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
2018年第7期, 刊出日期:2018-07-30
  
第五届CCF 大数据学术会议
深度强化学习研究综述
赵星宇, 丁世飞
计算机科学. 2018, 45 (7): 1-6.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.001
摘要 ( 986 )   PDF(1307KB) ( 2660 )   
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作为一种崭新的机器学习方法,深度强化学习将深度学习和强化学习技术结合起来,使智能体能够从高维空间感知信息,并根据得到的信息训练模型、做出决策。由于深度强化学习算法具有通用性和有效性,人们对其进行了广泛的研究,并将其运用到了日常生活的各个领域。首先,对深度强化学习研究进行概述,介绍了深度强化学习的基础理论;然后,分别介绍了基于值函数和基于策略的深度强化学习算法,讨论了其应用前景;最后,对相关研究工作做了总结和展望。
Spark性能优化技术研究综述
廖湖声, 黄珊珊, 徐俊刚, 刘仁峰
计算机科学. 2018, 45 (7): 7-15.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.002
摘要 ( 381 )   PDF(2529KB) ( 1412 )   
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近年来,随着大数据时代的到来,大数据处理平台发展迅速,产生了诸如Hadoop,Spark,Storm等优秀的大数据处理平台,其中Spark最为突出。随着Spark在国内外的广泛应用,其许多性能问题尚待解决。由于Spark底层的执行机制极为复杂,用户很难找到其性能瓶颈,更不要说进一步的优化。针对以上问题,从开发原则优化、内存优化、配置参数优化、调度优化、Shuffle过程优化5个方面对目前国内外的Spark优化技术进行总结和分析。最后,总结了目前Spark优化技术新的核心问题,并提出了未来的主要研究方向。
一种基于空间变换的协同过滤推荐算法
赵兴旺,梁吉业,郭兰杰
计算机科学. 2018, 45 (7): 16-21.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.003
摘要 ( 303 )   PDF(1713KB) ( 579 )   
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传统的协同过滤推荐算法在实际应用中往往面临着计算可扩展性的问题。为解决此问题,文中在基于物品的协同过滤推荐的框架下,通过融合社交关系信息,提出了一种基于空间变换的协同过滤推荐算法。首先,根据用户社交网络信息,运用社区发现算法将用户划分为不同的类;其次,基于评分信息,根据用户和物品之间的对应关系找到各个用户类所对应的物品类;最后,通过各个物品对每一物品类的隶属关系,将稀疏的高维评分信息矩阵转换为一个低维稠密的物品隶属度矩阵,进而基于该矩阵进行相似度计算并进行协同过滤推荐。在公开数据集上将所提方法与其他算法进行了对比实验分析,结果表明,所提算法能够在保证推荐准确性的同时明显提升计算效率。
噪音特征对聚类内部有效性的影响
杨, 虎, 付宇, 范, 丹
计算机科学. 2018, 45 (7): 22-30.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.004
摘要 ( 264 )   PDF(2929KB) ( 917 )   
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聚类内部有效性指标是在未知样本真实分类情况下用于评价聚类结果优劣、寻找最佳聚类个数的指标,是聚类分析研究中的重要内容。虽然已有大量的研究分析了聚类内部有效性指标的性能,且有研究结论表明某些内部有效性指标的性能良好,能够辅助聚类算法找到最佳聚类个数,但这些研究未考虑真实数据中的噪音特征对内部有效性指标的影响,研究结论可能会误导内部有效性指标的选取和应用。为此,选取了10种常用的内部有效性指标来研究噪音特征对内部有效性特征选择和聚类结果的影响。结果表明,数据中的噪音特征会影响内部有效性指标的性能,除KL指标、CH指标和CCC指标对噪音特征的反应相对不敏感外,其他内部有效性指标均对噪音特征敏感,且聚类结果的准确性会随着噪音的增强而降低。
基于样本权重更新的不平衡数据集成学习方法
陈圣灵,沈思淇,李东升
计算机科学. 2018, 45 (7): 31-37.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.005
摘要 ( 425 )   PDF(1383KB) ( 1359 )   
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不平衡数据的问题普遍存在于大数据、机器学习的各个应用领域,如医疗诊断、异常检测等。研究者提出或采用了多种方法来进行不平衡数据的学习,比如数据采样(如SMOTE)或者集成学习(如EasyEnsemble)的方法。数据采样中的过采样方法可能存在过拟合或边界样本分类准确率较低等问题,而欠采样方法则可能导致欠拟合。文中将SMOTE,Bagging,Boosting等算法的基本思想进行融合,提出了Rotation SMOTE算法。该算法通过在Boosting过程中根据基分类器的预测结果对少数类样本进行SMOTE来间接地增大少数类样本的权重,并借鉴Focal Loss的基本思想提出了根据基分类器预测结果直接优化AdaBoost权重更新策略的FocalBoost算法。对不同应用领域共11个不平衡数据集的多个评价指标进行实验测试,结果表明,相比于其他不平衡数据算法(包括SMOTEBoost算法和EasyEnsemble算法),Rotation SMOTE算法在所有数据集上具有最高的召回率,并且在大多数数据集上具有最佳或者次佳的G-mean以及F1Score;而相比于原始的AdaBoost,FocalBoost则在其中9个不平衡数据集上都获得了更优的性能指标。
一种多结构及文本融合的网络表征方法
李佳艺, 赵宇, 王莉
计算机科学. 2018, 45 (7): 38-41.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.006
摘要 ( 248 )   PDF(2137KB) ( 807 )   
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网络表征通过对网络结构的深度学习得到节点的矢量表征,挖掘网络中潜在的信息,是社会计算中的一种重要降维方法。针对一种融合了网络中的文本和结构的、基于矩阵分解的网络表征方法TADW,首先分析并讨论了文本属性矩阵在矩阵分解式中的位置对网络表征效果的影响,并对此方法进行了优化;在此基础上,提出了一种融合关系结构、交互结构和文本属性的社交网络表征方法。在多个数据集上的实验结果表明,该方法在多分类任务中优于其他经典网络表征方法。
基于HBase的支持频繁更新与多用户并发的R树
王波涛,梁伟,赵凯利,钟汉辉,张玉圻
计算机科学. 2018, 45 (7): 42-52.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.007
摘要 ( 310 )   PDF(2331KB) ( 623 )   
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基于位置服务的应用已经进入大数据时代,传统基于位置服务的技术面临系统扩展性、性能等方面的挑战。云计算技术是大数据处理的基础,索引是优化查询的重要手段。尽管目前已存在大量的研究成果,但尚未有HBase上的支持频繁更新与多用户并发的R树索引。针对移动对象索引的频繁更新与多用户并发的需求,文中提出了基于HBase的支持频繁更新与多用户并发的R树索引,它只索引包含移动对象的网格,避免了频繁更新问题;进一步基于HBase的数据行与数据分区的组织与读写特性,对R树的节点进行重组,并对网格Z-order编码,从而减少了对HBase的读写操作,提高了查询效率;最后提出了基于ZooKeeper分布式读写锁的优化策略,提高了索引的吞吐量。实验结果表明,与网格索引相比,在数据非均匀的情况下,所提策略的查询吞吐量提高了25%~50%,更新吞吐量约在同一数量级;与分布式共享锁索引相比,分布式读写锁索引的吞吐量提高了近40%。
第三十三届全国信息存储技术学术会议
基于NVM的存储安全综述
李月,王芳
计算机科学. 2018, 45 (7): 53-60.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.008
摘要 ( 461 )   PDF(1447KB) ( 1773 )   
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大数据时代的来临为存储系统提供了新的机遇,同时也提出了新的挑战。传统的基于动态随机存储(DRAM)的内存架构面临着容量、能耗、可靠性等方面的问题;新型非易失存储器件(Non-Volatile Memory,NVM)具有非易失、字节寻址、空闲能耗低等优势,可以作为外存、内存或存储级内存(Storage Class Memory,SCM),为未来存储系统的变革提供了新选择,但同时也存在一些安全问题。NVM器件本身的耐久性有限,频繁对某一位置进行写操作时会造成该位置磨损,从而缩短设备的寿命;同时,由于具有非易失性,NVM被用作内存时,断电后数据不会丢失,攻击者可以通过窃取数据来提取敏感信息或对数据进行篡改;当NVM与DRAM构成混合内存时,可能会产生指针指向不明等问题;NVM作为SCM时,应用程序通过存取(load/store)接口直接对其进行访问,绕过了文件系统等权限管理和一致性管理机制。针对这些问题,文中总结了磨损均衡、减少写操作、减少写入量、内存加密、设计一致性机制、设计权限管理机制等解决办法;最后从硬件、操作系统以及编程模型层面探讨了仍须关注的NVM安全问题。
基于SSD-SMR混合存储的LSM树键值存储系统的性能优化
王洋洋, 韦皓诚, 柴云鹏
计算机科学. 2018, 45 (7): 61-65.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.009
摘要 ( 540 )   PDF(2830KB) ( 955 )   
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大数据对存储系统的可扩展性、性能和成本等方面提出了更高的要求。瓦记录(Shingled Magnetic Recor-ding,SMR)硬盘由于存储密度高、价格便宜,正逐步被广泛应用于大数据存储系统。但是,SMR硬盘的随机写性能较差,与快速的基于闪存的固态硬盘(Solid State Drive,SSD)一起构成混合存储时可以显著提升性能。同时,基于写优化的日志结构合并(Log-Structured Merge,LSM)树的键值存储已被广泛应用于许多NoSQL系统,如BigTable,Cassandra和HBase等。因此,如何基于新型的SSD-SMR混合存储构建出高性能的LSM树键值存储系统是一个具有很大研究价值的问题。首先建立基于SSD-SMR混合存储的LSM树键值系统的性能模型,然后针对SSD和SMR的硬件特征以及LSM树键值存储的软件特点,设计了一套面向SSD-SMR混合存储进行性能优化的LSM树键值存储系统,并基于LevelDB实现了该系统。在仅仅使用0.4%~2%空间的SSD的情况下,所提方法可以使SSD-SMR混合存储方案比普通磁盘方案的随机写性能提高20%,随机读性能提高5倍。
一种基于新能源驱动的存储系统的能耗优化方案
庄晓照, 万继光, 张艺文, 瞿晓阳
计算机科学. 2018, 45 (7): 66-72.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.010
摘要 ( 475 )   PDF(3493KB) ( 780 )   
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能源成本的增长和环境问题的日益突出使得数据中心面临严峻挑战,引进经济环保的新能源已经迫在眉睫。但是,新能源的间歇性、不稳定性和突变性等特点,导致数据中心无法有效适应新能源。为此,各大数据中心提出能源管理策略和负载调度算法等解决方案,但是现有的研究成果大多是针对计算方面的能耗优化,无法适应于存储方面。鉴于此,提出一种基于新能源驱动的存储系统的能耗优化方案,利用不同存储介质的特性和在线-离线负载划分模型来实现负载能耗需求和新能源供应的匹配。为保证存储系统的性能和能耗效率,采用双驱动和虚拟化合并技术实现细粒度的能耗控制方案;此外,还设计并实现了一种离线负载优化调度算法,进一步提高了新能源的利用率。实验结果表明,优化能耗方案可以使新能源的利用率达到95%,同时保证存储系统性能的退化比例低于9.8%。
求解01背包问题的贪婪蛙跳算法
高思齐,邢玉轩,肖侬,刘芳
计算机科学. 2018, 45 (7): 73-77.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.011
摘要 ( 507 )   PDF(1388KB) ( 1125 )   
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01背包问题是经典的组合优化问题,被广泛应用于生活中的多个领域,如货物装载、预算控制、资源分配和资产管理等。因此,长期以来许多科学家在该领域不断钻研,并取得了丰硕的成果。尽管01背包问题已被研究多年,但由于该问题已被证明为NP完全问题,因此找到最优解并不容易。近年来,大量的智能算法不断被提出并被用来求解01背包问题,如化学反应优化算法、遗传算法、粒子群算法、蛙跳算法、人工蜂群算法、爬山算法和模拟退火算法等。通过对智能算法和01背包问题的探索,文中提出了贪婪蛙跳算法(GFLA)来解决01背包问题。不同于传统的蛙跳算法,GFLA总会在每次模因搜索过程中更新全局最优解,以便在接下来的全局搜索过程使用最新的全局最优解进行搜索,从而扩大解的搜索空间。除了蛙跳算法这类传统的局部搜索和全局搜索策略之外,针对01背包问题,在计算适应度值的阶段,本工作提出了贪心策略并分别将其应用于drop和add两个步骤。在drop阶段,若背包超重,则将其中价值密度最小的物品移出并更新解决方案。在add阶段,若背包还有承载物品的能力,则将未放入背包的重量最小的物品放入背包,并对背包信息进行更新。这样,便大大提高了利用蛙跳算法来求解01背包问题的能力。将贪婪蛙跳算法与蜂群算法、化学反应优化算法、遗传算法和量子演化算法进行对比,结果显示,贪婪蛙跳算法取得了最好的结果,从而表明了该算法是求解01背包问题的有效算法。
NMST:一种基于线段树的持久性内存管理优化方法
侯泽毅, 万虎, 徐远超
计算机科学. 2018, 45 (7): 78-83.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.012
摘要 ( 427 )   PDF(2559KB) ( 850 )   
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新型非易失存储介质(Non-Volatile Memory,NVM)的出现引发了编程模型的革新。现有的基于函数库的编程模型为存储系统提供的ACID特性解决了数据一致性问题,但是在分配持久性内存时,延迟较大,不能很好地满足应用程序对动态内存分配速度的要求。针对现有函数库编程模型中存在持久化内存管理和分配低效的问题,以目前最具代表性的函数库编程模型NVML为基础,提出了一种基于线段树的持久性内存管理分配优化方法NMST;另外,针对线段树在持久性内存分配过程中维护连续空间时开销较大的问题,提出构造多粒度叶子结点的线段树的方法。实验结果表明,相比于NVML原始方法,NMST方法在分配持久性内存时使延迟降低了36.9%,而优化后的NMST方法在分配持久性内存时使延迟降低了43.6%。实验结果也证明,性能提升的大小与调用NVML函数库的程序中实际持久性内存分配的次数及粒度紧密相关。
网络与通信
流星余迹通信网络的路由算法
高航,慕晓冬,易昭湘,仝彤,袁覃恩
计算机科学. 2018, 45 (7): 84-89.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.013
摘要 ( 276 )   PDF(2203KB) ( 695 )   
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流星余迹通信是一种重要的应急通信方式。其通信网络具有传输延时长和链路间歇中断的特点,适用于这种特殊网络的路由算法具有明显的针对性,有待深入研究。文中在研究流星余迹网络拓扑结构的基础上,基于OPNET仿真软件构建流星余迹组网模型,结合适用于DTN(Delay Tolerant Network)网络的ED(Earliest Delivery)算法和EDLQ(Earliest Delivery with Local Queue)算法的特点,分析通信时延模型,提出一种改进的OED(Optimistic Earliest Delivery)算法。基于已建立的模型对数据传输成功率和网络吞吐量进行仿真。仿真结果表明,OED算法在组网网络的数据吞吐量和数据传输成功率方面优于ED算法和EDLQ算法,能够避免因队列溢出导致的数据包丢失;通过增大节点容量,OED算法的数据通过率相对于ED算法和EDLQ算法分别提升了20%和8%;路由算法的选择不影响流星余迹节点间链路的平均持续时间和平均中断等待时间。OED算法在流星余迹网络中具有较强的适应性,能够为流星余迹组网的建设提供参考。
基于云环境的高效任务调度算法
钟志峰,张田田,张,易明星,曾张帆
计算机科学. 2018, 45 (7): 90-94.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.014
摘要 ( 294 )   PDF(2182KB) ( 605 )   
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高效的任务调度是云服务提供商高效处理业务并降低运营成本的关键。针对云环境下的任务调度问题,提出一种贪心模拟退火的新型算法。首先,利用贪心算法求出局部最优解,并用它来初始化所提新型算法的当前最优解及模拟退火算法的初始解;然后,采用模拟退火算法来不断更新当前最优解。实验结果表明,与传统调度算法相比,所提算法能够更快地达到全局收敛,并得到更加稳定的寻优结果,提高了寻优的质量和效率;同时,该算法不仅减少了总任务时间开销,而且使虚拟机的平均资源利用率稳定在99%以上,负载也更加均衡。
一种面向节点负载均衡的虚拟网络重构算法
李振涛, 孟相如, 赵志远, 苏玉泽
计算机科学. 2018, 45 (7): 95-98.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.015
摘要 ( 216 )   PDF(2320KB) ( 559 )   
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为提高虚拟网络请求接受率,针对物理节点负载不均衡的问题,提出一种面向节点负载均衡的虚拟网络重构算法。根据物理节点的平均可用计算资源和最小可用计算资源,设置一个阈值,对超过阈值的物理节点进行重配置,动态地选择需要迁移的虚拟节点,在均衡物理节点负载的情况下,尽可能地减少虚拟节点的迁移数量。仿真结果表明,所提方法均衡了物理节点负载,提高了物理网络资源利用率和虚拟网络请求接受率。
非基于测距的压缩感知多测量向量目标定位
郭艳,杨思星,李宁,孙保明,钱鹏
计算机科学. 2018, 45 (7): 99-103.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.016
摘要 ( 195 )   PDF(15577KB) ( 653 )   
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传统的压缩感知定位方法大多是基于测距的,需要获得目标的精确定位信息,并不适用于资源受限的低损耗无线传感器网络。提出一种非基于测距的压缩感知多测量向量目标定位方法,能够大大降低对网络硬件的要求。该算法一方面根据传感器获得的目标连通性信息,设计了非基于测距的压缩感知定位模型;另一方面采用对定位区域进行动态感知的方法,解决了非基于测距的定位中定位精度不高的问题。该算法能够同时处理多组测量数据,且操作简单,适用性强。仿真证明,该算法具有较好的定位精确性和鲁棒性。
下含D2D蜂窝网中基于公平性原理的功率控制
王振朝,赵云,薛文玲
计算机科学. 2018, 45 (7): 104-109.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.017
摘要 ( 233 )   PDF(1522KB) ( 652 )   
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针对蜂窝下含D2D系统的资源分配问题,文中首次以共道链路间传输速率的公平性为目标来研究功率控制问题。首先,将建立的系统模型归结为以系统吞吐量最大化为目标的联合信道分配与功率控制的最优化问题。为了降低求解该问题的难度,将问题解耦为信道分配和功率控制两个子问题。在假设已得到最优链路匹配集合的基础上,重点研究功率控制问题,分别得出基于公平性原理的最佳发射功率的闭式解、基于系统吞吐量最大化的最佳发射功率的闭式求解域以及满足公平性前提下基于系统吞吐量最大化的最佳发射功率的闭式求解域。仿真结果表明,共道链路的公平性能得到了有效提升。
基于线性规划的传感器节点布局模型
徐涛,杜昱萱,吕宗磊
计算机科学. 2018, 45 (7): 110-115.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.018
摘要 ( 260 )   PDF(1463KB) ( 833 )   
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针对用最少的传感器节点覆盖感兴趣区域并确保传感器节点之间连通的最优化问题,提出了基于线性规划的传感器节点布局模型。该模型通过传递闭包计算连通性,将命题逻辑式转化为线性方程组,从而求得该模型的精确解。同时,设计了在不同网格规模下的全覆盖实验验证了该模型的正确性。该模型可以自行设定最大跳数、感兴趣区域和汇聚节点的位置,求得的精确解可作为传感器节点布局模型近似解的比较基准。
一种基于内容流行度和社团重要度的ICN缓存与替换策略
罗建桢,蔡君,刘燕,赵慧民
计算机科学. 2018, 45 (7): 116-121.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.019
摘要 ( 218 )   PDF(2084KB) ( 574 )   
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现有以信息为中心的网络(Information-Centric Network,ICN)缓存的内容的时空分布不够合理,存在无效缓存及同质化缓存等问题。对此,文中提出一种基于内容流行度和社团重要度的ICN缓存与替换策略,其结合内容流行度与节点的社团重要度来选择缓存节点,把具有不同流行度的内容分散缓存在社团重要度不同的节点上,使缓存内容的空间分布趋于合理,从而增加了缓存内容的多样性。同时,基于社团局部流行度来替换缓存内容的策略更有利于优化缓存内容的时间分布,实现缓存内容空间分布的动态调整。实验结果表明,所提策略能有效地减少用户请求的平均响应时间,提高缓存对象的命中率和全网的缓存差异度。
信息安全
基于概率图的银行电信诈骗检测方法
刘枭, 王晓国
计算机科学. 2018, 45 (7): 122-128.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.020
摘要 ( 381 )   PDF(2334KB) ( 921 )   
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近几年,经由电信网络实施的诈骗频发,给银行用户带来了巨大的经济损失。现有的银行欺诈检测方法通常先提取账户交易的RFM(Recency,Frequency,Monetary Value)特征,然后采用有监督的方法训练分类器来识别诈骗交易。但是,这类方法没有考虑交易网络的结构特征。电信诈骗具有明显的集团特性,在交易网络中会呈现出特定的结构特征,使用交易网络的结构特征有助于识别电信诈骗。针对电信诈骗的集团特性,设计相应的马尔可夫网络用于识别电信诈骗中的欺诈账户。给出了该马尔可夫网络的线性迭代优化式,并证明了其理论收敛条件。最后在模拟数据和真实数据上测试了所提方法的性能,并将其与CIA和SybilRank进行比较。实验结果表明,所提方法具有更低的假阳性和更好的抗噪性。在真实数据上,将基于账户交易特征的方法与所提方法结合,可以取得比单独使用两种方法更好的识别性能。
分布式工作流环境下角色匹配的访问控制模型
何思源,欧博,廖鑫
计算机科学. 2018, 45 (7): 129-134.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.021
摘要 ( 289 )   PDF(1372KB) ( 531 )   
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在分布式工作流环境中,为了使用户获得最合适的权限来执行工作流任务,往往需要给用户指派相应的角色。针对一组给定授权下的用户最佳角色匹配问题,提出一种分布式工作流环境下角色匹配的访问控制模型。该模型可以根据工作流的不同任务,从系统的角色中寻找拥有相关任务执行权限的一组或多组角色集合,然后参考环境、时间约束和角色间的继承关系来进行匹配优化,最终为用户选取最优的角色集合。实验表明,该模型能够剔除冗余角色,为用户精确分配一组最小的角色集合,从而达到角色匹配优化的目的。
具有异构感染率的僵尸网络建模与分析
牛伟纳, 张小松, 杨国武, 卓中流, 卢嘉中
计算机科学. 2018, 45 (7): 135-138.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.022
摘要 ( 492 )   PDF(2487KB) ( 623 )   
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僵尸网络作为共性攻击平台,采用目前先进的匿名网络和恶意代码技术为APT攻击提供了大量有效资源。为了有效控制僵尸网络的大规模爆发,需研究其构建规律。考虑到在传播过程中僵尸网络的不同区域具有不同的感染率,结合疾病传播模型,提出了一种具有异构感染率的僵尸网络传播模型。首先,通过对僵尸网络稳态特征的分析,使用平均场方法从动力学角度研究了其传播特性;然后,在BA网络中通过模拟实验来分析异构感染率如何影响僵尸网络的传播阈值。实验结果表明,该模型更符合真实情况,且僵尸程序传播阈值和异构感染率的关系与节点数量无关。
一种抗不诚实第三方攻击的一次性公钥方案
柴林鹏, 张斌
计算机科学. 2018, 45 (7): 139-142.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.023
摘要 ( 170 )   PDF(1944KB) ( 517 )   
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针对现有典型一次性公钥方案无法抵抗不诚实第三方恶意攻击的问题,提出一种可对第三方行为进行双重约束的一次性公钥改进方案。基于该方案,用户和服务提供方可通过第三方发布的身份索引及私钥生成过程中的公开可验证消息对其诚实性进行判断,从而约束第三方的不诚实行为。同时,采用的索引生成算法在一定程度上提高了对恶意用户的追踪效率。
一种可靠的多方不可否认协议的逻辑分析方法
苑博奥,刘军
计算机科学. 2018, 45 (7): 143-149.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.024
摘要 ( 350 )   PDF(1312KB) ( 599 )   
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多方不可否认协议需要满足不可否认性、公平性和时限性三大安全目标,但是现有的对多方不可否认协议的形式化分析方法大多是对两方协议分析方法的简单扩展,单一方法不能完整覆盖所有的安全目标分析;同时,对单一安全目标的分析能力有限,分析结果不可靠。首先,综合比较现有的分析技术,选定SVO逻辑进行扩展,显式引入时间因素,给出对应的语法定义和时间演算公理。然后,对改进逻辑的语义模型进行介绍,并证明了逻辑系统的可靠性,使得改进后的逻辑系统支持对多方不可否认协议三大安全目标的分析。最后,选取一个典型的多方不可否认协议,分别对其时限性和公平性进行分析,发现了其中存在的时限性和公平性缺陷,并给出了对应的攻击方法。其中,公平性缺陷是首次被发现。
基于大数据分析的用户信息多重加密存储技术
陈贵平,王子牛
计算机科学. 2018, 45 (7): 150-153.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.025
摘要 ( 234 )   PDF(1324KB) ( 616 )   
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在大数据的分析中,当前方法对信息进行加密存储时,主要以线性微分求解对混合加密存储方法进行优化。在对密钥进行扩展的过程中,信息链路加密存储的信息出现非线性的突变,造成加密存储的信息安全性较低。鉴于此,提出一种基于超带宽的用户信息多重加密存储方法。利用混沌映射给用户信息增加反破解的保护外壳,以达到大数据分析下用户信息多重加密的目的,克服了当前方法存在的弊端,降低了加密信息存储产生的非线性突变。利用超带宽多重加密存储技术对用户信息进行多重加密存储,有效地增强了加密存储信息的抗攻击性,提高了用户信息多重加密存储的安全性,完成了对基于大数据分析的用户信息多重加密存储技术的研究。实验结果表明,利用该方法进行信息的多重加密存储提高了信息的安全性。
基于自适应卷积滤波的网络近邻入侵检测算法
卢强, 游荣义, 叶晓红
计算机科学. 2018, 45 (7): 154-157.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.026
摘要 ( 290 )   PDF(2534KB) ( 623 )   
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深度无线传感组合网络中的近邻路由节点入侵具有载荷快速变化性,难以对新出现的攻击类型和网络异常行为进行有效识别,因此提出一种基于自适应卷积滤波的网络近邻入侵检测算法。在深度无线传感组合网络的传输信道中进行网络流量采集,构建网络入侵信号模型,在时间和频率上分析网络入侵信号的能量密度和攻击强度等特征信息,构建自适应卷积滤波器进行网络传输信息的盲源滤波和异常特征提取;采用联合时频分析方法进行网络近邻入侵特征信息的频谱参量估计,根据频谱特征的异常分布状态进行无线传感组合网络近邻入侵检测。仿真实验结果表明,采用该方法进行网络入侵检测的准确率较高,对未知的网络流量样本序列具有较高的识别能力和泛化能力,且所提算法优于传统的HHT检测算法、能量管理检测方法。
基于二次剩余理论的智能电表安全认证协议
徐扬,苑津莎,高会生,赵振兵
计算机科学. 2018, 45 (7): 158-161.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.027
摘要 ( 265 )   PDF(1277KB) ( 553 )   
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在EPC Class 1 Gen-2标准下,RFID标签中只有很少的内存被用于处理标签的安全问题。针对此,提出一种基于二次剩余的RFID认证协议。协议通过在阅读器和标签内预置一个智能电表ID的Hash值来保证标签的前向安全性和匿名性,数据采集器通过二次剩余理论来验证电表标签是否合法,以实现对智能电表的身份认证;利用BAN逻辑理论实现对协议的安全性分析。与其他两种应用于智能电表的认证协议的性能对比分析表明,该协议计算量小,实现复杂度低,可以抵御多种攻击,能够满足用户的安全隐私需求。
基于属性代理重加密技术与可容错机制相结合的数据检索方案
刘新宇, 李浪, 肖斌斌
计算机科学. 2018, 45 (7): 162-166.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.028
摘要 ( 251 )   PDF(2060KB) ( 575 )   
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针对云服务器上用户信息的隐私问题,提出一种基于属性代理重加密技术与容错机制相结合的方案。该方案将用户存储的数据分为文件和文件的安全索引,将其分别进行加密后存储在不同的云服务器上。首先,利用倒排序结构构造文件的安全索引,并使用模糊提取器对关键字进行预处理,用户可以通过该安全索引进行容错的多关键字搜索;其次,设置访问控制树对解密密钥重加密,实现权限管理,即实现数据在云端的有效共享;最后,通过Complex Triple Diffle-Hellman难题证明该方案生成的系统主密钥是安全的,因此该方案在云环境下也是安全的。与已有的方案的对比分析表明,该方案可减少密钥重加密、解密等的计算量,同时通过加入容错处理机制提高了数据检索的效率。
人工智能
基于变粒度的大规模真值表快速知识约简
宋波,闫继雄,陈泽华
计算机科学. 2018, 45 (7): 167-171.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.029
摘要 ( 229 )   PDF(1320KB) ( 538 )   
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在大规模逻辑电路的分析与设计中,直接由大规模真值表得到最简逻辑函数表达式的过程往往比较复杂。针对此问题,提出了一种基于变粒度的大规模真值表快速知识约简算法。随着真值表的输入逻辑变量的粒度变化,通过引入标记矩阵和启发式算子,对大规模真值表进行知识约简,从而得到最简逻辑函数表达式。最后,通过实例分析并详述算法过程,且通过数据集进行对比实验,验证了该算法的快速性与有效性。
任务推荐中考虑任务关联度与时间因素的改进OCCF方法
王刚,王含茹,胡可,贺曦冉
计算机科学. 2018, 45 (7): 172-177.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.030
摘要 ( 309 )   PDF(2855KB) ( 711 )   
参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
随着众包系统的兴起,人们对众包系统的关注逐渐增多。基于众包系统中的任务推荐,研究者大多将用户对任务的行为数据转化为评分,但没有考虑任务关联关系以及用户兴趣变化对推荐结果的影响。为此,提出一种考虑任务关联度与时间因素的改进OCCF方法,以对任务进行推荐。一方面,在负例抽取阶段引入兴趣遗忘函数,并根据用户活跃度抽取一定数量的负例;另一方面,在概率矩阵分解阶段融合任务相似度信息以进行分解。将所提出的方法应用于众包系统的任务推荐中,利用威客任务中国的数据集进行了实验。实验结果表明,与主流方法相比,所提方法取得了更好的结果,能有效地提高推荐质量。
区间值决策系统的局部属性约简
尹继亮,张楠,赵立威,陈曼如
计算机科学. 2018, 45 (7): 178-185.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.031
摘要 ( 267 )   PDF(2044KB) ( 656 )   
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区间值决策系统中已有的属性约简工作主要针对决策属性中所有的决策类。针对区间值决策系统中决策属性的某些特定类,引入了区间值决策系统局部约简的概念,提出了部分决策类约简的判定定理;利用差别矩阵方法研究局部约简的结构,并给出了基于差别矩阵的局部约简算法。通过局部约简的概念对区间值决策系统的全局约简结构进行进一步刻画,讨论了不协调区间值决策系统的局部约简和全局约简之间的关系。最后通过相关实验验证了所提算法的可行性和有效性。
基于词向量的Jaccard相似度算法
田星,郑瑾,张祖平
计算机科学. 2018, 45 (7): 186-189.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.032
摘要 ( 465 )   PDF(1229KB) ( 1297 )   
参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
通过对传统Jaccard算法的研究和改进,提出了一种基于词向量的Jaccard句子相似度算法。传统的Jaccard算法以句子的字面量为特征,因而在语义层面的相似度计算方面受到了一定的限制。而随着深度学习的兴起,尤其是词向量的提出,词语在计算机中的表示有了突破性的进展。该算法首先通过训练将每个词语映射为语义层面的高维向量,然后计算各个词向量之间的相似度,高于阈值α的作为共现部分,最终计算句子的相似度。实验表明,相较于传统的Jaccard算法,该算法在短文本相似度计算的准确率上有较明显的提升。
基于空间距离自适应权重度量的粗糙K-means算法
王慧研,张腾飞,马福民
计算机科学. 2018, 45 (7): 190-196.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.033
摘要 ( 296 )   PDF(1310KB) ( 609 )   
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粗糙K-means算法中下近似和边界区域权重系数的设置对算法的聚类效果有着重要的影响。传统的粗糙K-means算法及很多改进的粗糙K-means算法对所有类簇的下近似和边界区域设置固定的权重,忽视了簇内数据对象分布差异性的影响。针对这个问题,根据下近似和边界区域的数据对象相对于类簇中心的空间分布情况,提出一种新的基于空间距离自适应权重度量的粗糙K-means算法。该算法在每次迭代过程中,根据每个类簇的下近似和边界区域的数据对象相对于类簇中心的平均距离,综合度量下近似和边界区域对于类簇中心迭代计算的不同重要程度,动态地计算下近似和边界区域的相对权重系数。通过实例验证及实验仿真证明了所提算法的有效性。
基于投票式属性重要度的快速属性约简算法
王蓉, 刘遵仁, 纪俊
计算机科学. 2018, 45 (7): 197-201.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.034
摘要 ( 333 )   PDF(2306KB) ( 700 )   
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作为经典Pawlak粗糙集的扩展,邻域粗糙集能有效处理数值型的数据。但是,因为引入了邻域粒化的概念,所以邻域实数空间下的计算量要比经典离散空间下的计算量大得多。对于邻域粗糙集算法而言,能够有效且快速地找到数据集的属性约简是十分有意义的。为此,针对现有算法中属性重要度定义的不足,首先提出了一种改进的投票式属性重要度,然后进一步提出了一种基于投票式属性重要度的快速属性约简算法。实验证明,与现有算法相比,在保证分类精度的前提下,该算法能更快速地得到属性约简。
信息的P-依赖与信息P-依赖挖掘-筛选
刘纪芹, 张海月
计算机科学. 2018, 45 (7): 202-206.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.035
摘要 ( 222 )   PDF(2156KB) ( 504 )   
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P-集合(packet sets)是一个新的动态模型,它是由内P-集合XF( internal packet set XF)与外P-集合XF(outer packet set XF)构成的集合对,即(XF,XF)是P-集合。P-集合把动态特性引入到有限普通集合X(cantor set X)内,改进了有限普通集合X。文中通过利用P-集合与它的动态特性,给出信息P-依赖(packet dependence)与P-依赖结构,给出信息P-依赖的属性特征,进而给出信息P-依赖挖掘与挖掘定理,以及P-依赖挖掘准则与信息P-依赖挖掘-筛选原理;最后根据这些研究结果给出应用。
基于密度缩放因子的ISOMAP算法
李香元,蔡骋,何进荣
计算机科学. 2018, 45 (7): 207-213.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.036
摘要 ( 220 )   PDF(2577KB) ( 642 )   
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等度量映射(ISOMAP)算法是一种被广泛应用的非线性无监督降维算法,通过保持各个观测样本间的测地距离进行等距嵌入,从而实现高维空间向低维空间的坐标转换。但在实际应用中,观测数据无可避免地会存在噪声,由于测地距离的计算对噪声比较敏感,并且也没有考虑数据集的密度分布,导致ISOMAP算法降维后低维坐标表示存在几何变形。针对这一缺点,根据局部密度的思想,提出一种基于密度缩放因子的ISOMAP(Density Scaling Factor Based ISOMAP,D-ISOMAP)算法。在传统的ISOMAP算法框架下,首先,针对每个观测样本计算一个局部密度缩放因子;然后,在测地距离的计算过程中,将直接相邻的两个样本之间的测地距离除以这两个样本密度缩放因子的乘积;最后,通过最短路径算法求得改进后的距离矩阵,并对其进行降维处理。改进的测地距离在密度较大的区域被缩小,而在密度较小的区域被放大,这样可以减小噪声对降维效果的影响,提升可视化和聚类效果。人工数据集和UCI数据集上的实验结果表明,在数据集的可视化和聚类效果方面,D-ISOMAP算法较经典的无监督降维算法具有一定的优势。
改进的粒子群算法在轧制负荷分配中的优化
李荣雨, 张卫杰, 周志勇
计算机科学. 2018, 45 (7): 214-218.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.037
摘要 ( 237 )   PDF(2309KB) ( 524 )   
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针对带钢热连轧精轧机组中负荷分配的优化问题,提出一种基于经验的自适应双层粒子群优化算法(ADLPSO-EM)。每次种群迭代后,对记忆群体通过改进的更新公式进行更新。利用改进的自适应调整惯性权重的策略充分增强种群的多样性,提高全局搜索能力。最后,在将其应用于热连轧负荷分配问题时,通过以经验法得到的值产生一个搜索邻域,并通过变邻域求出最后的负荷分配。仿真结果表明,改进的算法对负荷分配优化具有明显的效果。
图形图像与模式识别
基于最小特征值非线性修正的快速噪声水平估计算法
徐少平,曾小霞,姜尹楠,林官喜,唐祎玲
计算机科学. 2018, 45 (7): 219-225.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.038
摘要 ( 224 )   PDF(3937KB) ( 568 )   
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鉴于从噪声图像上提取的原生图块协方差矩阵的最小特征值与噪声水平值之间具有显著的相关性,提出一种基于多项式回归技术训练非线性映射模型,直接将原生图块最小特征值修正为最终的噪声水平预测值的快速噪声水平估计算法。首先,选择具有代表性且无失真的自然图像作为训练图像集合;然后,对这些图像施以不同程度的高斯噪声构成样本训练图像库。在此基础上,提取各个噪声样本图像的原生图块,并使用PCA变化得到原生图块协方差矩阵的最小特征值;最后,利用多项式回归技术构建最小特征值与噪声水平值之间的非线性修正模型。实验表明,与现有算法相比,改进算法对高、中、低各级别的噪声都能鲁棒地进行预测,尤其在低水平噪声方面表现出色,在预测准确度和执行效率两方面具有显著的综合优势。
铁路视频序列的FOE的估计
胡燕花,唐鹏,金炜东,何正伟
计算机科学. 2018, 45 (7): 226-229.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.039
摘要 ( 218 )   PDF(2578KB) ( 727 )   
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在结构化场景的轨道交通中,车载视频观测因相机平移运动而呈现出图像内容以某点为中心向四周扩散的现象,该点被称为FOE (Focus of Expansion)。当前计算FOE的算法对噪声敏感且计算量大,不能准确地计算铁路场景中的FOE。鉴于此,文中提出一种铁路视频序列的FOE估计方法。该方法首先利用金字塔光流法对检测的Harris角点进行跟踪和粗匹配,并在此基础上利用RANSAC算法进行精确的匹配,求得基础矩阵,然后提取图像中的极线束并计算FOE。实验结果表明,所提算法比Hough 直线求得的FOE误差小,适于实时应用。
一种基于突变基因网络的癌症驱动通路识别算法
郭炳, 郑文萍, 韩素青
计算机科学. 2018, 45 (7): 230-236.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.040
摘要 ( 387 )   PDF(2641KB) ( 862 )   
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大型癌症基因组项目(TCGA,ICGC等)产生了大量的癌症组学数据,使人们深入研究癌症变为可能,其中寻找引发癌症的相关突变基因是一个重要挑战。在癌细胞中,基因变异可分为两类:一类是可导致癌症发生的驱动突变(driver mutation),另一类是对癌症发生扩散没有影响的乘客突变(passenger mutation)。识别癌症驱动基因有利于理解癌症发病原理和发展进程以及研发癌症药物或进行靶向治疗,是生物信息学中的重要问题。文中提出一种基于突变基因网络的癌症驱动通路识别算法GNDP,对癌症病人的体细胞突变数据进行分析。该算法定义了非重叠平衡度来度量基因对的位于同一驱动通路的可能性;根据基因对的非重叠平衡度、互斥和覆盖度,构建基因互斥网络,很大程度上减少了网络边数,提高了计算效率;在所构造的基因互斥网络中将查找到的极大团作为潜在驱动通路基因集合;用覆盖度和互斥度对潜在驱动通路基因集合进行筛选,得到其极大权重子团,并将其作为识别出的驱动通路。分别在模拟数据、肺腺癌以及多形性成胶质细胞瘤突变数据上对GNDP算法进行有效性验证,并将其与经典驱动通路识别算法Dendrix和Multi-Dendrix进行实验对比。结果表明,GNDP不需要指定驱动通路的基因个数,能在模拟数据上准确检测出所有人工设置的驱动通路;针对肺腺癌和多形性成胶质细胞瘤突变数据,GNDP在不需要任何先验知识的情况下达到较高的识别准确率,能高效地识别出主要驱动通路,其结果优于对比算法。
基于深度传感器的坐姿检测系统
曾星,孙备,罗武胜,刘涛诚,鲁琴
计算机科学. 2018, 45 (7): 237-242.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.041
摘要 ( 438 )   PDF(2837KB) ( 1646 )   
参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
以检测不良坐姿和分析人们的坐姿习惯为引导,设计了一种基于深度传感器的坐姿检测系统。该系统首先运用Astra3D传感器对人体的坐姿进行深度图像采集,基于阈值分割法设计了快速有效的前景提取方法。将坐姿前景分割图在3个笛卡尔平面上进行投影,得到3个投影图,对投影图进行空白去除、插值缩放、归一化等处理,得到投影特征。经过PCA降维后的投影特征与前视图的金字塔HOG特征共同组成最终的坐姿特征向量。随后,运用随机森林对14种坐姿进行分类识别。实验中,对20个人的坐姿深度图像数据库进行统一测试与交叉测试。测试结果表明,所提坐姿识别方法具有很好的识别率与识别速度,并且在坐姿种类、识别率方面优于现有方法。最后,将所提方法在Android平台上进行实现,设计了坐姿检测系统的应用软件,实现了坐姿的有效检测和对不良坐姿的及时提醒等功能。
基于约束随机游走的肿瘤图像分割方法
刘庆烽, 刘哲, 宋余庆, 朱彦
计算机科学. 2018, 45 (7): 243-247.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.042
摘要 ( 308 )   PDF(4887KB) ( 734 )   
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精确的肺部肿瘤区域分割对于放射治疗和手术计划的制定至关重要。针对目前基于单模态图像的肺部肿瘤区域分割的精度较低等问题,综合PET和CT图像的优缺点,提出一种全新的多模态肺部肿瘤图像分割方法。首先,使用区域生长法和数学形态学法对PET图像进行预分割以获取初始轮廓,初始轮廓用于获取PET图像和CT图像上随机游走所需的种子点,同时作为约束加入到CT图像的随机游走过程中;依据CT图像解剖特征较强的特点,利用CT解剖特征改进PET图像上随机游走的权值;最终将PET图像和CT图像上随机游走所获得的相似度矩阵进行加权,在PET图像和CT图像上获得一个相同的分割轮廓。实验表明,相较于其他传统分割算法,所提方法在肺部肿瘤区域分割上具有更高的精确度和更好的稳定性。
基于虚拟现实技术的模糊静态图像目标重现方法
姬莉霞,刘成明
计算机科学. 2018, 45 (7): 248-251.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.043
摘要 ( 223 )   PDF(2748KB) ( 522 )   
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模糊静态图像目标重现方法的优劣直接影响了模糊静态图像处理的最终效果和目标识别的准确性。目前,模糊静态图像目标重现方法首先采用暗原色先验规律对模糊静态图像目标的环境光值进行估计,并且基于光照情况对模糊静态图像目标进行透射率估计;然后利用物理模型还原出模糊静态图像目标;最后对还原的目标进行反转,得到模糊静态图像目标的重现结果。该方法存在重现目标对比度较低的问题。为了提高对比度,改善视觉效果,提出了一种基于虚拟现实技术的模糊静态图像目标重现方法。首先,利用虚拟现实技术与光学成像原理对模糊静态图像目标进行采集和分层处理;然后,采用分段线性色阶调整函数来处理模糊静态图像目标的亮度通道,进行全局映射;最后,对目标细节做相应处理,保持目标细节的可见性,完成目标重现。实验结果表明,所提方法具有更好的视觉效果和更明显的细节信息。
多特征融合的Camshift运动目标跟踪算法
吴玮,郑娟毅,杜乐
计算机科学. 2018, 45 (7): 252-258.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.044
摘要 ( 285 )   PDF(2895KB) ( 1102 )   
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传统的Camshift算法以颜色直方图为特征对目标进行跟踪,对刚性目标的跟踪具有较强的鲁棒性。当目标受到颜色相近的干扰物干扰或者部分遮挡时,其跟踪效果和准确度不太理想。为此,提出一种多特征融合的Camshift目标跟踪算法。首先,对目标的颜色特征、边缘特征和空间信息进行提取和处理,得到颜色空间直方图和空间边缘方向直方图;然后,分别在Camshift算法框架下得到目标匹配中心位置,采用每一帧图像的相似度向量得到权值系数,通过自适应加权融合的方法得到最优中心位置。实验结果表明,相较于传统的Camshift目标跟踪算法和改进的复杂特征融合的Meanshift算法,所提方法能够更有效地克服颜色干扰、目标重叠遮挡对跟踪效果的影响,避免了目标在跟踪过程中丢失的问题,突破了传统方法的局限性。
基于显著性与脉冲耦合神经网络的图像分割
王燕,许宪法
计算机科学. 2018, 45 (7): 259-263.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.045
摘要 ( 246 )   PDF(1800KB) ( 1024 )   
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针对复杂图像易受背景干扰的问题,提出一种基于显著性与脉冲耦合神经网络(Saliency and Pulse Coupled Neural Network,SPCNN)的图像分割方法。首先,利用显著性检测算法和最大类间方差法获得显著性图以及目标图像,排除了背景对初始种子点选取的干扰;然后,计算出显著性图的质心,并将其作为初始种子点;最后,采用改进的基于区域生长的脉冲耦合神经网络对目标图像进行分割。在Berkeley图像库和Ground truth Database图像库上对SPCNN模型进行了验证。实验结果表明,在一致性系数CC、相似性系数SC、综合指标IC 3个方面,SPCNN模型均优于所对比的PCNN模型、区域生长模型和RG-PCNN模型。
结合第二代Bandelet变换分块的字典学习图像去噪算法
张真真,王建林
计算机科学. 2018, 45 (7): 264-270.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.046
摘要 ( 432 )   PDF(4383KB) ( 755 )   
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针对以往稀疏编码在图像去噪过程中存在的噪声残留和缺乏对图像的边缘与细节的本质特征的保护等问题,提出了一种结合第二代Bandelet变换分块的字典学习图像去噪算法,其更好地利用了图像的几何特性进行去噪。首先,通过第二代Bandelet变换可以灵活地根据图像几何流的正则性特征并能够自适应地获得图像的最稀疏表示来准确估计图像信息,并能自适应地选择最优的几何方向;然后,根据K-奇异值分解(K-Singular Value Decomposition,K-SVD)算法来训练学习字典;最后,通过四叉树分割对噪声图像进行自适应分块,从而去除噪声并保护图像的边缘与细节。实验结果表明,相比于其他学习字典,所提算法能更有效地保留图像的边缘特征与图像的精细结构。
基于稀疏表示和多特征融合的路面裂缝检测
张玉雪,唐振民,钱彬,徐威
计算机科学. 2018, 45 (7): 271-277.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.047
摘要 ( 254 )   PDF(4970KB) ( 770 )   
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为了提高在实际复杂背景噪声下对路面裂缝检测的精度,提出了一种基于稀疏表示和多特征融合的路面裂缝检测改进算法。该算法首先以图像子块为单位,提取对裂缝识别有效的统计、纹理和形状特征。然后,分别在各个特征矩阵下利用稀疏表示分类方法实现对裂缝子块的识别,再融合不同特征下的识别结果,设计综合识别分类器进行子块检测。最后,在识别出的裂缝子块上,采用基于视觉显著性的像素级检测方法精确提取裂缝细节。在实际高速公路路面数据库上的实验结果表明,该算法有效地提升了路面裂缝检测的精度,具有良好的鲁棒性。
交叉与前沿
CAUXT:帮助研究人员在感兴趣的情境中采集用户体验数据
韩立, 刘正捷
计算机科学. 2018, 45 (7): 278-285.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.048
摘要 ( 278 )   PDF(2132KB) ( 512 )   
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随着移动互联技术的快速发展和普及,产品的使用越来越无处不在,这也要求用户体验研究必须与情境紧密关联。但对于用户体验研究,现有的技术手段在识别和感知研究人员感兴趣的情境上还存在一定的困难,较难根据感兴趣的情境获取用户体验数据。其原因在于:现有系统工具的情境感知与用户体验研究人员的情境感知存在较大差异。目前,用户体验领域缺乏解决此类问题的研究,现有相关领域的此类研究也都是倾向于从算法和计算效率的角度来提升系统的数据采集能力,未从用户体验研究人员的情境感知机理角度来解决问题。文中创新性地通过借鉴认知科学和人机交互领域关于人认知的相关理论来构建用户体验研究人员的情境感知模型,并在此基础上利用情境感知计算技术构建具有情境感知能力的用户体验数据采集系统。通过初步的案例研究表明,此系统能够在一定程度上获取用户体验研究人员感兴趣的情境,并根据这些感兴趣的情境获取用户体验数据。
面向知识服务的科技资源协同创新服务机制
饶元,陆淑敏
计算机科学. 2018, 45 (7): 286-292.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.049
摘要 ( 200 )   PDF(2794KB) ( 507 )   
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在对知识即服务元模型进行定义与分析的基础上,提出了一个科技资源协同服务元模型STRCS,该模型包括科技资源模型、服务模型、协同模型3个子模型以及相应的科技资源与服务。同时,通过建立KAAS元模型与科技资源服务元模型间的映射机制,为科技资源平台中的知识服务模式提供了服务映射机制。在此基础上,进一步提出了一种面向KAAS的科技资源协同服务分类与知识聚合新机制,并针对动态多标签和动态文档索引的分类和聚合方式提出了优化的机制,以及科技资源的个性化服务与科技资源的知识协同机制;通过开发实现了一个基于社会化与知识服务化的科技资源公共服务平台,并利用算法优化提升了科技资源平台个性化推荐的能力与精确度,从而为解决科技资源协同创新和个性化知识服务的实施与集成提供了一个新方案。
基于高阶最小生成树脑网络的多特征融合分类方法
秦梦娜, 陈俊杰, 郭浩
计算机科学. 2018, 45 (7): 293-298.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.050
摘要 ( 270 )   PDF(2569KB) ( 729 )   
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现有的基于脑疾病的分类方法的研究使用的都是传统的低阶功能连接网络。低阶功能连接网络可能会忽略复杂的大脑区域之间动态的相互作用的模式。高阶功能连接网络能够反映网络中包含的丰富的动态时间信息,但原有的高阶功能连接网络使用聚类的方法降低了数据维度,使得构建的网络无法进行有效的神经学解释;其次,高阶功能连接网络由于规模较大,在利用复杂网络或图理论计算一些拓扑指标时消耗较大。基于此,提出了一种高阶最小生成树网络的构建方法,然后计算了传统的可量化网络指标(度和离心率)并结合频繁子图挖掘技术来挖掘具有判别能力的子网络,最后采用多核支持向量机进行分类。实验结果表明所提方法的分类精确度高达97.54%,获得了很好的分类性能。
一种针对大波数Helmholtz方程的高性能并行预条件迭代求解算法
程东升,刘志勇,薛国伟,高月芳
计算机科学. 2018, 45 (7): 299-306.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.051
摘要 ( 278 )   PDF(2586KB) ( 871 )   
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针对传统串行迭代法求解大波数Helmholtz方程存在效率低下且受限于单机内存的问题,提出了一种基于消息传递接口(Message Passing Interface,MPI) 的并行预条件迭代法。该算法利用复移位拉普拉斯算子对Helmholtz方程进行预条件处理,联合稳定双共轭梯度法和基于矩阵的多重网格法来求解预条件方程离散后的大规模线性系统,在Linux集群系统上基于 MPI环境实现了求解算法的并行计算,重点解决了多重网格的并行划分、信息传递和多重网格组件的构建问题。数值实验表明,对于大波数问题,提出的算法具有良好的并行加速比,相较于串行算法极大地提高了计算效率。
基于矩阵的工作流逻辑网模型的化简及验证
郑红,邓文轩,邓晓,卢兴见
计算机科学. 2018, 45 (7): 307-314.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.052
摘要 ( 404 )   PDF(1355KB) ( 560 )   
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在分析工作流时,Petri网是一种有效的建模工具,但在处理复杂的工作流时,其易引发“状态空间爆炸”问题。工作流逻辑作为工作流路径的逻辑框架,可实现对工作流网的进一步抽象。为了对规模较大的工作流的畅通性进行验证,利用Petri网对工作流对应的逻辑网进行建模,在此基础上,提出了一个基于矩阵的工作流逻辑网化简算法,为大规模的工作流自动化化简提供了理论基础。通过对银行选址的工作流逻辑网畅通性的验证,表明了该算法在解决实际问题时的有效性。
多尺度分析与数据互迁移相结合的短期电力负荷预测方法
刘世昌,金敏
计算机科学. 2018, 45 (7): 315-321.  doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2018.07.053
摘要 ( 243 )   PDF(1679KB) ( 516 )   
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为了提升短期电力负荷的预测效果,提出一种多尺度分析与数据互迁移相结合的短期电力负荷预测方法。一方面,针对多尺度分析预测法中分解得到的子序列在建模和预测的过程中没有对原序列中的隐含相关信息加以利用的问题,采用互信息特征选择法选取合适的原负荷序列历史值并将其加入到原负荷序列近似分量的特征集合中,通过特征扩充为学习器提供更多的信息,进而提高近似分量的预测精度。另一方面,针对不同类型的数据在学习过程中会相互影响的问题,采用了一种基于核岭回归的数据互迁移学习方法,将其他几种类型中与待预测类型日相似的数据迁移到待预测类型日的数据中,既利用了这些数据的相似性,又兼顾了这些数据的差异性。测试案例显示,所提方法在MAPE,MAE和RMSE这3个误差评价指标上相对于单模型方法分别降低了6.2%,3.4%和5.5%。