPLE。首先对SIMPLE语言进行概述,然后针对SIMPLE的模块化、泛型、内存管理以及异常处理等设施进行阐述。此外,讨论了如何将过程式、面向对象、函数式3种程序设计范型在SIMPLE中实现有机的融合。
正态云概念的漂移性度量及分析
许昌林,王国胤
计算机科学. 2014, 41 (7): 9-14.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.002
摘要 ( 309 )   PDF(13939KB) ( 628 )   
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云模型把自然语言中定性概念的随机性和模糊性有机地综合在一起,通过正向云变换和逆向云变换实现了概念内涵与外延之间的相互转换。基于正态分布和高斯隶属函数的正态云具有普适性。文中通过正态云概念的外包络曲线,根据KL散度刻画分布函数之间差异的特性,定义了一种正态云概念的漂移性度量。最后,结合人类认知的特点,利用该方法以计算的方式对概念在认知过程中可能发生的漂移性进行了模拟研究和实验分析。
全认知情感理论——一种新的心智计算模型
浦江
计算机科学. 2014, 41 (7): 15-24.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.003
摘要 ( 462 )   PDF(896KB) ( 1821 )   
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试图建立全认知情感理论的基础和框架体系。首先提出一种新的心智计算模型——多层次需求-认知-情感模型;在吸取信息与知识理论、情感动机-信息理论、马斯洛需求层次论和PAD三维情感理论的研究成果基础上,定义了不同时间节点的信息和情绪参量(先验、后验、实得和预期),重点分析了信息-情绪和知识-感情两层交互机制,对信息、知识的认知机理以及情绪、感情的生成机理进行分析,建立信息-情绪和知识-感情的交互机理模型,导出了相应的交互定理,揭示了人类丰富而复杂的认知-情感交互规律;依据基本情绪与PAD值的对应关系,分析了14种情绪PAD值的情感计算,包括情绪状态的形成及其迁移机制,分析了情绪状态从惊奇到喜悦的迁移过程,并用实例证明了全认知情感理论的应用。全认知情感理论是一种新的关于认知情感交互机理的学说。
基于CPU使用率监测的软件容错研究
王小刚,曹东
计算机科学. 2014, 41 (7): 25-29.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.004
摘要 ( 174 )   PDF(458KB) ( 612 )   
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在硬实时操作系统中,任务超时运行将会给系统带来灾难性后果。为了提高系统的可靠性和容错能力,系统设计需要采取一定容错策略。系统的CPU使用率是实时系统运行正常与否的重要指标,其可以表征系统的时间特性和任务状态。针对CPU使用率的特点以及容错监测的要求,选取机器周期作为时间信息统计的基准;分析监测周期不同对监测效果的影响;提出了嵌入式实时系统CPU使用率异常的判决条件;并结合结构冗余和时间冗余的思想,设计了4种处置方法用于CPU使用率异常处置。仿真测试表明,基于CPU使用率监测的软件容错方法可以有效提高系统的可靠性和容错能力。
一种面向分布式文件系统的文件预取模型的设计与实现
师明,刘轶,唐歌实
计算机科学. 2014, 41 (7): 30-35.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.005
摘要 ( 174 )   PDF(485KB) ( 657 )   
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如何为上层应用和计算提供稳定高效的文件I/O性能,是分布式文件系统性能研究的热点。文中分析分布式文件系统在设计机理上的共同特征,基于此提出一种通用型的启发式文件预取模型,并选取HDFS平台进行系统实现。启发式文件预取对上层应用透明,采用在文件系统内部建立预取线程池的方法,以组成文件块的数据存储文件为预取单位,在分布式文件系统内部实现。这种设计思路具有一定的普适性,适合推广应用于多种分布式文件系统。实验结果表明,所述的启发式文件预取,能够有效提升分布式文件系统的I/O性能。
面向低功耗共享Cache路适应划分算法研究
方娟,王帅,于璐
计算机科学. 2014, 41 (7): 36-39.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.006
摘要 ( 209 )   PDF(401KB) ( 554 )   
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如何提高多核处理器的性能和降低多核处理器中Cache的功耗已经成为下一代多核处理器的研究热点。为了降低片上多核处理器的功耗,基于路适应算法可以采用一种新的动态划分机制,该机制主要由路分配模块和动态功耗控制模块组成。路分配模块在程序运行过程中根据处理器核所运行线程的工作集的大小调整处理器核所分配的Cache路。动态功耗控制模块利用程序运行的局部性原理,将处理器核所运行线程的工作空间控制在少数Cache路中。关闭剩余的Cache路,从而达到降低Cache功耗的目的。该机制使用Simics全系统模拟平台模拟多核处理器,并用SpecOMP测试集测试了系统的性能和功耗。与传统的 Cache(Conventional L2Cache,C-L2)相比,其IPC提高了9.27%,功耗降低了10.95%。
2013'Petri 网
Petri网在可靠性分析中的研究综述
方欢,方贤文,王丽丽
计算机科学. 2014, 41 (7): 40-44.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.007
摘要 ( 280 )   PDF(219KB) ( 536 )   
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可靠性的相关研究在安全关键系统中具有重要意义,利用Petri网可以实现对可靠性的形式化建模以及动态行为的描述。首先对基于Petri网的可靠性分析与研究的基本方法进行分类。其次,着重分析了利用随机Petri网求解系统可靠性的基本方法和步骤,针对等价于Markov过程和非Markov过程的两类系统,重点讨论了基于随机Petri网的系统可靠性分析方法,并指出各类分析研究方法的优缺点。进一步,分析和比较了其他各种类型Petri网在可靠性分析中的应用方法及其优缺点。最后,总结了一些常见的Petri网计算机仿真软件,并针对基于Petri网的可靠性研究展望了几个有价值的研究方向。
基于DSPN的TTE总线建模与性能分析
王望,姚淑珍,谭火彬
计算机科学. 2014, 41 (7): 45-48.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.008
摘要 ( 214 )   PDF(14758KB) ( 582 )   
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时间触发以太网(Time-Triggered Ethernet,TTE)技术已经应用于新一代航空总线并处于高速发展中。TTE的建模和分析方法对其在航空航天方面的发展有重要意义。基于TTE消息传输机制的工作原理,提出一套确定与随机Petri网(Deterministic and Stochastic Petri Nets,DSPN)的TTE总线建模和相关性能分析方法,并以一种典型的火力控制系统为实例进行建模与性能分析,以进一步说明该方法的有效性和可行性。
Petri网弱公平性和公平性关系的进一步研究
施洲琪,丁志军,陈闳中
计算机科学. 2014, 41 (7): 49-51.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.009
摘要 ( 222 )   PDF(459KB) ( 1424 )   
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在Petri网中,公平性概念的引入是为了讨论网系统中两个变迁发生之间的相互关系。这种关系可以很好地反映出模拟系统的各个事件在资源竞争中的有无饥饿性问题。文中基于弱公平性和公平性的定义与联系,证明了对于有界Petri网,满足弱公平性就满足公平性;同时证明了在两类无界Petri网中,可由弱公平性推导出公平性。并进一步证明其他类型的无界Petri网是不满足公平性的,即无法从弱公平性直接推导出公平性。
基于Petri网的服务可靠性评价方法研究
许家俊,姚淑珍
计算机科学. 2014, 41 (7): 52-57.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.010
摘要 ( 152 )   PDF(7933KB) ( 546 )   
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服务的可靠性研究成为一个研究热点。首先研究基于Petri网的结构关联的服务组合描述语言BPEL;而对于服务交互关联模型,构造服务组合模型的Petri网表示的交互特点;给出服务组合Petri网定义,建立基于服务组合Petri网的模型可靠性评估方法,包含结构关联的可靠性计算方法和交互关联模型可靠性化简和计算方法;最后给出旅游服务系统案例分析,说明了方法的可用性和合理性。
基于随机Petri网模型的降质服务攻防效果评估
施江勇,鲜明,王会梅,刘建
计算机科学. 2014, 41 (7): 58-61.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.011
摘要 ( 185 )   PDF(348KB) ( 408 )   
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针对DoS攻击的弱点,降质服务攻击(RoQ)利用常见的 网络或终端系统自适应机制中存在的安全漏洞,通过间歇性地发送高强度攻击脉冲,降低受害者端的服务性能。RoQ攻击的隐蔽性更强,攻击效率更高,同时也给其检测和评估提出了挑战。分析了目前针对RoQ攻击的防范措施,主要有修改协议、攻击流特征检测以及自适应检测修复等。通过构建RoQ攻防的随机Petri网模型,使用SPNP软件仿真得出了服务质量随攻防博弈过程的变化情况,从而对不同防范措施的效果进行评估,为网络战攻防决策提供一些参考。
基于EFPN的模糊离散事件系统可诊断性分析
佘维,叶阳东,陈倩
计算机科学. 2014, 41 (7): 62-67.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.012
摘要 ( 187 )   PDF(7543KB) ( 441 )   
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针对模糊有限自动机及模糊Petri网在模糊离散事件系统(Fuzzy Discrete Event System,FDES)行为建模中的不足,提出一种扩展模糊Petri网(Extended Fuzzy Petri Net,EFPN),并基于EFPN构造了FDES行为模型及系统故障诊断器。EFPN以一种新的事件模型为基础对FDES的系统行为进行建模,并根据事件触发矩阵计算下一系统状态中各分量的可能性分布。与模糊有限自动机及模糊Petri网的对比分析表明,在描述FDES模糊事件时,对于同步距离为0的一组事件所造成的影响,EFPN的表达能力强于经典模糊Petri网;在对含有多个状态分量的FDES建模时,EFPN模型的规模远小于模糊有限自动机。在基于EFPN构造的系统行为模型中,运用可达状态标识图分析系统状态集,可有效地构造FDES的故障诊断器,并可据此进行系统可诊断性分析。
基于属性粒计算的认知模型研究
周如旗,冯嘉礼
计算机科学. 2014, 41 (7): 68-73.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.013
摘要 ( 150 )   PDF(518KB) ( 487 )   
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属性粒计算可模拟人脑的粒化、组织和因果等认知功能,但推理过程缺乏一种形式化机制。Petri网具有的异步、并发和不确定性等特征与人脑思维过程中的某些认知活动类似。基于属性粒计算的基本概念和逻辑计算规则对Petri网进行了基于定性映射的适当扩充,使得Petri网以属性粒计算的形式在知识表示、知识推理、学习模式和记忆模式等方面初步体现出一个认知系统所需要具备的一些基本元素特征。这种方法能够在一定程度上体现具有不确定性识别和判断的思维认知过程,为研究Petri网应用于模拟人类的高级智能、形象思维能力提供了一种新的思路。
基于时延Petri网建模的主从自适应协调控制方法
孙莉,章昭辉,崔相如
计算机科学. 2014, 41 (7): 74-76.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.014
摘要 ( 173 )   PDF(323KB) ( 408 )   
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为了保证城市道路“绿波带”的通行效率,合理协调主从道路的车流量,通过利用时延Petri网建模,提出了一种主从自适应协调控制方法。该方法可以根据干线主路口的车流量自动调整其相位时间,也可 根据主路口的相位及车流量自动协调变换 从路口的相位时间。通过案例分析,该方法可以有效实现主从路口的自适应协调控制,在保证绿波带畅通的同时,使通过支路的车辆数尽可能大,有助于提高交叉口的通行效率。
基于行为片段模式的流程模型Petri网交互变化区域的责任分析
杨艳,方贤文,刘祥伟
计算机科学. 2014, 41 (7): 77-80.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.015
摘要 ( 190 )   PDF(414KB) ( 408 )   
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对Petri网模型交互后的变化区域的责任分析,是模型交互一致性和兼容性研究的一个重要问题。已有的关于变化区域的研究只涉及到寻找变化区域的方法,对于引起变化区域的责任分析并没有做更多研究。给出了责任的定义,结合行为片段模式的概念,从动态的角度,提出一种基于行为片段模式来分析判断变化区域的责任方的方法,并通过实例分析验证了该方法的有效性。
基于CPN的BPEL活动协同授权一致性检测机制研究
上超望,刘清堂,赵刚,童名文
计算机科学. 2014, 41 (7): 81-85.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.016
摘要 ( 204 )   PDF(442KB) ( 361 )   
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BPEL访问控制机制是Web服务安全组合研究的重要内容,如何维护活动协同授权的一致性是其中的难点。通过扩展的CPN(有色Petri网)对BPEL活动协同授权执行的动态行为语义进行建模,利用可覆盖树方法分析协同授权模型状态变迁发生的序列,实现活动协同授权约束一致性的动态检测,为组合Web服务中业务流程协同授权约束设计的一致性提供合理的理论基础。最后,通过实例说明了检测机制的有效性。
基于XAr/T-net的业务流程建模与分析
王颖,李季辉,黄震
计算机科学. 2014, 41 (7): 86-90.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.017
摘要 ( 250 )   PDF(7459KB) ( 438 )   
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Petri网是对业务流程进行描述和分析的有效工具,但已有的基于Petri网的建模方法无法体现流程中关键业务数据的变化。Artifact作为业务流程中的数据实体,是具有嵌套结构的复杂数据对象。用一种图形化的XML模式定义语言描述Artifact的结构。将XML文档的操作与Petri网流程的定义相结合,对以Artifact为中心的业务流程建立一种可计算的XAr/T-net模型。在XAr/T-net模型的基础上,分析业务流程逻辑结构,并采用覆盖图分析Artifact的特性。
基于模态Petri网的行为有效区间寻找最优路径的方法
方贤文,陶小燕,刘祥伟
计算机科学. 2014, 41 (7): 91-96.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.018
摘要 ( 166 )   PDF(488KB) ( 450 )   
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为满足客户需求,在行为约束下的业务流程中寻找行为执行的最优路径具有一定的实际意义。已有的研究是建立在静态分析基础上,通过优化算法或是行为分析来寻找最优执行路径,忽略了行为约束条件对执行行为有效性的影响,所得结果具有一定的局限性。文中在已有方法的基础上,利用Petri网行为轮廓序关系描述约束条件并确定行为有效区间,提出了基于模态Petri网分支有效区间的业务流程最优路径选择方法。该方法以行为有效区间替代已有的固定值方法,以便更好地描述业务流程的行为约束以及约束下的有效行为。通过一个具体的业务流程分析实例分析了该方法的有效性。
自控网系统建模工具的研究与开发
万军,赵不贿,陆继远
计算机科学. 2014, 41 (7): 97-101.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.019
摘要 ( 167 )   PDF(24351KB) ( 418 )   
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自控网系统是一类具有非线性关系和强大建模能力的Petri网。应用可视化编程平台Visual Studio .NET开发了自控网系统建模工具CyberNetTool。用户可在交互方式下建立自控网系统模型,并采用PNML格式文件来存储模型。构造了软件核心类,以实现界面控件管理和模型分析,详细描述了自控网系统各性质分析模块和动态仿真模块的实现算法。最后通过具体应用实例表明了该工具的正确性和实用性。
面向活动的BPEL4WS动态访问授权模型及实现研究
上超望,刘清堂,赵刚,童名文
计算机科学. 2014, 41 (7): 102-104.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.020
摘要 ( 184 )   PDF(346KB) ( 371 )   
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业务流程访问控制机制是Web服务组合应用中的难点。针对现有BPEL4WS安全访问控制研究的不足,提出面向活动的BPEL4WS动态访问授权模型(ADABM)。通过解除组织模型和业务流程模型间的耦合关系,ADABM将BPEL4WS访问权限约束细化到活动一级,用户只在流程执行会话期的活动符合安全需求的情况下才拥有Web服务的访问授权,授权随着业务流程上下文动态授予和收回,授权流与业务流同步执行。文中最后还给出ADABM模型在Web服务安全组合应用中的实施框架。
基于Petri网和并发调度标识图的并发任务调度的建模与分析
韩耀军
计算机科学. 2014, 41 (7): 105-109.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.021
摘要 ( 163 )   PDF(361KB) ( 447 )   
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在云计算及网格计算环境下,由于资源具有分布、异构、动态、自治等特点,其并发任务的调度更加复杂,迫切需要强有力的图形与数学工具对其进行建模与分析。Petri网是描述与分析并发、异步、动态等事件的理想的图形与数学工具。给出了并发任务调度的加权时延Petri网模型。可达标识图是分析Petri网动态特性的一个重要工具,但它不能表达Petri网中变迁的并发关系,尤其是不便于分析被描述系统的时间特性。提出了并发调度标识图的概念,给出了构造时延Petri网的并发调度标识图的算法。最后,利用并发调度标识图分析了并行下载的时间特性。
基于颜色Petri网的有偿交互QA系统投诉模型
李彦成,曾庆田,鲁法明,薛洁
计算机科学. 2014, 41 (7): 110-113.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.022
摘要 ( 163 )   PDF(296KB) ( 413 )   
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有偿交互问答(QA)系统受到越来越多的关注,但是补偿的不公平性等问题可能会引起用户的投诉。通过分析有偿交互QA系统的投诉流程,首先利用颜色Petri网对投诉流程进行形式化建模;然后使用CPN Tools对所建立的形式化模型进行验证;最后对所建模型的状态空间报告进行分析,证明了系统各响应流程设计的正确性等特性。所提出的方法对有偿交互QA系统的综合形式化分析具有重要意义。
基于层次CPN的OpenFlow建模研究
李华,贺楠,董路路,吕亮亮
计算机科学. 2014, 41 (7): 114-118.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.023
摘要 ( 141 )   PDF(8349KB) ( 684 )   
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CPN作为一种形式化方法,得到了广泛的研究与应用,其在网络协议上和工业系统中的应用尤为突出。OpenFlow是一种新的网络交换模型,包含OpenFlow交换机和控制器。文中首先介绍了OpenFlow协议及CPN(Co-loured Petri Nets),然后基于层次CPN对OpenFlow网络进行了建模,对每一层的模型都做了详细的说明,充分体现OpenFlow的工作机制。在建模的过程中,详细地考虑了模型中token的选取和变量的定义,使得CPN模型的执行可以描述OpenFlow的动态工作过程。通过CPN工具生成的状态空间对模型的性质进行了简单的分析,证明了它的活性、有界性。最后给出了下一步的研究工作。
使用随机Petri网的网络安全系统分析
焦健,陈昕
计算机科学. 2014, 41 (7): 119-121.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.024
摘要 ( 169 )   PDF(313KB) ( 544 )   
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网络攻击图一直是网络安全研究的重要手段,传统的攻击图和针对攻击路径的防御方案很难从概率的角度描述和分析攻击几率与防御技术对整体方案的影响程度。使用随机Petri网理论,给出了一种建立在攻击图之上的Petri网防御方案转换算法,使用该算法生成的随机Petri网模型可以实现对攻击和防御过程的并行分析。实验验证表明,该方法可以有效地量化攻击过程的发生几率,还可以协助分析不同防御技术对系统整体安全性的影响。
基于时间着色Petri网的SIP协议验证与分析
刘靖,叶新铭,马元飞
计算机科学. 2014, 41 (7): 122-129.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.025
摘要 ( 178 )   PDF(662KB) ( 417 )   
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随着SIP(Session Initiation Protocol)被3G通信选择为下一代移动网络的会话控制机制,保证SIP协议设计和实现无缺陷、运行稳定可靠成为SIP协议应用过程中亟需研究和解决的关键问题。充分利用时间着色Petri网(Timed Colored Petri Nets,TCPN)在描述和分析具有复杂交互行为及时间约束的系统方面的优势,给出了SIP协议的层次TCPN模型,并集成多种模型分析技术,完成SIP协议设计的正确性验证;同时通过正则表达式完成协议模型的生成路径分析,指出其中存在的死锁状态并分析原因。提出了相应的协议设计改进方案,验证了设计方案的正确性,从而有效增强了SIP协议在实际应用中的可行性和可靠性。
无线Ad hoc网络中恶意程序传播模型研究
高为民,朱凌志,梁俊斌
计算机科学. 2014, 41 (7): 130-134.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.026
摘要 ( 304 )   PDF(10597KB) ( 457 )   
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Ad hoc网络的对等体系结构和节点资源受限使得其比传统网络面临更多的安全威胁。近年来,恶意程序研究已成为国际上网络安全和信息安全领域最前沿和最活跃的研究方向之一,无线网络中恶意程序研究已经开始成为恶意程序研究领域的一个新热点。首先分析了Ad hoc网络的网络体系结构及安全威胁、常见的恶意程序的分类及仿生物传播模型,然后从SEIR病毒传播模型的微分方程入手,针对该模型应用Ad hoc无线自组网出现的问题,引入网络拓扑特性和免疫延迟等概念对恶意程序传播模型进行了改进,结合网络拓扑动态演变恶意程序传播过程设计了一个改进的传播算法和动态免疫策略。综合考虑网络病毒传播特性、网络基础特性和免疫策略对改进模型进行了仿真实验分析,实验结果表明免疫策略和节点的度都影响恶意程序传播。
一种针对CP-nets并发模型的验证方法
孙涛,叶新铭
计算机科学. 2014, 41 (7): 135-139.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.027
摘要 ( 205 )   PDF(7871KB) ( 451 )   
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状态爆炸问题导致CP-nets并发模型的正确性验证工作十分困难。提出了基于并发属性的模型化简方法和基于功能组合的模型抽象方法,用于对模型进行处理,移去与并发属性不相关的模型元素,提升模型的抽象层次,使模型状态空间规模得到显著降低,并在并发属性相关行为上与原模型保持一致;在处理后模型中运用状态空间分析、模型检测等验证方法完成模型验证,针对验证得出的模型错误,通过处理前后模型的对照关系在原模型中进行改正。这在一定程度上避免了状态爆炸问题并实现了模型验证。通过将 上述方法应用于HMIPv6协议模型,验证了其有效性。
基于Petri网模型的装备使用保障性仿真与优化
罗明磊,李岳,徐永成
计算机科学. 2014, 41 (7): 140-142.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.028
摘要 ( 195 )   PDF(6131KB) ( 420 )   
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在分析现有建模与仿真方法的基础上,采用Petri网与Matlab相结合的方法,对装备使用保障过程进行建模与仿真,实现对装备使用保障要素中保障设备和保障人员的优化。
UML活动图到Petri网的转换方法及实现研究
赵俊峰,周建涛,邢冠男
计算机科学. 2014, 41 (7): 143-147.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.029
摘要 ( 201 )   PDF(380KB) ( 1110 )   
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统一建模语言UML缺乏形式化语义,由其描述的模型难以进行动态的分析和验证。而Petri网在具有丰富而严格语义的同时,又有严谨的数学分析方法。综合运用Petri网和UML能够提高软件描述的全面性、一致性、精确性和完整性。研究了UML活动图向Petri网的转换规则,并依据转换规则实现了模型转换工具APConverter。此工具能有效地将活动图转换为Petri网模型并生成PNML文件,进而更好地对UML模型进行分析和验证。
一阶谓词逻辑的图形推理法
耿霞,张继军,李蔚妍
计算机科学. 2014, 41 (7): 148-152.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.030
摘要 ( 281 )   PDF(383KB) ( 482 )   
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针对已有一阶谓词逻辑推理方法中存在的推理效率低等问题,研究一种基于谓词/变迁系统的图形推理法。定义了描述谓词间与/或关系的谓词-与/或图,借助谓词-与/或图表示谓词/变迁系统,提出一种实现反向推理的目标制导的图形推理法。该方法推理效率高,较已有的推理方法具有一定的优越性。
基于普通Petri网的梯形图中接通延时定时器的建模方法
温世刚,罗继亮,倪会娟,陈雪琨
计算机科学. 2014, 41 (7): 153-156.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.031
摘要 ( 182 )   PDF(302KB) ( 400 )   
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针对可编程逻辑控制器(PLC)的接通延时定时器(TON),提出了其普通Petri网建模方法。将状态变量描述为库所对,将TON中的指令运算描述为变迁,从而将TON模块描述为一个普通Petri网结构。结果表明该Petri网能够准确地描述TON的动态行为,从而为PLC梯形图程序的形式化设计或验证提供了建模方法。
网络与通信
基于GPU的图片特征提取与检测
徐晶,曾苗祥,许炜
计算机科学. 2014, 41 (7): 157-161.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.032
摘要 ( 174 )   PDF(381KB) ( 658 )   
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针对目前高速网络中图像数目多、分辨率大、普通PC机上的检测方法对图片检测达不到实时性的问题,提出了一种基于GPU的快速图片检测方案。该方案分别采用 SURF(Speed-Up Robust Features,加速鲁棒特征)算法和SVM(Support Vector Machine,支持向量机)算法对图像进行特征提取和特征分类,并利用GPU浮点运算的并行性来优化系统。最后实验证实,相对于普通PC机上实现的方案,使用GPU的检测速度提升5到9倍。
一种分簇无线传感器网络多维节点信誉管理方案
房方,李景峰,李杰
计算机科学. 2014, 41 (7): 162-166.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.033
摘要 ( 140 )   PDF(396KB) ( 402 )   
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目前分簇无线传感器网络的节点信誉管理方案存在信誉值计算、更新及维护代价高,节点抗恶意哄抬及恶意抵毁能力弱等问题。将无线传感器节点分为簇头节点和普通传感器节点,将两类节点在事件感知、报文传输以及数据融合等方面的正常及异常行为作为评价基础,提出一种多维节点信誉管理方案。最后,将该方案和AOMDV反应式路由相结合,设计了一种基于节点可信的路由协议STA。仿真结果表明,该协议能够在不可信环境下实现分簇无线传感器网络中较高的数据传输率和传输成功率。
一种多区域多目标TOA实时定位系统信道分配协议
何杰,徐诚,刘飞,吕默威,王沁
计算机科学. 2014, 41 (7): 167-170.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.034
摘要 ( 162 )   PDF(322KB) ( 406 )   
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为满足无线实时定位系统实时性和节点动态加入的要求,充分提高信道利用率,提出了一种多区域多目标TOA实时定位系统信道分配协议(ZTDMA),将定位系统覆盖区域划分为若干互不干扰的定位子区域并行工作,缩短节点的平均定位周期,可以及时地检测到定位目标的加入和退出,动态地为其分配定位时隙,保证系统实时性。通过OMNet++仿真平台对协议进行仿真,验证了实时性优势。
无线传感器网络启发式QoS路由协议
于淼,白光伟,沈航,张芃,曹磊
计算机科学. 2014, 41 (7): 171-175.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.035
摘要 ( 224 )   PDF(478KB) ( 620 )   
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提出一种基于虚拟队列的区分服务无线传感器网络路由协议VSDR。协议采用聚合权重的方法,节点在进行路由选择时,考虑了队列长度、前进距离和剩余能量等多种因素,从而有助于缓解节点拥塞,均衡网络负载。另一方面,对不同QoS需求的数据包采取不同的权重策略,保障实时数据包的传输延迟需求,同时为非实时数据包提供概率的传输机会保障。仿真结果表明,VSDR可以有效地应对不同的服务要求,均衡了节点能耗,延长了网络生命周期,并能够适应实时性、可靠性要求的变化。
6LoWPAN适配层分片与重组算法性能分析
刘乔寿,张伟,王汝言,吴大鹏
计算机科学. 2014, 41 (7): 176-180.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.036
摘要 ( 310 )   PDF(430KB) ( 595 )   
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将IPv6协议引入物联网感知层是物联网感知层的重点研究方向。由于IPv6协议与IEEE802.15.4协议数据载荷长度之间的不匹配,其上层协议数据包无法直接与底层协议进行数据交换,因此采用适配层中的分片与重组算法协议解决两种协议载荷长度的不兼容问题。为了具体分析算法性能,对6LoWPAN分片重组算法、改进算法及另一种带有每跳ARQ算法的改进算法进行数学建模及数据仿真,一方面对分片与重组算法的性能进行分析比较,通过仿真实验分析误码率、跳数等主要性能指标对网络能耗、时延性能的影响;另一方面提出一种新的自适应算法框架,使得适配层可以在变化的网络环境下选择不同的分片重组算法,来达到在物联网感知层中进一步优化网络性能、节省网络资源的目的。
基于无线通信技术的网络连接优化策略
孙忱,郭晓惠,范玉顺
计算机科学. 2014, 41 (7): 181-183.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.037
摘要 ( 157 )   PDF(17998KB) ( 479 )   
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网络连接性是评估网络生存能力和网络持续性的关键指标。为了优化网络的连接性,提出了一种基于无线技术的连接性优化策略。该策略利用了无线链路建立时的灵活性。首先对网络进行实时检测和测量,根据这些结果对网络连接性进行量化,当网络连接性低于设定值时,就启动无线链路备份步骤,使用无线备份建立算法来减少备份过程中所需的无线资源。通过采用这两个步骤,该策略为保证网络的连接性尽了最大的努力。仿真结果表明当平均链路故障率约为70%时,所提方案仍然可以保证基本的网络连接性。与现有的有线链路备份机制相比,在相同的网络上下文环境下,所提方案对网络持续性的改善程度要高出7%~9%。
基于能效的认知无线电频谱接入算法
陈明
计算机科学. 2014, 41 (7): 184-186.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.038
摘要 ( 154 )   PDF(319KB) ( 586 )   
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认知无线电(CR)技术和能效(EE)通信设计这两种技术已经使得系统分别达到较高的频谱效率(SE)和能源利用效率(EE)。然而在认知无线电系统中,既要保持较高的频谱效率,又要使得能源利用效率相对较高的问题,始终少有研究。针对此问题,在正交频分复用(OFDM)认知无线电网络的基础上考虑平均能效和频谱效率折中的频谱接入方案,提出了一种低复杂度的次优启发式算法。仿真结果表明,所提算法相对于其他已有算法能够显著节约能量,并且在性能和复杂度方面具有较大优势。
三维无线传感器网络节能路由算法ISC-ODR研究
李战国,张睿哲,王寅川
计算机科学. 2014, 41 (7): 187-189.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.039
摘要 ( 188 )   PDF(14427KB) ( 525 )   
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提出一种三维无线传感器网络迭代分裂分簇最优距离路由算法ISC-ODR,从理论上论述了其设计思想及计算过程。不同拓扑结构下的仿真计算表明:与基准算法相比,ISC-ODR路由算法具有很好的节能效果,可以延长网络的生存时间,具有较好的先进性。
基于改进量子行为粒子群优化的无线传感器网络QoS路由算法
潘果,徐雨明
计算机科学. 2014, 41 (7): 190-193.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.040
摘要 ( 212 )   PDF(325KB) ( 341 )   
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为了进一步减少无线传感器网络的能量损耗和延迟时间并且有效延长节点生存时间,提出一种改进的量子行为粒子群(quantum based particle swarm optimization,QPSO)优化算法,并将其用于解决无线传感器网络的QoS组播路由问题。该算法采用适应度函数和全局最好位置的更新方法来寻找无线传感器网络中满足阈值限制下的最优路由。实验仿真和对比情况表明,该算法在节省能量损耗、控制延迟时间和延长网络节点的生存时间上取得了较好的效果。
信息安全
基于GTST-MLD的复杂网络风险评估方法
卢志刚,刘俊荣,刘宝旭
计算机科学. 2014, 41 (7): 194-199.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.041
摘要 ( 231 )   PDF(7380KB) ( 765 )   
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针对复杂信息系统复杂程度高、互影响性与互依赖性强,现有风险评估方法难以适应大规模网络安全风险评估与应用实践的需要的问题,研究了基于GTST-MLD的适合复杂信息系统的风险要素分析方法和整体风险评估方法,包括研究事故互依赖关系模型,进行风险要素建模以及风险传导分析,以提高针对复杂信息系统的风险评估能力和分析水平。结果证明,模型对复杂信息系统安全特性的目标、功能、结构、行为等因素予以综合,实现在更高的系统功能层面上对系统安全性的分析研究,为复杂信息系统的量化风险评估提供了可靠的量化分析手段。
MP2P网下一种基于代理的安全反馈信任模型
曹晓梅,朱海涛,沈何阳,陈贵海
计算机科学. 2014, 41 (7): 200-205.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.042
摘要 ( 147 )   PDF(543KB) ( 391 )   
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信任问题是移动对等网(Mobile P2P,MP2P)安全中的关键性问题。针对MP2P网与传统P2P网终端设备在编址、通信方式和标识上的差异性以及网络中可能存在的冒名、恶意诋毁、合谋以及“搭便车”等安全问题,提出一种MP2P网下基于代理的安全反馈信任模型(PSTM)。不同类别的代理服务器接入不同类型的终端,以屏蔽网络层终端设备之间的差异性。同时,代理服务器之间对信息的相互备份能够缓解服务器“单点失效”问题。在资源安全选择协议中对反馈方进行身份、资格的认证后进行相似性筛选并加权处理。在多粒度的信任值计算中引入全局节点贡献度和评价可信度,并将直接信任度分为面向节点的与面向资源的来激励移动节点真实地反馈信息。实验表明,PSTM能够减少诋毁以及合谋恶意行为,同时能够抑制“搭便车”行为,从而增加网络善意节点的交易成功率。
特征保持隐写的博弈分析
高瞻瞻,汤光明,张伟伟
计算机科学. 2014, 41 (7): 206-209.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.043
摘要 ( 140 )   PDF(428KB) ( 399 )   
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为了分析基于统计特征保持的隐写算法的安全性,将隐写对抗分为以特征子集作为策略和以隐写、隐写分析算法作为策略两种情况建立了两种隐写博弈模型。模型将隐写分析方的检测率作为支付函数,用隐写对抗双方特征子集间的差异反映算法抗统计分析的能力。通过对模型进行均衡分析,给出了各种情况下基于统计特征保持的方式提高隐写系统安全性的最优策略,并得到了均衡局势下的期望支付。
面向未来互联网的基于Capabilities的DDoS防御体系研究
张洪豪,王劲松,黄玮,赵祥麟
计算机科学. 2014, 41 (7): 210-215.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.044
摘要 ( 160 )   PDF(499KB) ( 456 )   
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介绍了面向未来互联网的防御DDoS攻击的Capabilities机制的原理及其关键技术,阐述了当前基于Capabilities机制的几个典型方案。研究了基于Capabilities机制的DDoS防御体系的全局框架,并探讨了该框架所包含的流分类、执行、Capabilities管理这3部分在未来互联网中可行的实现方案。建立了Capabilities机制框架下的流量模型,从理论上分析并论证了Capabilities机制框架下的安全性与效率等问题。通过仿真实验,比较了在不同场景下各种Capabilities方案的性能及效率。
软件与数据库技术
障碍空间中的移动对象位置预测
李实吉,秦小麟,施竣严
计算机科学. 2014, 41 (7): 216-221.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.045
摘要 ( 139 )   PDF(510KB) ( 401 )   
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移动对象的运动基本是在障碍空间里进行的。近几年,已有较多针对障碍空间中范围查询、近邻查询、聚类查询等的研究,但是目前尚没有对障碍空间中移动对象的位置预测进行研究。为此,研究了障碍空间中移动对象的位置预测;采用灰模型与线性模型相结合的办法,提出了一种基于R树的高效的剪枝算法;根据移动对象的运动规律性,提出了几条剪枝策略,从而大大减少了需要处理的障碍对象个数。最后,通过实验验证了算法的准确性和高效性。
基于SOA的Web服务可靠性预测
谢春丽,俞析蒙,王书芹
计算机科学. 2014, 41 (7): 222-226.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.046
摘要 ( 238 )   PDF(7616KB) ( 411 )   
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在SOA架构下,服务发现的准确率是影响服务可靠性的因素之一。为了提高Web服务可靠性的预测精度,分析服务发现的失效是非常关键的。首先分析Web服务发现过程中可能出现的失效因素,构建Web服务发现的可靠性模型,并在此基础上提出新的Web服务的可靠性预测方法。最后通过实验验证了Web服务发现阶段的失效对Web服务可靠性的影响,并通过实例说明了Web服务的新的可靠性预测方法。实验结果表明,新的可靠性预测方法更加适用于Web服务。
面向分布式的SPARQL查询优化算法
汪璟玢,方知立,张燕琴
计算机科学. 2014, 41 (7): 227-231.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.047
摘要 ( 358 )   PDF(373KB) ( 424 )   
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采用分布式来实现SPARQL(Simple Protocol and RDF Query Language)查询是解决海量RDF(Resource Description Framework)查询的一种新思路。目前实现的基于Hadoop的RDF查询都要启用多个MapReduce来完成任务, 浪费时间。为了克服此缺点,提出MRQJ(using MapReduce to query and join)算法,用以实现SPARQL的分布式查询。该算法分为连接计划生成与SPARQL查询执行两个部分:连接计划生成采用贪心策略,生成最优的连接方案;在SPARQL查询执行中只需结合一次MapReduce计算即可得到查询结果。在LUBM数据集上进行的测试实验表明:在查询语句较为复杂的情况下,MRQJ方法的查询效率具有明显的优势。
路网中空间关键字连续范围查询算法研究
李艳红,黄群,蒋宏,李国徽
计算机科学. 2014, 41 (7): 232-235.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.048
摘要 ( 182 )   PDF(341KB) ( 436 )   
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空间关键字查询相对传统的位置相关查询而言更能满足实际查询处理的需要。着重探讨路网中结合距离和关键字相似度两个因素的空间关键字查询处理问题,提出解决路网中空间关键字连续范围查询(CRSKQ)的有效方法。提出了一个综合考虑了路网上的道路、对象和路网的连通性的路网模型以支持CRSKQ查询的处理。为了实现连续监控,所提出的算法包括两个阶段,即初始结果获取和查询结果连续监控。初始结果监控阶段,通过路网扩展和关键字匹配寻找满足要求的结果对象;在连续监控阶段,充分利用前面时刻的查询结果来减小连续监控的代价。模拟实验表明,所提出的算法是有效的。
代数约简的条件信息熵表示及其高效约简算法
黄国顺,曾凡智,文翰
计算机科学. 2014, 41 (7): 236-241.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.049
摘要 ( 176 )   PDF(535KB) ( 428 )   
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给出如何保持正区域不变的语义分析,提出一种修正条件信息熵计算公式,证明保持修正条件信息熵不变与保持正区域不变相互等价。在此基础上,给出代数约简概念的修正条件信息熵表示。给出反例说明修正条件信息熵不具有单调性,导致没法给出自底向上的启发式约简算法,证明了代数协调集中不可删除属性的不可逆性质,提出一种自顶向下直接删除属性的高效约简算法。它从所有条件属性集出发,逐步删除不必要的属性,只需遍历各属性一次,即可保证得到原始决策表的一个代数约简。数值算例和实验验证了该算法的正确性和高效性。
采用双向搜索在多权值路网中查找较优长路径
马慧,李建国,梁瑞仕
计算机科学. 2014, 41 (7): 242-245.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.050
摘要 ( 176 )   PDF(7953KB) ( 398 )   
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求解最短路径是图研究中的一个经典问题。目前大多数相关研究都假设图中每条边只有一种权值。然而在实际应用中,有时候图中的边设有多种权值,求解最短路时需要综合计算多种权值,并采用用户自定义的聚合函数f将路径的多种权值映射到一个实数上,用以比较路径的长短。当f不是线性函数时,最短路的子路不一定也是最短路,于是大部分求解最短路的算法对此问题并不适用。文中提出了一种双向搜索方法,用以在多权值路网中求解最短路近似解。实验表明,本方法适用于长路径查询。与单向搜索相比,该方法有较高的运行效率。与基于Dijkstra算法的贪心算法相比,该方法有较高的准确率。
人工智能
基于动态分数阶和Alpha稳定分布的粒子群优化算法
吕太之,李卓
计算机科学. 2014, 41 (7): 246-249.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.051
摘要 ( 167 )   PDF(361KB) ( 436 )   
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针对传统粒子群优化算法(PSO)收敛速度慢及容易陷入局部极小化的问题,提出了一种改进的粒子群优化算法。新算法结合分数阶微分具有的记忆特性,使得粒子的更新融入了轨迹信息,提高了算法的收敛速度。使用Alpha稳定分布代替均匀分布使得粒子在一定概率条件下可以逃逸局部极小点,提高了粒子的全局搜索能力。仿真结果表明,算法不仅在单模态函数下具有更快的收敛速度和更有效的全局搜索能力,在复杂的具有欺骗性的多模态函数下也取得较理想的实验结果,证实了动态分数阶和Alpha稳定分布可以有效地提高粒子群优化算法的性能。
形式概念分析在不完备信息系统中的知识获取
李想,王素格,李德玉,康向平,翟岩慧
计算机科学. 2014, 41 (7): 250-253.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.052
摘要 ( 184 )   PDF(363KB) ( 371 )   
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在实际应用中,信息系统通常不满足完备性,直接采用经典粗糙集无法进行有效求解。针对该问题,在粗糙集中引入形式概念分析,通过探讨二者之间的关系,在不完备信息系统中提出了两大理论融合下的知识获取模型。在该模型中,首先将不完备信息系统转换为单值形式背景,提出了相容概念和相容概念格,然后基于相容概念对不完备信息系统中的一些常见问题(如上下近似算子、核、约简等)的求解进行了研究,最后探讨了相容概念在不完备决策表中的应用。该模型不仅对两种理论之间的融合研究进行了有益探索,而且为不完备信息系统中的一些基本问题求解提供了一种新的思路。
属性内-外融合与信息智能挖掘-分离
徐凤生,于秀清,史开泉
计算机科学. 2014, 41 (7): 254-260.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.053
摘要 ( 153 )   PDF(503KB) ( 359 )   
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P-集合(packet sets)是一个动态数学模型(动态信息模型,动态数据模型),P-推理是P-集合生成的一个动态推理,属性合取范式是P-集合中的元素与属性之间的逻辑特征。将P-集合、P-推理与属性合取交叉、渗透,给出属性内-融合及属性外-融合与属性内-外融合概念、属性内-外融合定理、属性内-外融合与属性合取范式扩展-收缩关系、扩展-收缩关系定理,以及P-推理与属性内-外融合智能生成。利用这些理论结果,给出属性内-外融合在信息智能挖掘-分离中的应用。属性融合(属性内融合、属性外-融合、属性内-外融合)是潜藏在P-集合内的一个重要应用特性。
基于MapReduce的蚁群优化算法实现方法
王诏远,李天瑞,易修文
计算机科学. 2014, 41 (7): 261-265.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.054
摘要 ( 175 )   PDF(5839KB) ( 624 )   
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探讨了蚁群算法的几种并行方式与适用场景以及结合云计算编程框架MapReduce的可行性,并将局部搜索类蚁群优化算法抽象为几个组件,分别与MapReduce框架的几个接口对应实现,从而为该类蚁群优化算法在MapReduce框架下实现并行化提供了一种灵活、扩展性好的解决方案。最后通过旅行商问题的仿真实验验证了所提方法的有效性。
自适应CRBF非线性滤波器及其改进学习算法
曾祥萍,金炜东,赵海全,李天瑞
计算机科学. 2014, 41 (7): 266-269.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.055
摘要 ( 201 )   PDF(298KB) ( 370 )   
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传统的随机梯度算法由于采用基于二阶统计量的平方误差代价函数,因此含有的信息量较少,难以实现更高的精度。针对此问题,以基于高阶统计量的指数平方误差作为代价函数,结合基于两层RBF网络凸组合的非线性自适应滤波器,提出了最小指数平方误差自适应学习算法。非线性系统辨识和非线性信道均衡的实验仿真结果表明,该改进算法的收敛性能明显优于传统的随机梯度算法。
可提高多样性的基于推荐期望的top-N推荐方法
刘慧婷,岳可诚
计算机科学. 2014, 41 (7): 270-274.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.056
摘要 ( 165 )   PDF(410KB) ( 464 )   
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推荐系统帮助用户在海量信息中找到与用户相关的、个性化的产品,现有推荐技术大多致力于改进推荐系统的预测准确度。最近,推荐质量的另一个重要方面——推荐的多样性,越来越受到人们的重视。提出了一种基于物品推荐期望的top-N推荐方法,在向用户进行top-N推荐时,可以通过控制全体物品的推荐期望,来达到提高推荐总体多样性的目的。 结合多种评价方法,使用不同的评分预测算法在真实的电影评分数据集上对提出的算法 进行了实验,结果证明提出的算法能够在保证推荐准确度的同时,显著提高推荐的总体多样性。
基于贝叶斯网络的上下文推荐算法
海本斋,解瑞云
计算机科学. 2014, 41 (7): 275-278.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.057
摘要 ( 167 )   PDF(308KB) ( 494 )   
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将上下文推荐系统同贝叶斯网络相结合,提出了一个上下文推荐算法,并设计了上下文资源推荐系统架构。首先利用贝叶斯网络,通过计算用户访问时间和资源信息的联合概率分布来取得用户在该环境下对资源的兴趣,然后比较当前用户所处环境所选取的资源与过去环境用户选取的资源的相似度,从而为用户提供合适的资源列表。最后将所提算法同其他常用的推荐系统算法进行了比较,系统架构按照M/G/1队列进行建模,对系统架构性能和稳定性进行了验证,取得较好结果。
一种新的自适应布谷鸟搜索算法
钱伟懿,候慧超,姜守勇
计算机科学. 2014, 41 (7): 279-282.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.058
摘要 ( 268 )   PDF(284KB) ( 630 )   
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为提高布谷鸟搜索(cuckoo search)算法(CS)的局部与全局搜索能力和收敛速度,提出了一种新的自适应布谷鸟算法。在该算法中,提出一种自适应参数控制策略来动态地调整CS中的步长因子,以增强CS的搜索性能。另外,把类似差分进化算法变异策略引入到CS中,以进一步提高CS的种群多样性。仿真实验表明,改进的CS算法的优化性能得到了明显改善。
一种新的组合分类器学习方法
郭华平,袁俊红,张帆,邬长安,范明
计算机科学. 2014, 41 (7): 283-289.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.059
摘要 ( 214 )   PDF(547KB) ( 438 )   
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提出了一种新的基于决策树的组合分类器学习方法FL(Forest Learning)。与bagging和adaboost等传统的组合分类器学习方法不同,FL不采用抽样或加权抽样,而是直接在训练集上学习一个森林作为组合分类器。与传统组合学习方法独立地学习每个基分类器,然后把它们组合在一起的做法不同,FL学习每个基分类器时都尽可能地考虑对组合分类器的影响。首先,FL使用传统的方法构建森林的第一棵决策树;然后,逐一构建新的决策树并将其添加到森林中。在构建新的决策树时,结点的每次划分都考虑对组合分类器的影响。实验结果表明,与传统的组合分类器学习方法相比,FL在大部分数据集上都能构建出性能更好的组合分类器。
一种准对角矩阵的混合压缩算法及其与向量相乘在GPU上的实现
阳王东,李肯立,石林
计算机科学. 2014, 41 (7): 290-296.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.060
摘要 ( 348 )   PDF(6473KB) ( 760 )   
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稀疏矩阵与向量乘(SpMV)属于科学计算和工程应用中的一种基本运算,其高性能实现与优化是计算科学的研究热点之一。在微分方程的求解过程中会产生大规模的稀疏矩阵,而且很大一部分是一种准对角矩阵。针对准对角矩阵存在的一些不规则性,提出一种混合对角存储(DIA)和行压缩存储(CSR)格式来进行SpMV计算,对于分割出来的对角线区域之外的离散非零元素采用CSR存储,这样能够克服DIA在不规则情况下存储矩阵的列迅速增加的缺陷,同时对角线采用DIA存储又能充分利用矩阵的对角特征,以减少CSR的行非零元素数目的不均衡现象,并可以通过调整存储对角线的带宽来适应准对角矩阵的不同的离散形式,以获得比DIA和CSR更高的压缩比,减小计算的数据规模。利用CUDA平台在GPU上进行了实验测试,结果表明该方法比DIA和CSR具有更高的加速比。
基于构造型神经网络的异常模式发现方法
张贤骥,王伦文
计算机科学. 2014, 41 (7): 297-300.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.061
摘要 ( 205 )   PDF(347KB) ( 384 )   
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数据流的异常模式检测中,有时受噪声等因素影响发生概念漂移,影响了检测效率。针对此问题,提出一种基于构造型神经网络增量学习的异常模式动态检测方法,以提取滑动窗口内数据的数据概要,修正全局数据概要,更新已有的学习模型。另外,数据流速、流量等因素也影响检测效率,采用粒度分析思想改进检测方法,设置合适的时间滑动窗口,根据数据量自适应选择分析粒度,进而更准确地发现异常模式。无线电通信信号监测数据异常模式检测实验验证了本方法的有效性。
图形图像与模式识别
基于SURF与Hough森林的人脸检测研究
严明君,项俊,罗艳,侯建华
计算机科学. 2014, 41 (7): 301-305.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.062
摘要 ( 199 )   PDF(19254KB) ( 392 )   
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为实现复杂场景中的人脸检测与定位,提出了一种基于快速鲁棒特征SURF与Hough森林的人脸检测算法。采用SURF局部特征构建Hough森林分类器,每个叶子节点存储类别信息与特征点到达目标中心的偏移量,在图像局部外观与Hough投票之间建立映射关系,生成有监督的判别式的码本,获得可靠的概率Hough投票,以此预测目标中心位置,提高了检测精度。与此同时,采用SURF局部特征提取图像兴趣点有助于减小计算量、加快检测速度。实验证明了所提算法的有效性。
面向OpenCL架构的Harris角点检测算法
肖汉,马歌,周清雷
计算机科学. 2014, 41 (7): 306-309.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.063
摘要 ( 464 )   PDF(10895KB) ( 865 )   
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Harris角点检测算法是计算机视觉领域中使用非常广泛的点特征提取算法,它计算简单,稳定性强,但运算速度慢。当前已有算法优化研究一般只针对单一硬件平台,它们很难实现在不同平台上的高效运行。为此提出一种基于开放式计算语言(OpenCL)设计思想的Harris角点检测并行算法,其采用图形处理器(GPU)中共享存储器、常量存储器和锁页内存机制在OpenCL框架下完成影像角点检测的全过程。实验结果表明,基于OpenCL的Harris角点检测并行算法相比CPU上的串行算法可获得 的加速比 高达77倍,执行效率明显提高,对于大规模数据处理表现出良好的实时处理能力。
基于相邻帧补偿的高速运动目标图像稳像算法及仿真
姬莉霞,李学相
计算机科学. 2014, 41 (7): 310-312.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.064
摘要 ( 178 )   PDF(15675KB) ( 406 )   
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在高速运动目标图像视频采集过程中,高速运动、风力作用等因素将导致视频图像抖动。为提高高速运动目标图像视觉系统采集性能,改善图像采集质量,提出一种基于相邻帧补偿的高速运动目标图像稳像算法。结合 自适应中值滤波方法和灰度化直方图均衡方法对图像进行预处理,用尺度不变特征变换(SIFT)算法提取视频图像中的特征点,利用仿射模型求解运动参数,采用Kalman滤波对视频图像中的正常扫描进行滤波,最后用相邻帧补偿方法将图像的前一帧作为参考帧对当前帧进行参数补偿,实现高速运动目标的视频图像电子稳像处理。仿真实验表明,新算法能在保留图像中的特征的同时去除图像中含有的抖动,非常适合高速运动视频图像的电子稳像处理,精度提高,计算量明显减少。
基于HOG特征的交通信号灯实时识别算法研究
周宣汝,袁家政,刘宏哲,杨睿
计算机科学. 2014, 41 (7): 313-317.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.065
摘要 ( 175 )   PDF(27882KB) ( 477 )   
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针对无人驾驶汽车的交通信号灯识别,提出了一种基于HOG特征和SVM的交通信号灯实时识别算法。该算法首先提取视频中的红绿色区域,筛选出符合条件的区域,提取各类信号灯的HOG特征,然后运用SVM构建对应类别信号灯的分类器,之后依据判决函数对当前信号进行实时判决,从而得到准确的信号灯信息。实验结果表明该算法有良好的准确率和实时性。
基于改进高斯混合模型的运动目标检测方法
程全,马军勇
计算机科学. 2014, 41 (7): 318-321.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.066
摘要 ( 150 )   PDF(11146KB) ( 601 )   
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基于高斯混合模型,提出了一种自适应的运动目标检测算法。首先,根据各像素点的像素值的集中程度,自适应地选择高斯分布的个数对背景模型进行学习与更新,再通过背景差分获取差分图像;其次,在对图像二值化的过程中,提出了一种改进的自动调整阈值的方法,用以对差分图像的像素进行分类后分别进行阈值化分割,这样就能得到前景目标;接着采用形态学重构的方法对阴影进行有效消除,从而使前景目标分割的效果得到有效的提高。实验证明,该方法具有较好的鲁棒性和检测效果,同时也具有较好的自适应性,特别是在检测目标本身灰度变化比较大等特殊情况下,更能体现出本算法的优越性。
结合随机游走与FCM的脑图像分割方法
郭鹏飞,刘万军,林琳,赵永刚,闵亮
计算机科学. 2014, 41 (7): 322-325.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2014.07.067
摘要 ( 162 )   PDF(5787KB) ( 467 )   
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随机游走算法只考虑相邻像素灰度相似性,忽略了邻域像素梯度信息,抑制了random walker沿着某些与种子点灰度相近的边向种子点前进,从而导致错分与漏分。提出一种脑图像分割方法,先对原图进行小波变换,提取图像梯度信息,将梯度信息融入边的权重。最后使用改进的FCM算法,结合像素邻域信息,进行最终脑图像分割。实验表明,本方法分割的脑组织图像正确率高,图像空洞与斑点明显减少,图像边缘更加平整。