计算机科学

张宁

计算机科学. 2017, 44 (3): 1-2. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.001

摘要 ( 616 )

PDF(259KB) ( 1114 )

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介绍了一种基于生理年龄的精算定价新方式,该方式基于手背纹理照片,利用深度学习技术获得可靠的生理年龄评价结果,从而将其应用于保险上以获得更能反映投保人风险的定价。该技术和框架是深度学习在保险公司应用上的尝试,变革了数百年来保险公司基于日历年龄定价的传统模式。

云服务环境下的密钥管理问题和挑战

杨璐,叶晓俊

计算机科学. 2017, 44 (3): 3-9. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.002

摘要 ( 641 )

PDF(633KB) ( 1724 )

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为了在云环境下安全地交互各种云数据服务,存储这些服务生成或处理的敏感性数据,云服务提供商应提供多种类型的安全加密机制。相比于传统IT环境,由于云用户和云服务供应商之间的所有权不同,各种云计算服务模式(基础设施即服务、平台即服务、软件即服务)在加密服务中产生了大量密钥,使得密钥的管理和使用变得更为复杂。明确了云环境中的密钥类型、可能的状态、基本的管理功能及通用安全要求,讨论了3种典型云服务模式中密钥管理安全功能的架构方案,并从密钥管理服务互操作性需求方面给出了密钥管理互操作相关应用系统的架构和功能设想。

云环境下的突发关键字查询算法

郑诗敏,秦小麟,刘亮,周倩

计算机科学. 2017, 44 (3): 10-15. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.003

摘要 ( 392 )

PDF(1890KB) ( 855 )

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基于Spark Streaming计算框架下的分布式突发关键字查询是监测流数据中关键字突发时间的热点研究问题。多数研究方法存储统计所有的关键字,并未考虑热点关键字。在数据呈爆炸式增长的背景下,获取热点关键字的突发时间更具有价值。针对这个问题,提出一种分布式突发关键字查询算法,该算法采用动态的更新策略,通过设置检查点的方法提取热点关键字,并在线性的时间内查询突发的时间范围。实验结果表明,该算法的性能比现有算法更优。

路网中高吞吐量移动对象实时查询算法

薛忠斌,白利光,何宁,周烜,周歆,王珊

计算机科学. 2017, 44 (3): 16-19. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.004

摘要 ( 368 )

PDF(1059KB) ( 800 )

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随着无线通信技术、空间定位技术和移动计算技术的快速发展,基于位置的查询成为数据库领域的一个重要研究问题。研究了路网中移动对象的KNN查询,一系列的算法被提出用于解决移动对象的KNN查询问题。然而,这些算法关注于查询的快速响应问题或者专注于解决移动对象的快速更新问题。随着移动对象数量的不断增加,当查询和更新大量涌入时,吞吐量成为一个更重要的问题。针对移动对象的更新数据流和查询数据流,提出了一种基于内存的高吞吐量移动对象KNN查询算法——DSRNKNN算法,用于处理路网中移动对象的KNN查询。DSRNKNN算法采用了基于快照的模式。在每个快照中,DSRNKNN算法通过重新构建索引的方式避免了复杂的索引维护操作,充分发挥了硬件的性能；通过每次执行一组查询的方式,充分利用查询内和查询间的并行,增加了数据的局部性,提高了算法的效率。在基于实际路网生成的数据集上对算法进行了测试,实验验证了DSRNKNN算法具有很好的性能表现。

异构集群上的宏基因组聚类优化

韦建文,许志耿,王丙强,Simon SEE,林新华

计算机科学. 2017, 44 (3): 20-22. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.005

摘要 ( 330 )

PDF(338KB) ( 906 )

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宏基因组基因聚类是筛选致病基因的新型方法,其依赖于海量的测序数据、有效的聚类算法以及高效的计算机来实现。相关系数矩阵的计算是进行聚类前必须完成的操作,占总计算量的比重较大。以某基因库为例,包含1300个样本、每样本百万基因的数据,单线程运行需要27年。充分发挥多核CPU的潜力,利用GPU加速卡强大的计算能力,将程序扩展到多节点集群上运行,是重要而迫切的工作。在仔细分析算法的基础上,首先针对单CPU节点和单GPU卡做了高效实现,获得了接近理想的加速比；然后利用缓存优化进一步提升性能；最后使用负载均衡方法在MPI线程间分发计算任务,实现了良好的扩展。相比未优化的单线程程序,16节点CPU获得了238.8倍的加速,6 块GPU卡获得了263.8倍的加速。

一种MapReduce架构下基于遗传算法的K-Medoids聚类

赖向阳,宫秀军,韩来明

计算机科学. 2017, 44 (3): 23-26. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.006

摘要 ( 464 )

PDF(397KB) ( 1095 )

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由互联网时代快速发展而产生的海量数据给传统聚类方法带来了巨大挑战,如何改进聚类算法从而获取有效信息成为当前的研究热点。K-Medoids是一种常见的基于划分的聚类算法,其优点是可以有效处理孤立、噪声点,但面临着初始中心敏感、容易陷入局部最优值、处理大数据时的CPU和内存瓶颈等问题。为解决上述问题,提出了一种MapReduce架构下基于遗传算法的K-Medoids聚类。利用遗传算法的种群进化特点改进K-Medoids算法的初始中心敏感的问题,在此基础上,利用MapReduce并行遗传K-Medoids算法提高算法效率。通过带标签的数据集进行实验的结果表明,运行在Hadoop集群上的基于MapReduce和遗传算法的K-Medoids算法能有效提高聚类的质量和效率。

基于压缩域的脑成像大数据体可视化方法

时学凯,王文珂,黄辉,李思昆,傅艺绮

计算机科学. 2017, 44 (3): 27-31. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.007

摘要 ( 560 )

PDF(1089KB) ( 787 )

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脑科学是当今国际科技研究的前沿邻域,而对高精度脑成像数据进行可视化是脑神经科学在结构成像方面的基础性需求。针对高精度脑成像数据可视化过程中存在的数据量大以及绘制效率低的问题,提出了基于分类分层矢量量化和完美空间哈希相结合的压缩域可视化方法。首先对体数据进行分块,记录每块的平均值并依据块内体数据的平均梯度值是否为0进行分类；其次运用分层矢量量化对平均梯度值不为0的块进行压缩；然后用分块完美空间哈希技术存储压缩得到两个索引值；最后对上面的压缩体数据进行解码得到恢复体数据,采用分块完美空间哈希对原始体数据与恢复体数据作差得到的残差数据进行压缩。绘制时,只需将压缩得到的数据作为纹理加载到GPU内,即可在GPU内完成实时解压缩绘制。实验结果表明,在保证较好图像重构质量的前提下,该算法减少了数据的存储空间,提高了体可视化的绘制效率,从而可以在单机上处理较大的数据。

Calculix三级并行优化及其在天河二号超级计算机中的应用

姜文超,林穗,王多强,李东明,金海

计算机科学. 2017, 44 (3): 32-35. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.008

摘要 ( 716 )

PDF(816KB) ( 1635 )

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针对开源有限元软件Calculix传统计算模式在大规模数值计算中的低效问题,提出了Calculix三级并行优化策略,即预处理并行优化、节点间并行调度以及节点内多核多线程并行改造。预处理并行优化在方程组分解过程中与分解过程后,分别对其参数矩阵进行有条件的动态舍弃,据此构造了部分列选主元多行双门槛不完全LU分解预处理算法,并对算法的可行性、有效性以及收敛性给出了证明。为充分发挥TH-2超级计算机强大的资源优势,相继给出了基于QoS的节点间任务动态调度算法,以及节点内多核多线程并行任务调度算法,进一步实现计算任务与资源之间的优化匹配和QoS需求。在实验环节中搭建了针对天河二号(TH-2)超级计算环境的有限元并行计算与分析平台,并完成了针对船舶疲劳强度分析问题的实际工程应用测试。理论分析与工程算例测试结果充分证明:Calculix三级并行优化方案能够有效提高Calculix求解线性方程组的速度,在可获取足够计算资源的前提下, 与传统计算模式相比 ,实际工程算例的计算速度平均提高了2～4倍。

基于Pthreads的车辆图像兴趣区域提取并行算法研究

周艺华,王文东,陈宏彩,王婷,张常有

计算机科学. 2017, 44 (3): 36-37. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.009

摘要 ( 528 )

PDF(259KB) ( 782 )

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为了提高公安机关查找犯罪车辆的效率,提高车辆识别的效率很必要。据统计,提取兴趣区域(Region Of Interest,ROI)约占车型识别过程的60%,因此如何加速提取ROI过程尤其重要。首先,通过数据划分方法实现基本并行算法；然后,经过实验分析,在基本并行算法的基础上,精心设计预处理过程的分解方案,设置多队列缓冲区,减少共用缓冲区的线程数量和每个缓冲区互斥锁锁定的次数。实验证明,所提算法在双CPU 12核(支持超线程到24线程)的服务器上运行,相对于串行算法,实现了13.1x的加速比。

一个面向任务图并行程序的错误检查工具

刘艳娜,陈莉,唐生林

计算机科学. 2017, 44 (3): 38-41. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.010

摘要 ( 329 )

PDF(1637KB) ( 855 )

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AceMesh是一种基于数据流描述的任务并行编程语言,它允许程序员从串行程序出发,追加并行区域、并行循环的制导以及任务区的数据访问信息,AceMesh编译系统则自动把该程序转化为异步任务图并行的程序。分析了AceMesh程序改写中常见的并行化错误,介绍了其错误检查工具AceMeshCheck的结构,描述了访存轨迹的高效收集、存储方法以及逻辑形状推导的三维压缩算法。实验表明,AceMeshCheck不仅能分析出制导程序中的典型错误,而且开销较小。

气象数据检索区域查询优化及并行算法设计

许婧,任开军,李小勇

计算机科学. 2017, 44 (3): 42-47. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.011

摘要 ( 309 )

PDF(1107KB) ( 897 )

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随着数值天气预报水平和分辨率的不断提高,气象科学数据呈海量增长趋势,导致气象资料归档与检索系统(MARS)处理大数据服务请求的效率较低。针对此情况,开展了基于MARS检索区域查询方式的优化研究,结合数学补集思想与多路数组聚集计算原理,提出了一种高效的补集转换区域查询方法(CTRQ),从而实现大范围区域查询下的“大数据”计算转换为“小数据”计算。其基本思路是通过超立方体聚集维尺寸与区域查询服务请求的属性值集合大小比较,执行“过半求补”的索引计算操作,利用二次求补实现气象场数据物理存储信息的检索。实验表明,相比原始的索引计算方法,该方法能够有效降低数据检索时元数据索引计算的系统开销。在此基础上,结合并行处理方法,设计并实现了CTRQ并行算法,相比其改进后的串行算法最大获得1.9倍加速比,进一步提高了MARS的检索效率。

并行计算水下大尺度弹性壳体的低频声散射

张建民,安俊英,慈国庆,王宁

计算机科学. 2017, 44 (3): 48-50. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.012

摘要 ( 384 )

PDF(944KB) ( 997 )

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有限元与边界元耦合模型是研究水下弹性壳体目标低频声散射常用的数值方法。应用该模型计算大尺度弹性目标的声散射时需要大量的计算时间与存储空间,采用并行数值的方式可以解决这一问题。首先并行计算生成有限元矩阵和边界元矩阵,然后应用并行化的广义极小残差(GMRES)迭代算法求解大型非对称线性方程组。详细叙述了并行GMRES(m)迭代算法的执行过程,并以球壳的声散射计算为例分析了迭代步数对算法收敛情况的影响。最后计算了Benchmark目标模型的低频散射声场,分析了其收发分置散射目标强度以及表面声场的分布。

基于MPI和OpenMP混合编程的非负矩阵分解并行算法

唐兵,Laurent BOBELIN,贺海武

计算机科学. 2017, 44 (3): 51-54. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.013

摘要 ( 616 )

PDF(1747KB) ( 1594 )

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非负矩阵分解(NMF)作为一种数据降维和特征提取的有效工具,已经在文本聚类、推荐系统等多个领域得到应用,但是其计算过程比较复杂。对此,提出一种基于MPI+OpenMP的混合层次化并行NMF方法,其充分利用基于MPI的消息传递模型和基于OpenMP的共享存储模型各自的优势,并基于多核节点集群进行测试。实验结果表明,所设计的并行NMF算法达到了较高的加速比,能有效处理高阶矩阵的非负分解,极大地提高了计算的效率。

一种层次式远程数据持有检测方法

马海峰,杨家海,姚念民,关明山

计算机科学. 2017, 44 (3): 55-58. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.014

摘要 ( 299 )

PDF(336KB) ( 735 )

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在云存储环境下,云服务器并不完全可信。用户如何以较低开销验证云上数据的完整性成为用户日益关心的问题。目前已提出多种保护方法,这些方法在认证多个文件时需要对文件逐一进行认证,因此当文件数很大时其计算和通信开销仍较大。针对此问题,提出一种层次式远程数据持有检测方法。该方法与远程数据持有检测方法相结合,能提供高效且安全的远程数据完整性保护,并支持动态数据操作。对提出的方法进行了安全性分析和实验评估,结果表明,提出的方法安全可靠,在较低的漏检率下,相比远程数据持有检测方法有45%～80%的性能提升。

基于B样条的Level-Set GPU演化算法

袁斌

计算机科学. 2017, 44 (3): 59-62. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.015

摘要 ( 277 )

PDF(1081KB) ( 858 )

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大部分Level-Set演化模型基于平均曲率或梯度,这对去除3D数据的噪声时保持线状特征是不利的;在解Level-Set演化方程时一般采用迎风格式,精度较低。设计了基于曲率差的高阶演化方程以及基于B样条和中心差分的混合GPU解法器。实验结果表明,基于曲率差的演化方程能够在光顺数据时保持线状特征。

基于人口统计学的改进聚类模型协同过滤算法

王媛媛,李翔

计算机科学. 2017, 44 (3): 63-69. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.016

摘要 ( 536 )

PDF(3864KB) ( 1077 )

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针对传统基于用户的协同过滤推荐算法在大数据环境下存在评分高维稀疏性、推荐精度低的问题,提出一种基于人口统计学数据与改进聚类模型相结合的协同过滤推荐算法,以提高推荐系统精度和泛化能力。该方法首先通过用户人口统计学数据属性,结合用户-项目评分矩阵计算各个用户间的相似度；然后对用户、项目进行分层近邻传播聚类,根据用户对项目的评分数据计算用户或项目之间的相似性,产生目标用户或项目的兴趣近邻；最后根据兴趣最近邻进行推荐。对Epinions,MovieLents等数据集进行仿真实验,仿真的结果表明, 与传统的协同过滤算法相比, 提出的算法提高了推荐精度,为传统的协同过滤推荐算法提供了参考。

一种异构片上网络路由算法的研究

方娟,刘士建,刘思彤

计算机科学. 2017, 44 (3): 70-72. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.017

摘要 ( 424 )

PDF(261KB) ( 810 )

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随着集成电路工艺的迅速发展,传统的片上网络由于缓存引起芯片面积开销和能耗增加,从而使得无缓存路由技术得到了广泛关注。通过消除缓存, 整体的流水线进程大大得到简化,性能得到提高。但当网络负载量较大时,数据包被多次偏转或误传,导致网络的延迟增加,系统健壮性较差。针对片上网络运行应用的多样性,异构网络作为一种相对灵活的网络结构,能有效地降低网络的传输时延,提高系统性能。文中设计了无缓存NoC和带缓存NoC两种路由方式相结合的异构片上网络,并匹配静态路由算法和动态的自适应路由算法(AFC)进行数据包的传输。同时,还提出了一种针对AFC的优化算法(AFC-LP),其通过对无缓存路由计算的二次仲裁,进一步降低了通信的平均时延,提高了网络性能。实验表明,AFC-LP算法相比于传统带缓存的维序X-Y路由算法,片上网络的平均延迟降低了28.4%,CPU每一时钟周期内所执行的指令数IPC(Instruction Per Cycle)提升了10.4%。

一种面向云多层应用的费用高效的资源管理方法

杨劲,庞建民,齐宁,刘睿

计算机科学. 2017, 44 (3): 73-78. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.018

摘要 ( 315 )

PDF(619KB) ( 745 )

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由于部署方便、维护简单并且不需要搭建自己的私有机房,云数据中心正成为大多数互联网公司尤其是初创公司和中小规模公司部署应用程序的首选。在以基础设施为服务的云环境里,互联网公司可以根据应用程序的需要动态租赁云基础设施,从而节省预算开支,并保证应用性能。然而,在现有的业界实践中,云服务提供商提供的负载均衡和资源伸缩服务只能监控虚拟机的使用状态,并不能监控应用程序的运行状态,因此无法准确根据应用程序的服务需求自适应变换资源规模。同时,现有的文献和实践中,也很少有研究从云基础设施使用者的角度出发,为使用者节省基础设施租赁费用或高效使用已租赁基础设施。据此提出了一种面向基础设施云环境下多层应用的费用高效的资源管理方法,其在降低用户费用的同时,还能充分利用所花费用提高应用程序性能。通过仿真对所提方法业界实际使用的方法进行比较,结果表明所提方法不仅能够提高应用程序的服务质量和服务性能,也能较大地降低公司在基础设施租赁方面的费用。

WSN低能耗数据收集遗传粒子群算法研究

王鸿磊,徐平平,朱文祥,尤星秒

计算机科学. 2017, 44 (3): 79-83. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.019

摘要 ( 292 )

PDF(430KB) ( 748 )

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针对设施农业无线传感器网络节点分布不均匀、能量约束严格的特点,为降低网络总能耗,提出一种改进的遗传粒子群算法,构建一棵树高受限且网络总能耗最小的数据收集树。首先,随机生成连通图网络,采用父节点表示法将生成树编码成粒子；然后,设计一种随机生成数据收集树算法,随机产生满足树高限制的生成树；最后,考虑节点能耗均衡,设计一种粒子单点突变算法,实现对节点能耗最优值的比较。通过粒子单点变异、交叉以及优化新粒子,提高了种群多样性,避免了算法过早陷入局部最优解,在满足时延要求的同时,降低了网络总能耗。实验表明,与有树高约束的DL-DCT算法相比,所提算法降低了7.34%的网络总能耗,延长了网络平均生存期。

三维统计信道中的多普勒效应及其信号分析

陈雯雯,王亚林,周杰

计算机科学. 2017, 44 (3): 84-88. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.020

摘要 ( 471 )

PDF(1728KB) ( 1327 )

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在三维(3 Dimensional,3D)空间域无线通信信道建模中,针对不同环境中仰角(Elevation Angle,EA)分布的复杂性,提出一种指数型概率分布,然后对这种分布下的无线信道进行建模,最后对接收端的多普勒功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)和信号特性进行分析与仿真。采用近似算法推导出多普勒PSD的解析式,同时对Rayleigh 衰落信道中接收信号包络、平方包络的功率谱及时延相位差的概率密度函数进行研究。实验结果表明,所提出的三维无线信道模型在进行参数估计时符合相关理论与实际经验,同时指数函数模型的单变量特性使其在适应不同实际信道环境时非常灵活,因此可以对多种无线信道环境下的信道特征进行参数估计。

一种带混合联盟的无线传感器网络任务分配策略

曹义亲,陈宁霞,黄晓生

计算机科学. 2017, 44 (3): 89-96. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.021

摘要 ( 230 )

PDF(716KB) ( 749 )

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针对现有无线传感器网络任务分配策略通常不考虑任务内部结构,从而会影响网络生命周期、能耗及负载平衡等问题,基于逻辑依赖性提出一种新的无线传感器网络任务分配策略。该策略首先由选出的盟主根据任务本身具有的逻辑依赖性,逐层将任务分解为一系列的子任务,并依据逻辑依赖性赋予子任务优先级,最后运用矩阵的二进制编码设计一种基于位置加权的离散粒子群优化的带混合联盟的无线传感器网络任务分配算法,找到某个合适节点执行此子任务。引入虚拟节点以加强盟主间的交流；引入能量阈值对节点能量进行预测并决定子任务是否迁移；运用拓扑和逆拓扑排序法,根据子任务预期完成时间及权重系数求出关键子任务,选择优先分配能力强、执行效率高的节点执行相应子任务。仿真结果表明,该任务分配策略能有效延长网络生命周期、均衡网络负载和减少网络能耗等。

基于路由半径自适应的长链状无线传感网络协议

林炜岚,肖金超,资双飞

计算机科学. 2017, 44 (3): 97-104. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.022

摘要 ( 575 )

PDF(1289KB) ( 818 )

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长链状无线传感网络的节点呈长链状分布。这种特殊的拓扑结构将导致数据碰撞概率增大、传输时延增加,且越靠近Sink节点的地方该现象越明显,这将影响Sink节点的数据接收,甚至导致整个网络的崩溃。针对长链状无线传感网络的链路特征,提出了基于最大传输距离的路由半径自适应调节策略RAMD(Route-radius Adaptive with Max Transmission Distance)。该协议通过以PRR(Packet Receive Rate)及RSSI(Received Signal Strength Indication)相结合的链路质量评估方法自适应调节路由半径,设计基于分级同步的冲突避免机制及基于最优传输距离的自适应路由调整策略。通过与典型的分层路由和顺序传输路由的性能对比的仿真,以及对200个节点的长链状无线网络的物理平台的搭建及测试表明,RAMD协议对简化路由选择、降低时延和减少数据冲突有显著的作用。

一种基于区域朋友关系的机会路由算法

郭东岳,刘林峰

计算机科学. 2017, 44 (3): 105-109. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.023

摘要 ( 398 )

PDF(399KB) ( 823 )

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基于社会的机会网络中,节点趋向于和自己关系亲密的节点进行接触,因此可以通过评价节点之间的亲密程度来帮助预测节点之间的接触概率。由于节点亲密性的时间相关性和区域相关性,利用节点的历史接触信息构造节点亲密程度的评价模型时,考虑节点接触区域和节点接触时间对亲密程度的影响,从而得到节点在相应区域的亲密节点——区域朋友(Regional Friends,RF)。最后结合节点当前位置和区域朋友关系提出一种基于区域朋友关系的机会路由算法(Opportunistic Routing algorithm based on Regional Friendship,ORRF)。实验数据表明,在节点分布密度以及数据可容忍时延变化的网络环境下,该算法得到较高的数据送达率和较低的转发能耗。

基于IEEE802.11n的长距离无线链路性能分析

黄慧芳,李宁,王发鹏,马文峰

计算机科学. 2017, 44 (3): 110-113. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.024

摘要 ( 330 )

PDF(303KB) ( 996 )

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IEEE802.11n-2009在传统802.11协议上添加了帧聚合和块回复功能,实现了MAC层增强,显著提高了网络吞吐量,使其更加适用于长距离无线网络。通过长距离(45km)无线链路信道利用率的理论计算和网络仿真,论证了节点采用帧聚合与块回复功能时的信道利用率明显优于不采用的情况。仿真结果进一步表明,速率越高、聚合帧越大在长距离传输时的吞吐量越高,且距离越远时帧聚合的优势越明显。

基于MUSIC算法的OFDM信号识别方法

张海川,雷迎科

计算机科学. 2017, 44 (3): 114-117. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.025

摘要 ( 525 )

PDF(326KB) ( 1259 )

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针对多径信道下传统的OFDM信号识别方法存在循环前缀较短时估计性能不高、所需OFDM符号数过多等问题,提出一种基于MUSIC算法的OFDM信号识别方法。该方法首先分析了OFDM信号和单载波信号的结构特点,然后对两类信号的自相关矩阵进行奇异值分解,提取奇异值矩阵,最后根据奇异值矩阵中较大非零奇异值的个数实现OFDM信号的识别。仿真实验表明,该方法仅需较少的OFDM符号就可以实现短循环前缀OFDM信号的识别,且识别性能优于传统方法。

SDN网络中基于业务划分的路由选择机制

李兵奎,庄雷,马丁,胡颖,王国卿,景晨凯

计算机科学. 2017, 44 (3): 118-122. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.026

摘要 ( 431 )

PDF(444KB) ( 1671 )

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软件定义网络(SDN)是一种新型的网络架构,其路径是根据全局网络拓扑计算得到的。然而,当前SDN网络中依然存在负载不均衡和不能满足网络流量QoS要求的问题。为此,根据SDN控制器掌握全局网络信息的特点,结合网络感知功能和基于流量的业务划分,利用K最短路径算法,提出一种基于业务划分的路由选择机制。实验结果表明,该机制能够为不同业务类型的数据流选择一条最能满足其QoS要求的路径,并使整个网络达到负载均衡,进而提高了底层网络资源的利用率。

一种优化的基于博弈论的无线传感器网络区域分簇算法

尹翔,常丽萍,戴维超,李春晓

计算机科学. 2017, 44 (3): 123-127. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.027

摘要 ( 374 )

PDF(408KB) ( 782 )

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能量消耗是设计无线传感器网络时需要考虑的主要因素。已有的研究大都利用分簇的思想实现网络能耗的节省与均衡,但这些方法存在簇首个数不稳定及分布不均等缺点,从而影响了整个网络的生存时间。给出一种优化的基于博弈论的分簇路由协议。该算法根据最优簇头数来对区域进行划分,在每个区域内采用博弈的方式博弈出一个簇头。同时,为了均衡整个网络的能耗、延长网络生命期,还引入了概率归零机制和区域轮转机制。最后,通过仿真实验验证了算法的优越性。

射频能量捕获无线传感网中占空比最佳的能量源布置方法

池凯凯,林一民,李燕君,程珍

计算机科学. 2017, 44 (3): 128-131. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.028

摘要 ( 325 )

PDF(328KB) ( 750 )

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无线射频能量传输技术在为下一代无线传感器网络供能方面具有广阔的应用前景。射频能量捕获无线传感网由于能量捕获速率非常有限,通常工作在极低的占空比模式下。因此这类无线传感器网络的一个基本问题就是如何配置给定数量的射频能量源(Energy Transmitters,ETs),从而最大化最糟糕(即具有最低能量捕获速率)节点的能量捕获速率,即最大化其占空比。首先对能量源最优化布置问题建模,为深入了解该问题提供理论基础；然后分别提出了贪婪式ETs布置方法和基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)的ETs布置方法。仿真结果显示, 相较于均匀布置方法,所提出的两种能量源布置方法能够极大地提高全网最低占空比。

多优先级的卫星网络信道分配算法

别玉霞,卜瑞杰,刘海燕

计算机科学. 2017, 44 (3): 132-136. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.029

摘要 ( 325 )

PDF(461KB) ( 1010 )

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为了解决终端接入卫星网络的信道分配问题,充分利用卫星网络有限的信道资源,在分析终端级别和业务级别多样性的基础上,加入优先级标识,建立多终端和多业务优先级模型,分析接入满意度与接入阻塞率、链路带宽和链路总时延的关系,建立接入满意度模型,提出信道竞争机制和带宽压缩机制,进而提出基于多终端和多业务优先级的信道分配算法。仿真结果表明,相比传统算法,该算法可以根据不同终端和不同业务级别分配卫星网络的信道资源,提高接入满意度,进而提高信道利用率。

基于均匀圆阵的闭环式单基站测向算法研究

魏霖静,练智超,彭静,李广

计算机科学. 2017, 44 (3): 137-139. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.030

摘要 ( 418 )

PDF(298KB) ( 849 )

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为了估算基于均匀圆阵列(UCA)的三维(3D)单基站测向(方位角、仰角和区间),提出了一种改进的适用于三维场景的闭环式算法。该算法是一种计算过程较简单的通用算法,无需使用均匀圆阵列的中心对称性,没有任何传感器数量的限制,只需要一个单独的最小平方程序用于估算基站的位置,并可以估算所有的三维测向参数。实验结果表明,相比多种类似算法,所提算法的性能可与三维MUSIC算法的性能相媲美,且计算复杂度更低,实现速度更快。

移动自组织认知网络中的路由选择与信道分配方法

刘萍,袁培燕

计算机科学. 2017, 44 (3): 140-144. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.031

摘要 ( 275 )

PDF(397KB) ( 775 )

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针对移动自组织认知网络中路由不稳定的问题,提出了一种路由选择与信道分配方法。首先,设计数据传输花费度量,兼顾路由稳健性和信道干扰；其次,依据认知节点的位置和速度信息计算链路剩余时间,预测路由稳健性；再次,针对不同的信道干扰模式实施信道分配,规避主节点干扰；最后,通过路由发现和路由确认步骤,选择最佳链路。仿真实验表明,与经典的AODV方法相比,所提方法丢包率低、传输时延小。

轻量级可移交CA的MANET网络认证体系

郭萍,傅德胜,朱节中,成亚萍

计算机科学. 2017, 44 (3): 145-149. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.032

摘要 ( 444 )

PDF(1220KB) ( 815 )

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为解决移动自组网(Mobile Ad Hoc Network,MANET)网络信道开放、节点灵活多变且资源受限以及难以部署复杂认证机制的问题,结合轻量级CA思想,构造出一种适用于生存周期短、拓扑结构高度动态变化的MANET的认证体系结构即轻量级可移交认证中心(Lightweight and Shifted Certification Authority,LSCA)。LSCA结构简化了传统基于证书CA机制的公钥产生及验证的复杂性,无需证书管理；同时以移交CA角色的方式工作,不需预先配置节点及预知网络拓扑结构,使系统在不采用门限机制的情况下具备一定的容侵能力。性能分析及仿真实验表明:LSCA对DoS攻击表现出较强的健壮性,在通信、计算及存储代价方面均优于分布式CA及门限机制CA,适用于动态多变、生存周期较短的MANET网络应用。

电网融合泛在网信息平台设计及安全威胁分析

戚湧,郭诗炜,李千目

计算机科学. 2017, 44 (3): 150-152. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.033

摘要 ( 439 )

PDF(370KB) ( 698 )

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随着电力系统信息化的快速发展,电力系统已建立成EMS能量管理系统、SCADA电网调度自动化系统等管理系统。为了解决电力系统众多异构子系统造成的“信息孤岛”问题,提出基于SOA的电网融合泛在网信息平台架构,并针对其体系结构分别从基础设施层、数据层、服务层对安全威胁进行研究。基础设施层的安全威胁研究主要针对终端设备、网络和服务器等物理设施的安全问题,数据层的安全威胁研究主要针对隐私信息泄漏或破坏以及非法访问等安全问题,服务层的安全威胁研究主要针对认证授权措施不当等问题。最后针对各层所面临的安全威胁提出相应的安全措施和建议。

基于EPR对的任意四粒子Cluster类态全概率联合远程制备

袁晓敏,刘文杰,刘琦,鲁锦伸

计算机科学. 2017, 44 (3): 153-157. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.034

摘要 ( 347 )

PDF(378KB) ( 739 )

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采用4个EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)对作为量子信道,提出一种新的全概率联合远程制备任意四粒子Cluster类态方案。在这个新的方案中,一个制备者执行四粒子投影测量,另一个制备者对手中的粒子执行二粒子投影测量。然后,接收者对手中二粒子进行某种幺正操作,并分别对两个辅助粒子进行受控非门操作,从而最终得到需要制备的Cluster类态。与其他制备任意四粒子Cluster类态的全概率制备方案相比,所提协议效率较高,而且在实验上更经济可行。

一种IPV6环境下的高性能规则匹配算法研究

庞立会,江峰

计算机科学. 2017, 44 (3): 158-162. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.035

摘要 ( 632 )

PDF(419KB) ( 969 )

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防火墙是确保网络安全的关键设施,而规则匹配又是防火墙的核心技术。随着网络技术的发展,互联网体系结构正逐渐从IPV4向IPV6结构发展,原有的IPV4防火墙规则匹配算法很难直接应用于IPV6网络环境,因为IPV6协议所能表示的地址范围远远超过IPV4协议对应的地址范围。因此提出了一种适用于IPV6环境的高性能规则匹配算法HiPRM(High Performance Rule Matching)。HiPRM算法的核心思想是依据规则的协议和目的端口分布特征,先把整个规则集划分成多个子规则集,再利用位选取算法对规则的源和目的IPV6地址组合的特定位进行选取,然后据此构建二叉查找规则树,最后利用规则树把多个规则子集划分成若干个更小的规则集合。而当报文匹配到某个更小的规则集合时,在小规则集中利用线性匹配法确定具体匹配的对应规则。分析和测试表明,HiPRM算法可以在时间复杂度和空间复杂度较低的情况下实现报文的高速匹配,且具有较好的规则集适应性。

基于Feistel结构的超轻量级分组密码算法(PFP)

黄玉划,代学俊,时阳阳,刘宁钟,曾庆喜,苏菲

计算机科学. 2017, 44 (3): 163-167. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.036

摘要 ( 603 )

PDF(390KB) ( 1622 )

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面向无线终端资源受限环境对加密算法的应用需求,借鉴PRESENT算法的设计思想,采用Feistel结构,并修改扩散层的P置换,设计了一种超轻量级分组密码算法PFP。其硬件实现需要1355GE,优于PRESENT算法,满足资源极端受限环境的需求(2000GE以下)。速度测试结果表明,PFP算法的软件实现效率约为PRESENT算法的1.5倍。依赖性测试、线性分析、差分分析、不可能差分分析和密钥编排攻击表明,PFP算法满足轻量级分组密码的安全需求。

改进的具有轻量级结构的Veron身份认证及数字签名方案

叶君耀,郑东,任方

计算机科学. 2017, 44 (3): 168-174. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.037

摘要 ( 378 )

PDF(604KB) ( 892 )

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目前大部分的公钥密码方案都基于大整数分解或离散对数难题,这些困难问题在量子计算机中都可以在多项式时间内求解,而基于纠错码的密码方案可以抵抗量子计算机的攻击,所以很有必要研究基于纠错码的身份认证及数字签名方案。Veron身份认证方案总体性能不错,但公钥太大,大约有150k比特。在Veron方案的基础上,采用双循环矩阵来进一步减小Veron方案中的密钥大小,即通过双循环矩阵把私钥嵌入到公钥中。这样做的好处有3点:1)所基于的安全性是已被证明为安全的循环码；2)改进以后,公钥只有1041比特,而私钥也只有1041比特；3)每轮数据的传输量比较少。然后分析所构造方案的安全性,将其归结到GSD困难问题上。最后,采用FS方法将改进后的身份认证方案转换为数字签名方案,并对该方案进行正确性证明和安全性证明。循环结构的使用使得改进方案实现起来比较容易并且效率较高。这些特点使得所提方案在轻量级结构的场合具有广阔的应用前景,比如手持终端、云存储环境下的数字签名等场合。

IEEE802.15.4e 标准的安全多跳时间同步协议设计

杨伟,王沁,万亚东,何杰

计算机科学. 2017, 44 (3): 175-181. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.038

摘要 ( 308 )

PDF(4422KB) ( 853 )

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IEEE802.15.4e是工业物联网中最新的MAC层标准,其采用时间同步技术实现高可靠、低功耗的无线网络。由于时间同步机制是工业无线网络中的核心支撑技术,因此其往往成为攻击者的首选攻击目标。针对IEEE802.15.4e标准的多跳时间同步协议存在安全性不足的问题,提出了一个多跳时间同步安全策略 SMTSF。SMTSF 安全策略主要采用基于异常的入侵检测算法、基于信任模型的多路径时间同步方法和加密与认证等关键技术,有效保障了节点之间安全地进行多跳时间同步。在基于入侵检测的算法中,边界路由器对节点的 Rank 值进行规则验证,可以有效检测出时间同步树攻击；同时设计了轻量级防火墙来抵御来自互联网的恶意主机攻击。在基于信任模型的多路径时间同步方法中,通过建立节点之间的信任模型来保障网络中节点可以找到一条安全多跳同步路径。仿真结果表明,SMTSF 能有效检测时间同步树攻击并抵御捕获攻击。

基于改进卷积神经网络的周界入侵检测方法

张永良,张智勤,吴鸿韬,董灵平,周冰

计算机科学. 2017, 44 (3): 182-186. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.039

摘要 ( 547 )

PDF(2456KB) ( 1448 )

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监控系统已经成为周界入侵防范的重要手段之一,但是目前局限于被动式监视。对此,提出一种通过对监控系统传回的视频图像进行人体目标识别进而实现主动周界入侵检测的方法。针对目前人体目标检测算法场景适用性较差的问题,提出一种基于改进卷积神经网络的行人检测算法,该方法在深层特征的基础上融入浅层特征,利用浅层特征校正深层特征在识别目标过小时的局限性,最后利用Softmax进行分类。实验结果证实,改进后的卷积神经网络对行人的姿态和适用场景都具有较高的鲁棒性,并且在INRIA库上的识别率为98.82%, 在NICTA库上的识别率为99.82%,在CVC库上的识别率为94.50%,在Daimler库上的识别率为99.92%。

基于局部高度与Mean Shift的三维模型信息隐藏算法

任帅,赵祥模,张弢,石方夏,慕德俊

计算机科学. 2017, 44 (3): 187-191. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.040

摘要 ( 283 )

PDF(1949KB) ( 772 )

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针对基于载体的秘密通信的需求,提出利用模型点Mean Shift聚类分析的三维模型载体信息隐藏算法。该算法将局部高度引入到模型点显著性衡量中,用以描述顶点的能量和结构特性,并用Mean Shift聚类分析法将各个顶点按照局部高度值分为能量特性不同的3类。以3类顶点为载体,采用隐藏信息与载体能量特性匹配的方式,通过修改3类顶点的结构特性指标,实现不同信息的嵌入。实验结果显示,该算法各项性能均衡,尤其具有较好的抗分析性和感知篡改性,且嵌入容量较大。

iPMAC及VPMAC的伪造攻击

田玉丹,韦永壮

计算机科学. 2017, 44 (3): 192-194. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.041

摘要 ( 327 )

PDF(217KB) ( 797 )

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消息认证码(MAC)是保证信息完整性传输的重要手段,目前已广泛应用于各种安全系统中。iPMAC 和 VPMAC 由于其平行的结构模式成为了消息认证码的典型代表。而 iPMAC 和 VPMAC 是否存在新的安全性问题,是目前业界讨论的热点问题之一。根据 iPMAC输入参数的可变性,利用碰撞的基本思想提出了针对 iPMAC 的伪造攻击。该攻击在已知输入输出对应关系的基础上寻找出一组新的对应关系。结果表明,该攻击经一次解密模型访问后成功伪造的概率为0.5。这一攻击同样适用于 VPMAC。

基于跳转轨迹的分支目标缓冲研究

熊振亚,林正浩,任浩琪

计算机科学. 2017, 44 (3): 195-201. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.042

摘要 ( 331 )

PDF(2085KB) ( 953 )

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现代计算机体系结构受两个方面的困扰:性能和能耗。为降低嵌入式处理器日益增长的功耗,提出基于跳转轨迹的分支目标缓冲结构(TG-BTB)。与传统分支目标缓冲每次提取指令时需要查询分支目标缓冲不同,TG-BTB只在执行轨迹预测为跳转时才查询分支目标缓冲。该结构通过在程序执行过程中动态分析跳转轨迹行为,可以实现只在轨迹跳转时查询分支目标缓冲,从而降低功耗。在动态分析过程中首先提取记录两条跳转分支指令之间的指令间隔,然后将提取的指令间隔存储在TG-BTB中,最后根据存储在TG-BTB中的指令间隔决定是否需要查询BTB。基于基准测试向量进行模型验证和性能测试,实验结果表明TG-BTB降低了81%的BTB查询能耗。

基于高阶π演算的构件演化行为研究

何海洋,李强,余祥,韩翔宇

计算机科学. 2017, 44 (3): 202-208. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.043

摘要 ( 281 )

PDF(548KB) ( 726 )

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用形式化的方法分析软件演化过程中构件的行为已成为目前构件开发中的研究热点。为了满足构件演化过程中行为建模形式化的需要,建立了一种基于高阶π演算的构件演化行为分析方法。对构件演化行为进行分类,将顺序图表示的演化请求转换成高阶π演算进程表达式,通过高阶π演算的语法语义和等价理论等数学基础对演化行为进行推演,并检测演化中是否存在死锁问题。最后通过实例对该方法进行分析说明,从而验证了该方法的可行性和有效性。

基于改进遗传算法的测试数据自动生成的研究

高雪笛,周丽娟,张树东,柳昊明

计算机科学. 2017, 44 (3): 209-214. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.044

摘要 ( 673 )

PDF(557KB) ( 1655 )

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测试数据自动生成是软件测试的基础,也是测试自动化技术实现的关键环节。为了提高测试自动化的效率,在结合测试数据自动生成模型的基础上,提出一种传统遗传算法的改进算法。该算法使用了自适应交叉算子和变异算子,并引入模拟退火机制对其进行改进。同时,该算法还对适应度函数进行了合理的设计,以加速数据的优化过程。通过三角形程序、折半查找和冒泡排序程序,与基本遗传算法、自适应遗传算法进行了比较与分析,并且对改进算法做了性能分析。实验结果表明了该算法的实用性以及在测试数据生成中的可行性和高效性。

异构信息空间中时间感知的查询时实体识别与数据融合

杨丹,陈默,王刚,孙良旭

计算机科学. 2017, 44 (3): 215-219. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.045

摘要 ( 494 )

PDF(506KB) ( 704 )

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已有的传统的实体识别技术大多是以线下、非实时的方式,在静态数据集上进行,对于大数据集的执行通常需要大量的时间和系统资源。对于异构信息空间中具有时间信息、不断演化的异构实体来说,时间感知的查询时实体识别与数据融合越来越成为一种保证数据质量和满足用户需求的发展趋势。针对异构信息空间中使用时间上下文的关键字查询进行的实体搜索,提出一种时间感知的查询时实体识别与数据融合方法TQ-ER,以给用户提供准确的实体概貌(entity profile)；提出一种迭代式时间感知的实体候选集生成算法。TQ-ER充分利用查询的时间上下文和实体的时间信息给正确的回答一个给定查询所需要的、最少的实体数据,以进行识别与数据融合。在真实数据集上的大量实验结果表明了TQ-ER的有效性和正确性。

基于位置信息的移动SNS数据动态划分复制算法

王青芸,程春玲

计算机科学. 2017, 44 (3): 220-225. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.046

摘要 ( 315 )

PDF(1963KB) ( 754 )

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现有社交网络数据划分算法大多关注于好友关系和交互关系,忽略了位置信息,造成基于位置查询的响应时间较长。针对该问题,设计了一种移动社交网络双层社交图模型,该模型考虑了移动社交网络中用户交互行为的位置依赖性特点；并在此基础上提出了一种基于位置信息的移动社交网络数据动态划分复制算法MSDPR,该算法采用改进的K-Means算法对位置信息进行聚类,再根据聚类结果对数据进行划分,并利用社交关系进行数据的复制。实验结果表明:MSDPR算法在移动社交网络环境下能够有效地提高本地访问率,降低访问延迟,并且在动态加入数据时具有较好的适应性。

基于QoS的语义Web服务选择

马力,邱志洋,陈彦萍,赵璟

计算机科学. 2017, 44 (3): 226-230. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.047

摘要 ( 329 )

PDF(541KB) ( 781 )

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针对传统Web服务选择方法缺乏语义信息支持,不能满足用户准确需求的问题,将量化的QoS属性作为启发信息,将Web服务组合问题转化为与或图搜索问题,引入AO*算法进行Web服务选择。仿真结果表明,所提方法对于Web服务组合问题是有效的,同时提高了组合效率。

融合隐性特征的群体推荐方法研究

刘毅,钟忺,李琳

计算机科学. 2017, 44 (3): 231-236. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.048

摘要 ( 399 )

PDF(464KB) ( 815 )

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作为目前最成功的主流推荐方法,奇异值分解算法(SVD)将已知的海量数据建模并通过矩阵分解降维处理来得到有效信息；非负矩阵分解(NMF)则通过分解出非负矩阵元素来解释特征意义。这两种较为成功的方法均通过对显性反馈信息进行基于矩阵分解的处理得到用户的喜好信息来进行群体推荐。然而,仅凭用户的显性反馈信息有时无法准确反映用户的真实喜好。为解决上述问题,提出了一种针对这两种模型的改进方法,将隐性特征和基于隐性特征的群体权重计算方法融合进经典的矩阵分解算法,其中隐性特征可以完善用户的喜好信息,基于隐性特征的群体权重计算方法则根据群体的特点给予用户相应的权重,使得推荐的准确率得到提升。对该方法在KDD Cup 2012 Track1中的腾讯微博数据集上进行测试,实验结果表明在该数据集上融合方法的平均绝对偏差(MAE)和准确率要优于SVD算法与NMF算法,推荐的性能有较明显的提升。

基于文化基因算法和最小二乘支持向量机的安全数据特征处理方法

马媛媛,施永益,张宏,林棋,李千目

计算机科学. 2017, 44 (3): 237-241. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.049

摘要 ( 309 )

PDF(450KB) ( 843 )

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随着各类生物智能演化算法的日益成熟,基于演化技术及其混合算法的特征选择方法不断涌现。针对高维小样本安全数据的特征选择问题,将文化基因算法(Memetic Algorithm,MA)与最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM)进行结合,设计了一种封装式(Wrapper)特征选择方法(MA-LSSVM)。该方法利用最小二乘支持向量机易于求解的特点来构造分类器,以分类的准确率作为文化基因算法寻优过程中适应度函数的主要成分。实验表明,MA-LSSVM可以较高效地、稳定地获取对分类贡献较大的特征,降低了数据维度,提高了分类效率。

基于RVM的多类分类概率输出方法

李睿,王晓丹

计算机科学. 2017, 44 (3): 242-246. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.050

摘要 ( 618 )

PDF(400KB) ( 1096 )

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基于相关向量机(Relevance Vector Machine,RVM)可以输出各类别成员概率的特点,对RVM二分类模型分别采用多元sigmoid方法和pairwise coupling方法,将其扩展为一对多分类器和一对一分类器,实现了多类分类及概率输出。基于人工高斯数据集和UCI数据集的实验仿真结果表明,所提方法不仅能够准确地求解样本后验概率,而且运行效率也比较高,同时能够保证较高的分类正确率。

基于上下文项目评分分裂的协同过滤推荐

何明,刘毅,常盟盟,吴小飞

计算机科学. 2017, 44 (3): 247-253. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.051

摘要 ( 584 )

PDF(1306KB) ( 1128 )

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上下文感知推荐系统的主要任务是利用上下文信息进一步提高推荐系统的推荐精度和用户满意度。提出了一种基于上下文项目评分分裂的推荐方法。该方法首先依据项目分裂判别标准对多维度上下文信息下的项目进行分裂,然后根据分裂结果并通过上下文维度进行聚类。在此基础上,利用协同过滤推荐算法进行未知评分预测。最后,面向不同的项目分裂标准,在LDOS-CoMoDa数据集上进行仿真对比实验。实验结果表明,相对于其他推荐算法,该方法有效提升了推荐精度,达到了提高推荐质量效果的目的。

基于R-C模型的微博社区用户影响力分析

王振飞,朱静阳,郑志蕴,宋玉

计算机科学. 2017, 44 (3): 254-258. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.052

摘要 ( 282 )

PDF(475KB) ( 681 )

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微博社区中用户的影响力对微博信息的有效传播具有重要意义。为了快速并准确地寻找微博社区信息传播的规律,提出一种基于微博社区计算用户影响力的USR算法。首先提取种子用户的数据,利用R-C模型进行微博社区发现,在划分好的社区中选取一个社区；然后依据USR算法,对社区内的用户进行影响力计算；最后输出用户的影响力。以新浪微博数据集为例,提出孤立点的概念和信息传播实际影响人次覆盖率评价指标,将USR算法与传统影响力算法进行对比。实验结果表明,使用USR算法能够得到较优的结果。

具有自适应搜索策略的灰狼优化算法

魏政磊,赵辉,韩邦杰,孙楚,李牧东

计算机科学. 2017, 44 (3): 259-263. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.053

摘要 ( 509 )

PDF(393KB) ( 1314 )

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灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization,GWO)是一种新型的群智能优化算法。与其他智能优化算法类似,该算法仍存在收敛速度慢、容易陷入局部极小点的缺点。针对这一问题,提出了具有自适应搜索策略的改进算法。为了提高算法的收敛速度和优化精度,通过适应度值控制智能个体位置,并引入了最优引导搜索方程；另一方面,为提高GWO的种群多样性,改进算法利用位置矢量差随机跳出局部最优。最后对10个标准测试函数进行了仿真实验,并与其他4种算法进行了比较,统计结果和Wilcoxon符号秩检验结果均表明,所提出的改进算法在收敛速度以及搜索精度方面具有明显优势。

一种基于CRO的高阶神经网络多示例学习方法

邓波,陆颖隽,王如志

计算机科学. 2017, 44 (3): 264-267. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.054

摘要 ( 347 )

PDF(426KB) ( 903 )

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在多示例学习(MIL)中,包是含有多个示例的集合,训练样本只给出包的标记,而没有给出单个示例的标记。提出一种基于示例标记强度的MIL方法(ILI-MIL),其允许示例标记强度为任何实数。考虑到基于梯度训练神经网络方法的计算复杂性和ILI-MIL目标函数的复杂性,利用基于化学反应优化的高阶神经网络来实现ILI-MIL,学习方法具有较强的非线性表达能力和较高的计算效率。实验结果表明,该算法比已有算法具有更加有效的分类能力,且适应范围更广。

完备与不完备背景关系中蕴含的系统功能结构分析

崔铁军,李莎莎,王来贵

计算机科学. 2017, 44 (3): 268-273. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.055

摘要 ( 400 )

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考虑完备或不完备背景关系中蕴含的元件与系统功能结构关系,提出了基于因素空间理论中因素逻辑的系统功能结构分析法,给出了该方法的严谨的数学定义系统及分析过程的逻辑数学描述。对完备和不完备两个例子进行分析后得到了两个不同的系统功能结构表达式,说明完备背景关系可得到唯一确定的系统功能结构,不完备背景关系可以得到一族确定的系统功能结构。如果不完备背景关系是完备背景关系的子集,那么在不完备背景关系中一定能找到功能之间的线性关系,以补充不完备背景关系。该方法是严谨的逻辑数学推理,可用于广泛领域类似问题的分析。

混合时空地理加权回归及参数的两步估计

赵阳阳,刘纪平,杨毅,张福浩,仇阿根

计算机科学. 2017, 44 (3): 274-277. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.056

摘要 ( 563 )

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针对全局平稳特征和时空非平稳特征同时存在的现象,提出了混合时空地理加权回归方法(Mixed Geographically and Temporally Weighted Regression,MGTWR),给出了MGTWR的数学定义和回归参数的两步估计。同时,介绍了调整型带宽选择机制下的权重计算方法和基于Akaike信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)的参数优化方法。采用复杂程度不同的模拟数据来测试方法的性能。结果表明,MGTWR和GTWR的R²大于0.8,能模拟全局平稳特征和时空非平稳特征的现象,但MGTWR显著优于GTWR。MGWR因无法探测时间平稳特征,模拟效果最差。此外,数据复杂程度影响MGTWR,GTWR和MGWR的性能,数据越简单模拟效果越好。

一种基于Mean Shift的快速跟踪算法

邹青志,黄山

计算机科学. 2017, 44 (3): 278-282. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.057

摘要 ( 417 )

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针对Mean Shift算法难以跟踪快速运动目标、算法迭代次数多以及耗费时间长的问题,提出了一种基于Mean Shift的快速运动目标检测方法,该方法结合帧差法并融合背景信息来快速检测运动目标；同时提出一种新的相似性度量方法进行初步检测,排除干扰并快速选出符合标准的目标以进行Mean Shift匹配,找出最佳目标。该方法不仅减少了传统方法的迭代次数,缩短了算法所需时间,而且在跟踪实验中取得了较好的跟踪效果,提升了算法的鲁棒性。

一种循环码参数的全盲识别方法

王兰勋,贾层娟,熊政达

计算机科学. 2017, 44 (3): 283-287. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.058

摘要 ( 267 )

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针对循环码参数的全盲识别问题,利用实际序列与随机序列码重分布差异最大的特性,提出了基于数据挖掘中的相似性度量函数与统计学中的斯皮尔曼等级相关系数进行融合来识别码长和起始点的方法,在此基础上,利用有限域同构的原理,选取码重概率最大的码字进行伽罗华域的傅里叶变换来识别生成多项式,实现了对循环码的全盲识别。理论分析及仿真实验表明,该算法简单易行,容错性较强,在误码率为0.01的条件下对中短码的识别效果较好。

基于智能手机的车辆行为实时判别与渐进矫正方法研究

范菁,吴青青,叶阳,董天阳

计算机科学. 2017, 44 (3): 288-295. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.059

摘要 ( 309 )

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目前基于智能手机的车辆行为识别算法存在着鲁棒性较差、识别率较低、无法应用于实时行驶判断等问题。针对上述问题,提出了基于智能手机的车辆行为实时判别与渐进矫正方法,以提高车辆行为识别的准确率和实时性。该方法利用车辆行为发生时存在的渐进变化数据来进行车辆行为的识别与渐进矫正分类,并通过采集过程数据作为分类器训练样本,提高支持向量机(SVM)分类器的车辆行为识别和预测能力。同时,针对传统滑动窗口检测的局限性,该方法采用了端点检测算法,从而能快速地从车辆行驶数据中截取并识别行为轨迹信息,以减少车辆行为的误判。实验结果表明,基于时间分段矫正的行为识别算法能够有效地对车辆行为进行预测,并最终达到较高的识别率,证明了该方法的有效性。

联合Gabor误差字典和低秩表示的人脸识别算法

首照宇,杨晓帆

计算机科学. 2017, 44 (3): 296-299. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.060

摘要 ( 299 )

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针对人脸图片的遮挡、伪装、光照及表情变化等问题,根据Gabor特征对遮挡、伪装、光照及表情变化有着更强的鲁棒性的特点,提出了联合Gabor误差字典和低秩表示的人脸识别算法(GDLRR)。首先对训练样本和测试样本分别进行Gabor特征提取,并将这些特征组成待测试的特征字典；然后将一个单位阵进行Gabor特征提取并训练成一个更紧凑的Gabor误差字典；最后联合Gabor误差字典和训练特征字典对测试特征字典进行低秩表示后进行分类识别。各类实验表明,提出的改进算法对人脸识别的各类问题都有着更强的鲁棒性和更高的识别准确率。

基于Haar-like特征的实时L1-跟踪算法

阎刚,屈高超,于明

计算机科学. 2017, 44 (3): 300-306. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.061

摘要 ( 243 )

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稀疏表示技术已成功应用于视觉跟踪,但是仍然存在跟踪算法效率低的问题。提出一种基于Haar-like特征的视频跟踪算法,该算法是基于粒子滤波框架的L1-跟踪算法,其特点是运用Haar-like特征及特征块的思想对完备基进行重新构造。将正负小模板由单个像素改为像素块,降低稀疏表示中过完备基的维数,大幅减少稀疏矩阵的计算量;同时,在保证跟踪质量的前提下适当减少目标模板数量,减少稀疏计算的次数,并控制模板更新频率。实验结果表明,所提算法能大幅提高跟踪的实时性,同时很好地解决了跟踪问题中的短时间遮挡、目标物体的形变以及光照变化等问题。

帧间连续结构稀疏表示的目标跟踪算法

侯跃恩,李伟光

计算机科学. 2017, 44 (3): 307-312. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.062

摘要 ( 301 )

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目标跟踪技术在日常生活和生产中有着广泛的应用,但是设计一种具有鲁棒性、准确性和实时性的跟踪算法仍具有很大的难度。为了提高跟踪算法的性能,设计了一种帧间连续结构稀疏表示目标跟踪算法。该算法在粒子滤波框架下进行,采用结构稀疏表示的原理重构候选目标。首先采用目标和背景样本构建稀疏字典, 以提高算法对目标和背景的区分能力。然后,构建含有帧间连续约束项的结构稀疏表示目标方程,该目标方程可以有效利用目标状态的连续性来确定目标状态。进而,根据重构残差设计了一种相似度描述方法,与传统方法相比,该方法对相似目标不敏感。最后,通过6组对比实验证明该算法具有较高的鲁棒性和准确性。

区域协方差与中值校正融合的天际线检测算法研究

涂兵,潘建武,吴健辉,曾香,曹旭

计算机科学. 2017, 44 (3): 313-317. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.063

摘要 ( 385 )

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天际线检测在视觉导航、地理图像标注中有着重要的作用。首先采用区域协方差算法对图像进行初分割,确定天际线检测的目标区域；接着根据分析数据集中的样本图片梯度值得到的最优梯度阈值,在初分割的天际线检测目标区域,提出一种循环梯度算法来检测出图像中各列的天际线位置坐标；最后采用中值滤波算法对检测的天际线各点坐标值进行校正,消除可能存在的天际线奇异点,检测出输入图像中的天际线。所提算法在内华达大学机器视觉实验室Web set和Baatz set数据集上进行了测试,实验结果表明:提出的算法能有效地检测出数据集中输入图像的天际线,不需要对图像的边缘信息进行提取,具有良好的有效性和时效性。

基于NSST域的自适应区域和SCM相结合的多聚焦图像融合

赵杰,温馨,刘帅奇,张宇

计算机科学. 2017, 44 (3): 318-322. doi:10.11896/j.issn.1002-137X.2017.03.064

摘要 ( 359 )

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为了提高多聚焦图像的融合效果,结合多源图像之间的共享相似性,提出了一种基于非下采样Shearlet变换(Nonsubsampled Shearlet Transform,NSST)域的自适应区域与脉冲发放皮层模型(Spiking Cortical Model,SCM)结合的新型图像融合算法。首先用NSST分解源图像,然后计算边缘能量(Energy Of Edge,EOE),在自适应区域用投票加权法融合低频系数,高频系数由边缘能量作为输入的SCM点火图融合,最后通过逆NSST获得该融合图像。该算法既可以很好地保持源图像的信息,又可以抑制在变换域因非线性运算产生的像素失真。实验结果表明,该方法优于最新的变换域和脉冲耦合神经网络(Pulse Coupled Neural Network,PCNN)融合方法。