当期目录

    2013年 第33卷 第07期 刊出日期:2013-07-01
    网络与通信
    车载自组织网络路由协议及研究进展
    符媛柯 唐伦 陈前斌 龚璞
    2013, 33(07):  1793-1801.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1793
    摘要 ( )   PDF (959KB) ( )  
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    近年来,车载自组织网络(VANET)快速发展,路由协议的准确分类归纳和对比分析对未来研究有重要的意义。针对VANET中路由协议归类分析不完善和未来发展趋势进行综述,依次从基于拓扑、地理和混合路由等方面进行分类归纳,着重介绍了一些经典的地理路由协议并对其特点和性能进行分析,提出了优缺点和改进意见。重点分析地理路由中未来研究热点的延时容忍路由(DTN)和机会路由协议,提出了VANET路由所面临的主要挑战和潜在的机遇,并指出明确的研究路径。
    基于概率传输的无线传感网数据汇聚方案
    郭江鸿 罗予东 刘志宏
    2013, 33(07):  1798-1801.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1798
    摘要 ( )   PDF (677KB) ( )  
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    针对传统无线传感网数据汇聚中通信开销较大的问题,提出了基于概率传输的无线传感网数据汇聚方案。由于簇内节点有限,汇聚误差难以避免,在可容忍汇聚误差下,簇内节点按概率进行数据发送,可有效减少簇内消息传输量,降低通信开销。同时,采取狄克逊准则对小样本中的粗大误差进行剔除提供高的簇内汇聚可靠性。实验结果表明,在可容忍误差下进行概率发送可有效降低簇内消息传输量,所提方案的簇内数据汇聚通信开销约为传统方案的27.5%;概率发送的汇聚误差与所有节点进行数据发送的汇聚误差基本在同一水平,都是传感器网络可接受的。
    基于分布式信誉评价的低能耗安全定位算法
    王勇 袁巢燕 唐 靖 胡良梁
    2013, 33(07):  1802-1808.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1802
    摘要 ( )   PDF (655KB) ( )  
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    针对无线传感器网络中节点安全定位和能耗问题,提出了一种基于分布式信誉评价的低能耗安全定位算法。该算法引入簇头节点中可靠节点表(TNT)和备份簇头节点的概念,通过查找TNT快速定位可靠信标节点,并且备份簇头节点协助、监督簇头节点,减轻簇头节点的工作负荷,且参与信标节点信誉值整合过程,增强了信标节点的可靠性和完整性,提高了节点定位的效率和安全性,降低了系统能耗,提高了恶意节点检测率。仿真实验表明,在恶意节点存在的环境中,该算法能有效提高恶意节点的检测率,减少定位误差,削弱恶意节点对定位系统的破坏和影响,实现节点的安全定位。
    连续时间容量网络的最短动态时间流问题
    马宇斌 谢政 陈挚
    2013, 33(07):  1805-1808.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1805
    摘要 ( )   PDF (689KB) ( )  
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    针对一类带节点处理速率限制的连续时间容量网络,提出了该网络中的最短动态时间流问题,并给出其线性规划形式;通过分析该网络与经典网络之间的内在联系,利用最大接收流和退流的思想分别设计出准确求解两种网络最短动态时间流的高效算法;证明了算法的正确性并分析出算法有较小的复杂度;最后,通过一个算例演示了算法的执行。
    基于Fuzzy丢包区分的TCP自适应拥塞控制算法
    吴小川 张治学
    2013, 33(07):  1809-1812.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1809
    摘要 ( )   PDF (645KB) ( )  
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    针对在有线/无线的异构网络中,传统有线环境下的传输控制协议(TCP)把所有丢包简单地归因于网络拥塞,严重影响了混合网络环境下的TCP传输性能的问题,提出了一种新的基于模糊理论的自适应控制算法。该算法选取了新的网络参数,运用Fuzzy方法对网络状态进行综合评价,并基于反馈理论的方法建立了新的自适应控制模型,即对评价结果集进行加权求和,得出网络性能指数,将其作为输入因子进入下一次计算过程,并调整各参数权重。仿真表明,该算法能够较好反映混合网络的真实拥塞状况,具有较好的网络适应性,比当前主要TCP算法具有更好的拥塞控制效果。该算法对在多参数,使用模糊方法背景下,混合网络拥塞及其自适应控制研究进行了新的探索。
    基于博弈论的无线传感器网络簇间路由选择算法
    赵昕 张新
    2013, 33(07):  1813-1815.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1813
    摘要 ( )   PDF (623KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)中,网络覆盖范围大,但传感器节点通信范围有限,长距离传输容易造成数据丢失的问题,提出了一种基于博弈论的无线传感器网络簇间路由算法,通过建立以网络服务质量(QoS)和节点剩余能量为效用函数的博弈模型,并求解其纳什均衡来解决以上问题。仿真结果表明:所提出的博弈模型在优化网络服务质量、降低节点能耗的同时,延长了整个网络的生存时间。
    稀疏车辆Ad Hoc网络中基于受控机制的自适应Epidemic路由算法
    苏春波 徐家品
    2013, 33(07):  1816-1819.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1816
    摘要 ( )   PDF (623KB) ( )  
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    针对传统Epidemic的性能缺陷,提出了基于控制机制的自适应Epidemic 路由(Ad-EPI)算法。Ad-EPI算法采用受控洪泛机制和信息副本控制等机制,并引入信息生存时间和自适应控制策略,在确保有较高到达率的条件下,取得了峰值传输控制、带宽资源占用、缓存利用和时延等方面的综合平衡。在VanetMobiSim仿真平台上,对Ad-EPI算法进行了VC++6.0编程实现和仿真,并与经典Epidemic算法进行了性能对比。仿真结果证实,Ad-EPI算法与Epidemic比较,付出较小的时延代价,却具有了带宽占用减少27.62%,峰值平均降低15.19%,缓存利用率提高92.14%等优势。Ad-EPI算法在上述三个方面的性能提升,具有工程意义和应用价值。
    泊松分布下无线传感器网络多目标覆盖控制
    徐奕昕 白焰 赵天阳 王仁书
    2013, 33(07):  1820-1824.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1820
    摘要 ( )   PDF (952KB) ( )  
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    针对无线传感器网络中〖WTBX〗k〖WTBZ〗重覆盖率、能耗、可靠性难以协调的问题,在节点呈泊松分布的假设下,提出了多目标优化的覆盖控制。针对多目标差分进化算法在种群初始化、参数控制和种群维护中的不足,分别设计了种群正交初始化、参数自适应控制和动态种群维护策略,提出了改进的多目标差分进化(I-DEMO)算法对模型进行求解。仿真结果表明,该控制策略能够在达到81.2%的3重覆盖率的同时有效降低能耗并保障可靠性,I-DEMO可以支配传统算法76%的Pareto前沿。该算法同样适用于求解其他多目标问题。
    基于可用数据速率的3G与无线局域网垂直切换触发机制
    张金福 原玲 游健强
    2013, 33(07):  1825-1827.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1825
    摘要 ( )   PDF (613KB) ( )  
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    针对传统垂直切换触发机制存在不能保证实时提供最高可用数据速率的问题,提出一种更充分利用网络资源并且能够有效避免不必要切换的方法。引入IEEE 802.21介质独立切换(MIH)标准,利用MIH提供的介质独立信息服务(MIIS)获取能够覆盖到移动终端的候选无线局域网(WLAN)的相关参数,通过获取的相关参数计算其最大可用数据速率,将候选WLAN的可用数据速率与3G网络对比,做出切换决策:当检测到数据速率更高的WLAN时,能够及时地切换到该WLAN;若移动终端移动出WLAN覆盖范围则切换回3G网络。仿真实验表明相比传统垂直切换触发机制,该方案对网络资源的利用更充分,并且能够有效避免不必要的切换。
    基于宽带聚焦矩阵和高阶累积量的OFDM信号的来波方向估计
    王志朝 张天骐 万义龙 朱洪波
    2013, 33(07):  1828-1832.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1828
    摘要 ( )   PDF (760KB) ( )  
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    为了解决正交频分复用(OFDM)宽带信号处理的问题,研究了基于宽带聚焦矩阵和高阶累积量的波达方向(DOA)估计方法。前者是通过傅里叶变换将宽带阵列数据分解为若干窄带信号,再利用一种聚焦矩阵将不同频带下的方向矩阵变换到同一参考频率下,然后用多重信号分类(MUSIC)算法来估计DOA;高阶累积量算法是通过聚焦操作,把各个窄带频率处的阵列输出矢量变换到聚焦频率处,然后求其累积量矩阵。对各个累积量矩阵进行加权平均并特征值分解,再应用MUSIC算法估计DOA。理论分析和仿真结果表明,两种方法都能够精确地估计OFDM信号的DOA,四阶累积量方法的空间分辨率比聚焦矩阵方法有所提高。四阶累积量算法扩展了阵列孔径,信噪比(SNR)较低的时候也有很好的适应性。
    快速CRC逆序校验方法
    梁海华 盘丽娜
    2013, 33(07):  1833-1835.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1833
    摘要 ( )   PDF (541KB) ( )  
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    循环冗余校验(CRC)是计算机网络中常用的冗余校验方法。针对现有的正序(FIFO)校验方法只能对编码寄存器为零初始状态时生成的校验值正确校验的问题,提出一种逆序(LIFO)校验方法。首先,使用状态矩阵对两类串行编码电路进行分析,理论上证明状态矩阵可逆,由逆矩阵变换得出串行逆序校验方法及其电路;通过电路分析,可将串行逆序方法扩展为快速并行逆序方法,无须预补零操作,简化了计算流程。通过实例计算,验证了并行逆序方法能够对任意初始状态生成的校验值正确校验;仿真结果表明该方法具有与并行正序校验方法近似的运算速度。
    基于下三角H矩阵的LDLC整形研究
    朱联祥 罗洪瑜
    2013, 33(07):  1836-1838.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1836
    摘要 ( )   PDF (444KB) ( )  
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    针对低密度格码(LDLC)编码后不能适应在功率限制的加性高斯白噪声(AWGN)信道上传输的问题,研究了编码前的整形问题。构造了一种特殊结构的下三角H矩阵,并结合超立方整形和系统整形方案,分析并仿真了整形前后格点的变化及取得的整形增益。结果显示:整形后的码字沿格的Voronoi域均匀分布,并当码长为10000、误码率为10 -5时,可得到1.31dB的整形增益,相对于传统的整形技术提高了0.31dB。通过整形,有效地产生了功率受限的格点。
    基于并行滤波器的回波抵消技术方案
    王振朝 高扬 薛文玲 杨建坡
    2013, 33(07):  1839-1841.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1839
    摘要 ( )   PDF (469KB) ( )  
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    为了提高数字直放站回波抵消的收敛速度,首先研究了基于自适应滤波器的回波抵消技术,然后对其中的自适应滤波器的递推算法进行改进,形成了两个自适应滤波器并行计算、联合递推更新权值的技术方案。由于调节两个自适应滤波器权值的误差信号产生方式不同,方案可分为两种:方案一将回波抵消后的信号同时作为调节两个滤波器权值的误差信号(同时);方案二将天线接收信号与第一个滤波器输出信号的差值作为调节第一个滤波器权值的误差信号,而将该误差信号与第二个滤波器输出信号的差值作为调节第二个滤波器权值的误差信号(分别)。仿真结果表明,改进技术方案使回波抵消收敛速度提高11.11%~17.78%,从而有效改善了数字直放站回波抵消收敛速度慢的状况。
    信息安全
    无线传感器网络中基于节点行为和身份的可信认证
    刘涛 熊焰 黄文超 陆琦玮 龚旭东
    2013, 33(07):  1842-1845.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1842
    摘要 ( )   PDF (833KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)开放性和资源受限导致易受外部和内部攻击以及节点失效等问题,提出了一种高效、安全的可信节点间身份认证方案。方案采用基于身份和双线性对理论实现认证密钥协商与更新,通过基于Beta分布的节点行为信誉的管理计算其信任度,利用信任度识别节点是否可信并采用对称密码体制结合信息认证码实现可信节点间认证。方案不仅能防范窃听、注入、重放、拒绝服务等多种外部攻击,而且能够抵御选择性转发、Wormhole攻击、Sinkhole攻击和女巫攻击等内部威胁。与SPINS方案相比,所提方案在同一网络环境下有较长的网络生命期、较小的认证时延、更高的安全性及可扩展性,在无人值守安全性要求较高的WSN领域具有较好的应用价值。
    标准模型下可证安全的有效无证书签密方案
    孙华 孟坤
    2013, 33(07):  1846-1850.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.201307.1846
    摘要 ( )   PDF (767KB) ( )  
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    目前大多数无证书签密方案都是在随机预言模型下提出的,针对随机预言模型下的方案往往无法在实际应用中构造相应实例这一问题,采用标准模型的方法来进行构造。在对几个已有标准模型下相应方案分析的基础上,指出它们都是不安全的。以Au等所提出的方案(AU M H, LIU J K, YUEN T H, 〖WTBX〗et al〖WTBZ〗. Practical hierarchical identity based encryption and signature schemes without random oracles. http://eprint.iacr.org/2006/368.pdf)为基础,利用椭圆曲线上的双线性对性质,提出了一个新的标准模型下可证安全的无证书签密方案。最后,利用决策双线性Diffie-Hellman(DBDH)等困难问题,证明该方案满足适应性选择密文攻击下的不可区分性以及适应性选择消息和身份攻击下的存在不可伪造性,因而方案是安全可靠的。
    安全的无线传感器网络密钥预分配方案
    张记 杜小妮 李旭 林纪坡
    2013, 33(07):  1851-1853.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1851
    摘要 ( )   PDF (604KB) ( )  
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    密钥管理是无线传感器网络(WSN)安全的核心问题。基于二元对称多项式的随机密钥预分配方案为节点的通信提供了一种安全机制,但这些方案都存在“t-security”问题,很难抵制节点的捕获攻击。为了更好地解决该问题,提高网络的安全阈值及节点的抗捕获能力,采用可转化三元多项式代替二元对称多项式来建立节点间通信,并引入密钥分发节点进行分簇网络密钥分发。同时,由于对节点密钥采用单向Hash函数进行处理,提高了密钥破解难度。分析结果表明,该方案提高了网络的安全性及节点的抗毁性与可扩展性,降低了传感器普通节点的存储与计算开销。
    基于矩阵理论的RFID认证协议设计及BAN逻辑分析
    李红静 刘丹
    2013, 33(07):  1854-1857.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1854
    摘要 ( )   PDF (589KB) ( )  
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    针对目前提出的射频识别(RFID)认证协议大多不能抵抗重放攻击和数据篡改攻击的问题,提出了一种能抵抗这些攻击的低成本安全协议——基于矩阵的安全协议(MSP)。该协议基于矩阵理论的矩阵乘法和伪随机数生成器(PRNG),实现所需门电路不超过1000,满足低成本的要求。与基于同等算法的已有协议分析得出MSP大大降低了标签存储量和计算复杂度。最后,经BAN逻辑分析证明MSP实现了安全认证。因此,MSP非常适用于RFID环境。
    无证书的可公开验证聚合签密方案
    张雪枫 魏立线 王绪安
    2013, 33(07):  1858-1860.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1858
    摘要 ( )   PDF (583KB) ( )  
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    聚合签密的研究多以基于身份密码体制下提供机密性与认证性,提高验证的效率为目标,存在对证书管理以及密钥托管问题,因此需要设计新的聚合签密算法,在解决证书管理以及密钥托管问题的同时兼顾机密性与高效性。分析了当前主流的聚合签密算法及其发展,利用Zhang等(ZHANG L, ZHANG F T. A new certificateless aggregate signature scheme. Computer Communications, 2009,32(6):1079-1085)方案,并考虑上述需求,提出了一种新的无证书的聚合签密方案。方案基于双线性Diffie-Hellman(BDH)和计算性Diffie-Hellman(CDH)问题,证明了方案的机密性和不可伪造性。实验结果表明,所提方案在聚合解签密运算量上与其他方案持平或降低;同时,新的方案还满足了可公开验证性,消除了公钥证书的使用,并且解决了基于身份密码体制中的密钥托管问题。
    基于用户反馈的混合型垃圾邮件过滤方法
    黄国伟 许昱玮
    2013, 33(07):  1861-1865.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1861
    摘要 ( )   PDF (840KB) ( )  
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    针对目前垃圾邮件过滤技术仅依赖单一邮件特征实施邮件分类、对邮件特征变化的适应性较差等局限,提出一种基于用户反馈的混合型垃圾邮件过滤方法。以用户社会网络关系为基础,借助用户反馈机制分别实现对基于内容与基于身份标识的邮件分类知识的动态更新;在此基础上采用贝叶斯模型,实现邮件的内容特征与发件人身份标识特征在邮件分类中的有机结合。实验结果表明,与传统的过滤方法比较,所提方法在邮件特征动态变化的环境下能够获得更好的邮件分类效果,邮件分类的总体召回率、查准率、精确率均能达到90%以上。所提方法能够在保证邮件分类性能的同时,有效提高邮件分类对邮件特征变化的适应性,是已有垃圾邮件过滤技术的重要补充。
    基于H.264压缩域的视频盲水印算法
    刘立冬 田翔
    2013, 33(07):  1866-1869.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1866
    摘要 ( )   PDF (787KB) ( )  
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    为了解决H.264视频信息的版权保护问题,提出了一种基于即时解码刷新(IDR)帧离散余弦变换(DCT)域的盲水印算法。该算法首先分析IDR帧的纹理特征,利用滑动矩形窗根据图像的梯度特性提取出复杂纹理区域;然后,计算该区域内每个宏块的16个4×4子块能量,得到能量最高子块;最后,通过自适应修改子块的一个交流(AC)系数幅值以达到嵌入水印的目的。实验结果表明:对CIF分辨率视频测试序列嵌入水印后,视频图像的峰值信噪比(PSNR)平均下降0.15dB,码率平均增加了0.49%,水印检测准确率达到91%以上,并且该算法能够有效抵抗不同量化参数(QP)的重复编码攻击。
    椭圆曲线中直接计算7P的方法及其应用
    赖忠喜 张占军 陶东娅
    2013, 33(07):  1870-1874.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1870
    摘要 ( )   PDF (637KB) ( )  
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    为了提高椭圆曲线标量乘法的效率,根据将求逆转换为乘法运算的思想,提出了在二进制域F2n上用仿射坐标直接计算7P的两种算法。两种算法分别通过引入公因子和除法多项式来计算7P,其运算量分别为2I+7S+14M和I+6S+20M,比Purohit等提出的算法(PUROHIT G N, RAWAT S A, KUMAR M. Elliptic curve point multiplication using MBNR and Point halving. International Journal of Advanced Networking and Applications, 2012, 3(5): 1329-1337)分别节省了一次和两次求逆运算。同时还给出直接计算7kP的快速算法,该算法比重复计算k次7P更有效。最后结合半点运算和扩展多基表示形式将这些新算法应用到标量乘法中。实验结果表明,在美国国家标准技术研究所(NIST)推荐的椭圆曲线上,当预存储点的个数为2和 5时,新算法比Purohit算法效率提高了30%和37%,比洪银芳等所提的算法(洪银芳,桂丰,丁勇.基于半点和多基表示的标量乘法扩展算法.计算机工程,2011,37(4):163-165)效率提高了9%和13%。新算法以增加少量的预计算存储为代价,能有效降低标量乘法的运算量。
    先进计算
    人计算研究现状及发展趋势
    杨洁 黄孝鹏 盛寅
    2013, 33(07):  1875-1879.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1875
    摘要 ( )   PDF (790KB) ( )  
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    针对计算机无法或难以解决的问题,而提出的结合人的能力与分布式思想的人计算理念,在信息智能化的背景下得到了充分的关注。详细描述了人计算的内涵、特性、并与相近概念的区分,并对迄今为止的人计算研究方式以及人计算的设计准则进行了分类与整理。最后,总结归纳人计算现有的研究方向,并指出未来可能的研究与发展趋势。
    基于门限属性加密的安全分布式云存储模型
    吴胜艳 许力 林昌露
    2013, 33(07):  1880-1884.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1880
    摘要 ( )   PDF (941KB) ( )  
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    针对云存储存在越来越多的安全问题,设计了一种新的基于门限属性加密的安全分布式云存储模型。该模型由加密、存储、解密三个阶段组成且均具有分布式特点。利用基于属性加密体制不仅提高数据存储的安全性,而且多属性服务器的模式也使得该模型能支持门限解密功能及任意个属性服务器的加入与撤出问题;在存储阶段使用的分布式删除码可充分保障模型的健壮性,且该模型能抵抗共谋攻击。在一些特有云环境中,该模型可向用户提供较好的安全云存储服务。
    基于分布式编程语言的Chord协议和算法
    彭成章 蒋泽军 蔡小斌 张志珂
    2013, 33(07):  1885-1889.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1885
    摘要 ( )   PDF (802KB) ( )  
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    P2P分布式哈希表(DHT)协议本身简洁并且易于理解,但是命令式语言与分布式架构的不匹配使得实现和部署一个拥有全部功能的类似Chord的组件相当困难和复杂。针对这些问题,提出一种基于Bloom系统来设计P2P分布式哈希表协议的方法。首先,阐述了Bloom系统的分布式逻辑编程语言要素;其次,设计了一个最小分布式系统;再次,通过定义永久、暂时、异步通信和周期集合,设计了指表维护算法、后继列表算法以及维持稳定算法等,实现一个Chord原型系统。实验结果证明,原型系统能完成Chord所有功能,并且与传统语言相比,代码量减少60%。分析表明最终的算法代码和分布式哈希表协议规范高度一致,不仅增强了代码的可读性和重用性,而且加深了对协议本身及其应用的理解。
    基于统一计算设备架构和基因表达式编程的自动聚类算法
    杜欣 刘大刚 张开活 申远 赵康 倪友聪
    2013, 33(07):  1890-1893.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1890
    摘要 ( )   PDF (718KB) ( )  
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    针对基于基因表达式编程(GEP)的自动聚类算法GEP-Cluster中聚类中心的筛选和聚合、计算数据对象到各聚类中心距离两个关键步骤效率不高的问题,提出了一种基于统一计算设备架构(CUDA)和GEP的自动聚类改进算法(CGEP-Cluster)。CGEP-Cluster算法采用基因阅读运算器方法对GEP-Cluster算法的聚类中心筛选和聚合步骤进行改进,并基于CUDA将GEP-Cluster算法中数据对象到各聚类中心距离的计算并行化。实验结果表明,在数据对象规模较大时,CGEP-Cluster算法可获得8倍左右的加速比。CGEP-Cluster算法可用于聚类数未知且数据对象规模较大情况下的自动聚类。
    用于多分类问题的最小二乘支持向量分类—回归机
    翟嘉 胡毅庆 徐尔
    2013, 33(07):  1894-1897.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1894
    摘要 ( )   PDF (739KB) ( )  
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    基于支持向量机(SVM)的三分类方法是处理多分类问题的一类方法。提出了最小二乘支持向量分类〖CD*2〗回归机(LSSVCR)算法,通过最小二乘目标函数充分考虑所有样本点对分类的影响,使得训练集中即使有个别样本点被标错类别,对分类结果也不会产生太大的影响,从而提高分类的准确性。该方法能够提高分类的准确率和分类速度,同时算法对于不同类别间样本数目差异较大的情况也有很好的分类效果。数值实验结果表明所提算法是可行的,且与已有的三分类算法相比在分类准确性上平均提高了2.57%,在运算速度上也有了较大的提高。
    基于贪心算法和模拟退火算法的软硬件划分
    张良 徐成 田峥 李涛
    2013, 33(07):  1898-1902.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1898
    摘要 ( )   PDF (769KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    软硬件划分是嵌入式系统设计过程中一个关键环节,已经被证明是一个NP问题。针对目前算法在进行大任务集下的软硬件划分时计算复杂度高、不能快速收敛,且找到的全局最优解的质量不佳等问题,提出一种基于贪心算法和模拟退火算法相融合的软硬件划分方法。首先将软硬件划分问题规约为变异的0-1背包问题,在求解背包问题的算法基础上用贪心算法构造出初始划分解;然后,对代价函数的解空间进行合理的区域划分,并基于划分的区间设计新的代价函数,采用改进的模拟退火算法对初始划分进行全局寻优。实验结果表明,与目前已有的类似改进算法相比,新算法在任务划分质量和算法运行时间两个方面的提升率最大可达到8%和17%左右,具有高效性和实用性。
    基于指令距离的存储相关性预测方法
    路冬冬 何军 杨剑新 王飙
    2013, 33(07):  1903-1907.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1903
    摘要 ( )   PDF (754KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    存储相关性预测对于减少存储相关性冲突、提高微处理器性能具有十分重要的作用。针对传统相关性预测器硬件开销大、可实现性较差的缺点,通过对存储相关性的局部性分析,提出了一种基于指令距离的存储相关性预测方法。该方法充分利用了发生存储相关性冲突的指令在指令距离上的局部性,预测冲突指令的指令距离,进而控制部分访存指令的发射时机,大大减少了存储相关性冲突的次数。实验结果表明,在硬件开销约为1KB的情况下,使用基于指令距离的相关性预测器后,每个时钟周期平均执行的指令数可以提高1.70%,最高可以提高5.11%。在硬件开销较小的情况下,较大程度提高了微处理器的性能。
    基于启发式动态分解算法的矩形件优化排样
    李波 王石 施松新 胡俊勇
    2013, 33(07):  1908-1911.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1908
    摘要 ( )   PDF (597KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对二维矩形件优化排样问题,提出了一种启发式动态分解算法,其可扩展用于三维及多容器全局排样求解。根据排放矩形件对容器进行正交动态分解,计算放置耦合度选择最佳子容器,通过干涉关系实现所有容器状态更新,实现大规模复杂排样问题的快速高效求解。对国际上公认Bench-mark多个问题例的计算结果表明,所提算法与同类算法相比优势明显,布局利用率提高达9.4%,计算效率提升达95.7%,并且已在商业化排样软件AutoCUT中应用,应用前景良好。
    基于交替方向乘子法的非光滑损失坐标优化算法
    高乾坤 王玉军 王惊晓
    2013, 33(07):  1912-1916.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1912
    摘要 ( )   PDF (628KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    交替方向乘子法(ADMM)在机器学习问题中已有一些实际应用。针对大规模数据的处理和非光滑损失凸优化问题,将镜面下降方法引入原ADMM批处理算法,得到了一种新的改进算法,并在此基础上提出了一种求解非光滑损失凸优化问题的坐标优化算法。该算法具有操作简单、计算高效的特点。通过详尽的理论分析,证明了新算法的收敛性,在一般凸条件下其具有目前最优的收敛速度。最后与相关算法进行了对比,实验结果表明该算法在保证解稀疏性的同时拥有更快的收敛速度。
    人工智能
    基于自组织映射的流形学习与可视化
    邵超 万春红
    2013, 33(07):  1917-1921.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1917
    摘要 ( )   PDF (1010KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对自组织映射(SOM)在学习和可视化高维数据内在的低维流形结构时容易产生“拓扑缺陷”的这一问题,提出了一种新的流形学习算法——动态自组织映射(DSOM)。该算法按照数据的邻域结构逐步扩展训练数据集合,对网络进行渐进训练,以避免局部极值,克服“拓扑缺陷”问题;同时,网络规模也随之动态扩展,以降低算法的时间复杂度。实验表明,该算法能更加真实地学习和可视化高维数据内在的低维流形结构;此外,与传统的流形学习算法相比,该算法对邻域大小和噪声也更加鲁棒。所提算法的网络规模和训练数据集合都将按照数据内在的邻域结构进行同步扩展,从而能更加简洁并真实地学习和可视化高维数据内在的低维流形结构。
    基于自适应t分布混合变异的人工萤火虫算法
    杜晓昕 张剑飞 孙明
    2013, 33(07):  1922-1925.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1922
    摘要 ( )   PDF (758KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对人工萤火虫(AGSO)算法中存在一些漫无目的随机运动的萤火虫及一些萤火虫在非全局极值点出现严重聚集时,收敛速度降低,甚至陷入局部极值的问题,提出一种基于自适应t分布混合变异的人工萤火虫算法。用自适应t分布变异和最优调教变异来增强种群的多样性,限制算法陷入局部最优;定义了变异控制因子对变异的运行进行控制,结合历史状态信息给出了自适应t分布混合变异描述。该变异方法能使算法同时提高全局探索能力和局部开发能力。通过典型函数算例和实际应用算例实验结果表明,该算法是可行有效的,比传统算法具有较快的寻优速度和较高的寻优精度。
    均衡分布性和收敛性的多目标粒子群优化方法
    耿焕同 高军 贾婷婷 吴正雪
    2013, 33(07):  1926-1929.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1926
    摘要 ( )   PDF (724KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    粒子群优化(PSO)算法是一种基于群体演化且非常有效的求解多目标优化问题的方法,但因经典算法中粒子进化存在趋同性导致算法易陷入局部Pareto最优前沿,使得解集收敛性和分布性不理想。为此提出了一种均衡分布性和收敛性的多目标粒子群优化(DWMOPSO)算法,算法中每个粒子根据自身在进化过程中记忆的个体最好适应度值构建进化速度,由进化速度的快慢动态调整各粒子惯性权重,增加粒子的多样性,从而提高粒子跳出局部最优解的概率。通过在5个标准测试函数上进行仿真实验,结果表明,与Coello的多目标粒子群优化(MOPSO)算法相比,DWMOPSO算法获得的解集在与真实解集的逼近性和解集的分布性两个方面都有了很大的提高。
    基于马氏距离的局部边界Fisher分析降维算法
    李峰 王正群 徐春林 周中侠 薛巍
    2013, 33(07):  1930-1934.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1930
    摘要 ( )   PDF (778KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对人脸识别应用中的高维数据图像以及欧氏距离不能准确体现样本间的相似度的问题,提出了一种基于马氏距离的局部边界Fisher分析(MLMFA)降维算法。该算法从现有的样本中学习得到一个马氏度量,然后在近邻选择以及新样本降维过程中用马氏距离作为相似性度量。同时,通过马氏度量构造出类内“相似”图和类间“代价”图来描述数据集的类内紧凑性和类间分离性。MLMFA很好地保持了数据集的局部结构。用YALE和FERET人脸库进行实验,MLMFA的最大识别率比传统基于欧氏距离算法的最大识别率平均分别提高了1.03%和6%。实验结果表明,算法MLMFA具有很好的分类和识别性能。
    基于段级特征主成分分析的说话人识别算法
    储雯 李银国 徐洋 孟祥涛
    2013, 33(07):  1935-1937.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1935
    摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了提高说话人识别(SR)系统的运算速度,增强其鲁棒性,以现有的帧级语音特征为基础,提出了一种基于段级特征主成分分析的说话人识别算法。该算法在训练和识别阶段以段级特征代替帧级特征,然后用主成分分析方法对段级特征进行降维、去相关。实验结果表明,该算法的系统训练时间、测试时间分别为基线系统的47.8%、40.0%,同时识别率略有提高,抑制了噪声对说话人识别系统的影响。该结果验证了基于段级特征主成分分析的说话人识别算法在识别率有所提高的情况下取得了较快的识别速度,同时在不同噪声环境下的不同信噪比情况下均可以提高系统识别率。
    基于改进型SVM算法的语音情感识别
    李书玲 刘蓉 张鎏钦 刘红
    2013, 33(07):  1938-1941.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1938
    摘要 ( )   PDF (664KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为有效提高语音情感识别系统的识别率,研究分析了一种改进型的支持向量机(SVM)算法。该算法首先利用遗传算法对SVM参数惩罚因子和核函数中参数进行优化,然后用优化后的参数进行语音情感的建模与识别。在柏林数据集上进行7种和常用5种情感识别实验,取得了91.03%和96.59%的识别率,在汉语情感数据集上,取得了97.67%的识别率。实验结果表明该算法能够有效识别语音情感。
    基于可拓聚类的极限学习机神经网络
    罗庚合
    2013, 33(07):  1942-1945.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1942
    摘要 ( )   PDF (626KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对极限学习机(ELM)算法随机选择输入层权值的问题,借鉴第2类型可拓神经网络(ENN-2)聚类的思想,提出了一种基于可拓聚类的ELM(EC-ELM)神经网络。该神经网络是以隐含层神经元的径向基中心向量作为输入层权值,采用可拓聚类算法动态调整隐含层节点数目和径向基中心,并根据所确定的输入层权值,利用Moore-Penrose广义逆快速完成输出层权值的求解。同时,对标准的Friedman#1回归数据集和Wine分类数据集进行测试,结果表明,EC-ELM提供了一种简便的神经网络结构和参数学习方法,并且比基于可拓理论的径向基函数(ERBF)、ELM神经网络具有更高的建模精度和更快的学习速度,为复杂过程的建模提供了新思路。
    基于聚集离散性与可分性的雷达信号特征评价
    邓延丽 金炜东 李家会 刘欣
    2013, 33(07):  1946-1949.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1946
    摘要 ( )   PDF (801KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    雷达辐射源信号脉内特征的好坏是决定雷达信号能否有效地加以区分的基础。为了定量地进行特征优劣的评价,提出了一种利用模糊度与贴近度来评估雷达信号脉内特征分布聚集离散性的方法。该方法首先对雷达信号脉内特征的空间分布进行分析;然后用模糊度的大小度量脉内特征的类内聚集性,用贴近度的大小度量脉内特征的类外分散性;并针对分类特征空间分布的重叠状态,采用类内类间距离和线性判别准则,提出了雷达辐射源信号脉内特征线性可分性指标。通过时频原子法提取5类雷达信号的两个脉内特征进行仿真实验,结果表明提出的方法和可分性指标是可行的。这为在雷达辐射源信号识别中定量地评价脉内特征提供了新的思路和途径。
    基于多分类器的迁移Bagging习题推荐
    吴云峰 冯筠 孙霞 李展 冯宏伟 贺小伟
    2013, 33(07):  1950-1954.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1950
    摘要 ( )   PDF (786KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对协同过滤(CF)推荐方法用户的历史信息不足等问题,提出基于多分类器的迁移Bagging习题推荐算法。主要思路是把推荐问题投入迁移学习框架,将待推荐习题的用户作为目标域,从中搜索相似历史信息的用户作为辅助域,帮助训练目标域以得到更准确的分类结果。实验结果表明,所提方法在习题推荐库及公开数据上,比协同过滤算法性能提高了10%~20%;比单分类器Bagging迁移算法性能提升了5%~10%。该方法在一定程度上解决了习题推荐系统中存在的冷启动和数据稀疏问题,也可推广到商品推荐等电子商务平台。
    自适应多视角学习及其在图像分类中的应用
    毛金莲
    2013, 33(07):  1955-1959.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1955
    摘要 ( )   PDF (816KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有多视角学习算法在构建近邻图时缺乏数据自适应性问题,提出一种自适应多视角学习(AMVL)算法。该算法首先利用L1范数具有自动数据样本选择的特性,对不同视角分别构建有向的L1图;然后根据得到的L1图,最小化各个视角下的低维重建误差;最后对不同视角间进行多视角全局坐标对齐,得到自适应多视角学习算法的目标函数。此外,还提出一种迭代优化求解方法来对所提目标函数进行优化求解。将该算法应用到图像分类问题,在Corel5K和NUS-WIDE-OBJECT两个公共图像数据集上与现有算法进行对比。实验结果表明:所提方法在这两个数据集上可以分别提高最高5%和2%的分类准确率;优化求解算法可以保证在100次迭代内收敛;算法所得到的近邻数目具有数据自适应性。
    基于改进贝叶斯方法的轨迹预测算法研究
    李万高 赵雪梅 孙德厂
    2013, 33(07):  1960-1963.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1960
    摘要 ( )   PDF (671KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统轨迹预测方法在历史轨迹数目有限时,预测准确度较低的问题,提出一种改进的贝叶斯推理(MBI)方法,MBI构建了马尔可夫模型来量化相邻位置的相关性,并通过对历史轨迹进行分解来获得更准确的马尔可夫模型,最后得到改进的贝叶斯推理公式。实验结果表明,MBI方法比现有方法的预测速度快2到3倍,并且有较高的准确度和稳定性。MBI方法充分利用现有轨迹信息,不仅提高了查询效率,还保证了较高的预测精度。
    基于道路网的连续k近邻查询算法
    刘德高 李晓宇
    2013, 33(07):  1964-1968.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1964
    摘要 ( )   PDF (841KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对增量式监测算法(IMA)的冗余搜索问题,提出一种基于IMA改进的移动对象连续k近邻(Continuous k Nearest Neighbor, CkNN)查询处理新算法。采用增量式查询处理机制;利用距离相近的查询其查询结果大部分相同这一特性,在以查询点为中心进行网络扩展之前,首先执行一个预处理过程,分析相近的其他查询的扩展树,并重用其中的有效部分,从而避免了对道路网的盲目扩展;且在节点的网络扩展中,通过应用具有相同扩展方向的其他查询的扩展结果,不仅减少了对道路网的重复扩展,还节省了计算代价。实验结果表明,所提算法同传统算法相比较, 缩短了查询响应时间,提高了运行效率,并且适用于不同类型的k近邻查询。
    基于随机取样的选择性K-means聚类融合算法
    王丽娟 郝志峰 蔡瑞初 温雯
    2013, 33(07):  1969-1972.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1969
    摘要 ( )   PDF (655KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    由于缺少数据分布、参数和数据类别标记的先验信息,部分基聚类的正确性无法保证,进而影响聚类融合的性能;而且不同基聚类决策对于聚类融合的贡献程度不同,同等对待基聚类决策,将影响聚类融合结果的提升。为解决此问题,提出了基于随机取样的选择性K-means聚类融合算法(RS-KMCE)。该算法中的随机取样策略可以避免基聚类决策选取陷入局部极小,而且依据多样性和正确性定义的综合评价值,有利于算法快速收敛到较优的基聚类子集,提升融合性能。通过2个仿真数据库和4个UCI数据库的实验结果显示:RS-KMCE的聚类性能优于K-means算法、K-means融合算法(KMCE)以及基于Bagging的选择性K-means聚类融合(BA-KMCE)。
    多媒体技术
    光学4f系统灰度误差补偿的实现
    韩亮 姜孜锜 蒲秀娟
    2013, 33(07):  1973-1975.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1973
    摘要 ( )   PDF (718KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为补偿光学4f系统灰度误差,提出基于直方图匹配和径向基函数(RBF)神经网络的灰度误差补偿方法。首先利用径向基函数神经网络拟合经光学4f系统输出图像的直方图与对应输入图像的直方图之间的非线性变换,得到输出图像与输入图像的直方图匹配变换曲线的最优估计;再依据直方图匹配曲线的最优估计对经光学4f系统的输出图像进行直方图匹配,得到灰度误差补偿后的图像。利用实际的光学4f系统进行光学实验,灰度误差补偿后图像的信噪比平均提高了2.96dB,视觉效果明显改善。实验结果表明,该方法能有效补偿光学4f系统灰度误差,提高基于光学4f系统的光学信息处理的精度。
    基于自组织增量神经网络的码书产生方法在图像分类中的应用
    袁飞云
    2013, 33(07):  1976-1979.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1976
    摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对基于码书模型的图像分类方法忽略图像的拓扑信息及增量学习导致分类精度有限的问题,提出了基于自组织增量神经网络(SOINN)的码书产生方法。首先回顾了常见的码书编码方式;其次改进了基本的码书模型,利用SOINN自动产生聚类数目和保留数据拓扑结构的两项能力,寻找更有效的单词和设计更有效的编码方式,产生更合适的码书。实验结果显示在不同样本数和不同规模码书下分类精确度相对同类算法有最高将近1%的提升。该结果表明基于SOINN的码书产生方法显著提高了图像分类算法的精度,该方法还可以更高效、更准确地运用于各种图像分类任务。
    基于边缘方向直方图相关性匹配的图像检索
    申海洋 李月娥 张甜
    2013, 33(07):  1980-1983.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1980
    摘要 ( )   PDF (646KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对基于边缘方向自相关图的图像检索算法的优缺点,提出了一种基于边缘方向直方图相关性匹配的图像检索算法。使用自适应中值滤波器滤除图像中的椒盐噪声。利用Sobel算子提取图像边缘,通过计算边缘梯度幅值、角度统计后得边缘方向直方图,并对直方图进行等级化排列构成特征向量。最后使用斯皮尔曼等级相关计算图像特征向量间的相关系数作为衡量图像间相似性的指标。实验结果表明:该算法的平均查准率、查全率较基于边缘方向自相关图算法分别提升10.5%,9.7%,平均检索耗时减少了7.5%。实验验证了算法的有效性,可将算法应用到中大规模图像检索系统中以提升检索效果,提高系统速度。
    基于同心圆分割的大视场星图识别算法
    刘恒 郑烇 秦龙 赵天昊 王嵩
    2013, 33(07):  1984-1987.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1984
    摘要 ( )   PDF (706KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对星敏系统常见的三角形识别算法数据冗余量大、识别速度特别是初始识别速度低的问题,提出一种基于同心圆分割的大视场(FOV)星图识别算法。在分析星图信息以获得其主星的基础上,围绕主星以一定的半径画8个同心圆,再根据各星的坐标统计每个圆环内的星数量,从而得出主星的伴星分布向量。以同样方法基于基本星表构建相对应的导航星特征库,然后利用伴星分布向量与特征库进行模式匹配,从而得出星图识别结果。对特征库中的数据,根据各向量的第一维元素大小进行排序,以加快算法的识别过程。仿真实验结果表明,该算法所需的导航星特征库存储空间小,具有良好的实时性、抗噪性与较高的识别率,能够以95.3μs的识别时间达到88.9%以上的正确率,可与其他识别算法相结合,执行于不同的阶段,实现更高效、准确的天文导航。
    基于超球支持向量机的多姿态协同人脸检测
    滕少华 陈海涛 张巍
    2013, 33(07):  1988-1990.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1988
    摘要 ( )   PDF (627KB) ( )  
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    针对多姿态的人脸检测准确度差的问题,提出了一种多姿态的协同人脸检测模型。该模型由一组超球支持向量机组成,它们被分成三层:第一层1个、第二层3个、第三层9个,共13个支持向量机(SVM)。这些SVM按逐层精细化检测设计,协同完成人脸检测任务。因为一幅图像的大部分区域是非人脸,采用三层模型的设计一方面能提高人脸检测速度,另一方面也增强了检测的针对性,使得能逐层履行更精细的局部区域检测。另外,改进了k近邻(kNN)算法,使其能用于超球重叠样本的检测,并提高了人脸检测的准确度。实验结果表明,相对于传统基于SVM的人脸检测,所提算法在人脸检测的准确率上有5%左右的提升,通过逐层过滤,保证了人脸检测的速度。
    融合Monogenic幅值和相位的人脸识别方法
    李昆明 王玲 闫海停 刘机福
    2013, 33(07):  1991-1994.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1991
    摘要 ( )   PDF (638KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对仅利用图像滤波幅值信息进行识别而忽视相位信息的问题,提出一种融合Monogenic局部相位和幅值的识别方法。该方法先对相位进行量化和异或,并结合方向和尺度信息得到相位编码(MLXP);其次,分别对相位编码和基于幅值的二值编码进行分块,计算直方图特征;然后,采用基于分块的线性判别进行降维,提高特征的判别能力;最后在评分层实行融合。在ORL和CAS-PEAL人脸数据库上,相位方法MLXP的平均识别率分别为0.97和0.94,融合Monogenic相位和幅值的方法平均识别率分别为0.99和0.979,超越实验中其他所有方法。实验结果表明,相位利用方法MLXP是有效的,融合Monogenic相位和幅值的方法不但能够避免传统线性判别中的小样本(3S)问题,而且能以较低的时间和空间复杂度,有效地提高身份的正确识别率。
    新的雾霾退化场景再现快速算法
    张筱 吴军 娄小龙
    2013, 33(07):  1995-1997.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1995
    摘要 ( )   PDF (665KB) ( )  
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    雾霾天气条件下,由于大气粒子的散射作用,使采集图像对比度、清晰度等方面产生降质。针对这一问题,提出了一种新的图像雾霾去除算法。算法从单色大气散射模型出发,根据有关大气光衰减项的先验知识与假设,构建有约束最优化问题对大气光衰减项进行直接求解。根据散射模型与大气光衰减项求解结果实现对原始场景反照率的恢复。实验证明,所提算法能够较好地对具有不同景深的场景图像信息实现恢复,提升场景视见度,算法鲁棒性较好,与同类算法相比运行效率提高1倍以上,能够较好地运用于智能交通监控等可见光计算机视觉系统。
    反馈调节机制的暗通道去雾算法
    方雯 刘秉瀚
    2013, 33(07):  1998-2001.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.1998
    摘要 ( )   PDF (653KB) ( )  
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    针对暗通道图像去雾算法在处理不满足暗通道先验条件的明亮区域时,估计的透射率偏小,导致去雾后的图像与原图像相比,色彩和纹理平滑度出现较大偏差的问题,提出反馈调节的暗通道去雾算法。该算法首先通过暗通道算法对原始有雾图像进行去雾,反馈出去雾后的图像与原始图像纹理平滑度的差异,使用模糊C-均值聚类算法分割出明亮的区域;然后用高斯函数调整明亮区域偏小的透射率,使其更加接近实际的透射率;最后利用调整后的透射率求得清晰的无雾图像。实验结果表明,该算法可以有效地处理不满足暗通道先验条件的区域,使得包含明亮区域的雾化图像,去雾后的色彩更加符合真实场景,视觉效果也更好。该算法可以提高户外监视系统的鲁棒性。
    GPU并行实现的基于多方向线状梯度调节预测器边缘检测算法
    党向盈 鲍蓉 姜代红
    2013, 33(07):  2002-2004.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2002
    摘要 ( )   PDF (630KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对无损压缩编码中梯度调节预测器(GAP)模板的方向固定、单一的问题,根据实际边缘具有线状变化增量相同的特征,提出多方向线状梯度调节预测器(MLGAP)模板。首先从图像中心向四周划分四个子图像,应用图形处理器(GPU)并行技术,在每个子图像中采用MLGAP模板计算预测值;然后利用错误反馈信息构建预测误差图像;再通过大津(OTSU)算法计算阈值;分类误差图像边缘;最后用Hilditch算法细化边缘。实验结果表明,图像边缘检测定位精确,噪声少,细节丰富,而且GPU并行技术加速了图像处理。
    基于二维熵和轮廓特征的非结构化道路检测
    郭秋梅 黄玉清
    2013, 33(07):  2005-2008.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2005
    摘要 ( )   PDF (640KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对非结构化道路场景复杂干扰因素较多、检测困难的问题,提出了一种基于轮廓特征和二维最大熵的道路检测算法。采用融合色彩特征不变量的二次二维最大熵分割算法对道路图像进行分割;利用边界跟踪算法提取分割图像的轮廓特征,根据道路区域的位置和几何特性选取最大轮廓;通过改进Mid-to-side算法进行边缘点搜索,用三阶道路模型重建道路边界,并对道路方向进行判断。实验结果表明,所提算法与传统算法相比,对三类不同场景下非结构化道路的检测准确率可提高25%左右,具有较强抗阴影干扰的能力,并能有效识别道路方向。
    基于克隆选择算法和K近邻的植物叶片识别方法
    张宁 刘文萍
    2013, 33(07):  2009-2013.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2009
    摘要 ( )   PDF (782KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对植物叶片识别中分类器设计和训练识别时间较长的问题,提出了一种基于人工免疫系统下的克隆选择算法和K近邻判别分析(CSA+KNN)的叶片识别方法。进行图像预处理后,通过提取叶片的几何特征和纹理特征得到叶片综CSA+KNN进行植物叶片样本训练,并进行植物叶片识别。在100种植物叶片数据库中进行测试,CSA+KNN法识别率为91.37%。与BP神经网络等方法相比较,实验结果表明了该识别方法的有效性以及较高的训练速率,同时验证了纹理特征在叶片识别中的重要性。CSA+KNN法扩宽了植物叶片的识别方法,可应用于建立数字化植物标本博物馆等领域。
    基于混合水平集的脑组织自动提取方法
    敖谦 朱燕平 江少锋
    2013, 33(07):  2014-2017.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2014
    摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    脑组织自动提取是脑功能分析中一个重要的预处理步骤,为提高脑组织提取的精度,提出了一种新的提取方法。该方法首先对磁共振成像(MRI)图像使用改进脑组织提取工具(BET)算法快速提取初始轮廓;其次对此初始轮廓进行数学形态学膨胀处理,得到初始感兴趣区域;然后在初始感兴趣区域中使用改进混合轮廓模型进行处理,得到新的轮廓线再进行膨胀处理得到新的区域,如此不断迭代;最后,该混合模型收敛,获得较精确脑组织轮廓。实验采用了7组来自IBSR网站的MRI数据序列,所提算法得到的平均错误划分比例为7.89%。实验结果表明所提方法对于脑组织提取精度的提高是有效和可行的。
    基于计算机视觉的电池表面探伤方法
    徐建元 于鸿洋
    2013, 33(07):  2018-2021.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2018
    摘要 ( )   PDF (668KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    电池在生产过程中常常因为设备故障造成其表面产生各种伤痕,传统的人工检测在及时性和耐久性上存在很大缺陷,而现在国内外又缺乏一种针对普通电池表面缺陷的有效自动检测手段。针对电池表面缺陷的分布位置及形态特点,提出一种新的基于计算机视觉的光学自动检测方法。所提方法基于电池负极表面形态特征,利用Canny算子和原创的自由离子碰撞法配合最小值搜索确定待检测区域;针对伤痕比较尖利这一形状特征,用修正的Harris角点作为标记点标记缺陷位置,利用标记点的聚集度信息滤除伪标记点,最后提取出缺陷处图像。实验结果证明所提方法在自然光照环境下的检测成功率达到90%以上且比小波分析法具有更好的检测效果。研究成果为电池生产提供了一种产品质量自动检测的参考方法。
    计算机软件技术
    基于Web服务以物为中心的物联网中间件的研究与设计
    郑树泉 王倩 丁志刚
    2013, 33(07):  2022-2025.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2022
    摘要 ( )   PDF (781KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对物联网(IOT)发展所面临的层次间耦合性高、重用性低、海量数据处理难的问题,提出一种基于Web服务物联网中间件模型,采用XML文件实现配置与执行逻辑分离,利用物联网中“物”的应用属性为划分功能逻辑实现功能模块化,运用负载均衡实现分布处理海量数据,以角色权限设定确保信息安全。实验结果表明,该中间件模型降低了对物联网网关类型的依赖性,提高程序的复用性,实现了万级数据量的处理。根据该模型研发的中间件系统在车辆监控应用中,降低了应用开发成本,提高开发效率,并体现了系统的灵活可配置的实用效果。
    复杂事件处理技术及其在物流物联网中的应用
    荆心 张璟 李军怀
    2013, 33(07):  2026-2030.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2026
    摘要 ( )   PDF (1091KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    复杂事件处理(CEP)技术是目前对高速事件流中蕴含信息进行实时分析的最佳技术,重点应用于事件驱动架构系统中,能够帮助业务应用实现智能化处理。为报告其研究发展现状,在给出CEP基本含义及显著特征的基础上,首先提出了由9个模块组成的CEP系统通用结构模型;然后综述了模型中重要部分相关关键技术的分类与形式化基础;同时设计了CEP在物流物联网中综合应用的框架模型,由此得出了CEP技术的优点及作用;最后指出了目前存在的不足及未来的研究方向。从理论与实践两方面对CEP技术进行了系统、详细、深入的剖析,以期推动其继续发展。
    中文搜索引擎分块倒排索引存储模式
    马健 张太红 陈燕红
    2013, 33(07):  2031-2036.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2031
    摘要 ( )   PDF (844KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对开源搜索引擎ASPSeek中的倒排索引的内部结构和访问模式,抽象出了倒排索引的形式化定义。为解决ASPSeek倒排索引更新困难和直接采用操作系统文件缓冲访问机制带来的效率问题,以125万张中文农业网页为样本,结合其特点,提出了一种块大小可变的分块倒排索引存储模式和基于CLOCK替代策略的专用缓冲管理机制。实验结果表明在禁用和启用缓冲的情况下,分块访问模式检索效率都优于ASPSeek。在启用缓冲并使用16万中文词条或5万高频中文词条作为测试集合的条件下,分块存储模式在访问倒排索引100万次后的检索时间趋于常量,即使以全部的827309个词条作为测试集合的条件下,分块存储模式在访问倒排索引200万次后的检索时间趋于收敛。
    家谱关系的元图表示
    刘军丹 赵书良 赵娇娇 郭晓波 陈敏 柳萌萌
    2013, 33(07):  2037-2040.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2037
    摘要 ( )   PDF (657KB) ( )  
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    针对已有家谱图展示形式中,边的数量随节点数的增加而快速增长导致表现力下降的问题,提出以元图的形式对家谱进行可视化展示。家谱的元图表示形式中,产生集表示家族中所有人员组成的集合,每条边仅表示“父母〖CD*2〗子女”关系,不必存在表示夫妻关系的边。其中,边为产生集的两个子集的有序对,分别为具有夫妻关系的两个节点组成的入点集和单个的孩子节点组成的出点集。实验结果表明,在数据相同的情况下,家谱的元图可视化形式中边的数量约为通常的展示形式中边数量的一半,使得展示结果清晰易懂。同时,对家谱的数学建模、可视化研究以及家谱信息系统的改造具有一定指导作用。
    安全苛求软件需求规格中的安全特性验证方法
    王飞 郭渊博 李波 郝耀辉
    2013, 33(07):  2041-2045.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2041
    摘要 ( )   PDF (681KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对自然语言描述的安全苛求软件需求规格中安全特性不准确、不一致等问题,提出一种基于UMLsec安全特性验证方法。该方法在UML需求模型类图和顺序图的基础上,为核心类的安全特性自定义构造型、标记和约束,完成UMLsec模型构建;之后,使用设计实现的UMLsec支持工具对安全特性进行自动验证。实验结果表明,该方法能准确描述安全苛求软件需求规格的安全特性,同时可以自动验证安全特性是否满足安全需求。
    基于会话关联的软件网络通信行为分析技术
    杜坤凭 康绯 舒辉 孙静
    2013, 33(07):  2046-2050.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2046
    摘要 ( )   PDF (959KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对软件网络通信过程,提出一种基于会话关联的逆向分析方法,该方法首先对软件产生的网络通信流量和软件执行的应用程序编程接口(API)序列分别进行会话还原,再对还原的会话进行会话关联,为软件网络行为分析中的基于网络流量的分析方法和基于执行轨迹的分析方法建立了直接映射。设计并实现了相关的会话关联系统,并在此系统上进行了函数调用链的提取,使针对软件网络通信过程的分析更快捷。
    基于冲突相关性检测的竞争管理模型
    初才俊 胡大裟 蒋玉明
    2013, 33(07):  2051-2054.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2051
    摘要 ( )   PDF (832KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在无干扰特性下的软件事务存储系统中,竞争管理策略直接应用于冲突事务的消解,对具有整个系统的性能有直接的影响。针对现有竞争管理决策方式相对单一而产生的性能不稳定问题,提出了基于冲突相关性检测的竞争管理模型。该方法可以从过去的仲裁记录中分析冲突事务中存在的关联性,并把检测到的关联性作为当前冲突的决策依据,从而得到较优的冲突处理结果。在仿真平台采用该方法对部分基准数据结构的测试数据表明,该方法检测到并且帮助提交的冲突关联事务最多可占系统吞吐量的30%,其事务吞吐总量比其他参照对象的平均值高出约11%,具有较好的灵活度和适用性。
    典型应用
    基于dyna971的数控镗铣机床动态模拟仿真
    武友德 朱留宪 李柏林
    2013, 33(07):  2055-2058.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2055
    摘要 ( )   PDF (736KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    落地式数控镗铣机床结构复杂,为保证机床具有良好的动态性能,在开发设计该类机床时要进行整机的动态模拟仿真分析。针对这一要求,提出一种实际设计中实用化程度较高的机床动态模拟仿真思路,首先对数控落地镗铣机床样机进行模态试验,获取床身〖CD*2〗滑座、滑座〖CD*2〗立柱、立柱〖CD*2〗主轴箱等结合面的模态参数,在对模态参数进行有限元方法优化识别后,利用COMBIN14单元模拟优化后的结合部参数建立机床整机有限元模型。在dyna971软件平台对整机有限元模型进行动态模拟仿真,从模拟仿真分析结果可以看出机床在受到外界作用力时,其输出的应力和应变变化波形平稳,说明经过上述分析而设计出的机床具有良好的动态性能。目前,该研究成果已应用于此类型机床的批量生产。
    基于CUDA粒子系统的烟花仿真
    陈修亮 梁英杰 郭福亮
    2013, 33(07):  2059-2062.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2059
    摘要 ( )   PDF (603KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    粒子系统的基本理论符合自然世界的客观规律,适用于烟花等复杂现象的仿真。针对粒子系统仿真存在的计算和内存资源消耗巨大等问题,建立了基于统一计算设备架构(CUDA)框架的粒子系统基本模型,讨论了模型中粒子的存储与运动更新,研究了基于CUDA的并行KD-TRIE邻近粒子搜索算法。运用建立的CUDA粒子系统,研究了烟花仿真的具体实现。仿真结果表明,系统能够较逼真地仿真烟花的上升与绽放过程,帧率高达每秒312帧,仿真的真实感和实时性得到增强。
    基于独立子空间算法与集成策略的仪表微小故障诊断方法
    胡吉晨 黄国勇 邵宗凯 王晓东 邹金慧
    2013, 33(07):  2063-2066.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2063
    摘要 ( )   PDF (605KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对流程工业中多仪表微小故障难以检测的问题,利用独立元分析(ICA)提取仪表变量的独立元信息,根据独立元贡献度矩阵构建独立元子空间,并分别在每个独立元子空间上根据不同的贡献率选择独立元个数,得出三个统计量及其控制限,建立故障检测模型。再综合所有子空间故障检测模型的检测结果,根据实际需求制定集成故障检测策略,最后通过贡献度算法对故障源进行识别和分离。对Tennessee Eastman过程数据的仿真实验结果表明独立子空间算法提高了微小故障的检测精度,在流程工业中多仪表故障诊断中配合不同的集成故障检测策略在应用中更具有灵活性。
    基于MicroWindows的多设备支持智能中文输入系统
    周慧娟 向荣
    2013, 33(07):  2067-2070.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2067
    摘要 ( )   PDF (820KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有嵌入式中文输入系统输入设备种类支持单一、中文输入引擎效率低、用户体验差等问题,提出一种基于MicroWindows的智能中文输入系统。系统首先在前端的设备输入实现层模块式完成了不同类型的设备消息封装投递,然后在消息处理中心对各种输入设备的投递信息进行集中处理,通过统一分发处理的方式编码为输入法处理的消息类型,最后结合改进N元文法模型与用户模型实现中文输入引擎。MIPS等硬件平台的实际应用结果表明,该系统运行状态良好,汉字输入流畅快捷,比以往的中文输入方式提高了35%的输入效率。
    区域恶臭在线监控平台设计与实现
    余辉 李金航 王元刚
    2013, 33(07):  2071-2073.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2071
    摘要 ( )   PDF (672KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高恶臭污染管理水平和恶臭事件应急处理能力,填补国内区域恶臭在线监控体系建设的空白,提出了区域恶臭在线监控平台的整体设计方案。依据网络负载均衡和按需动态扩展的思想设计恶臭实时监测和远程监控两项功能。远程监控采用远程桌面协议(RDP)技术,实现参数调整、超限报警、分级采样等功能,同时设计一种基于高级加密标准(AES)及MD5数字签名技术的混合算法以弥补RDP的安全缺陷。平台已在天津市滨海新区大港石化产业园上线试运行,初步实现各项设计功能,为后续恶臭扩散模型研究和恶臭污染防控积累数据和经验,并为恶臭在线监测系统最终融入我国环保物联网做技术准备。
    基于遗传算法的航天测控网资源分配模型与仿真
    董加强
    2013, 33(07):  2074-2077.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2074
    摘要 ( )   PDF (662KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了解决多星在轨测控给航天测控网带来的资源压力,在分析航天测控网资源冲突现象的基础上,构建了一种航天测控网资源分配模型。该模型立足于航天测控网现有的硬件资源,在不增加测控网建设成本的基础上,引入效益因子,既优先满足测控级别较高的卫星的测控需求,又充分考虑接受测控任务时各个测控站的时延和带宽等实际因素,通过分配不同的权重,实现现有测控资源利用率的最大化,并采用遗传算法(GA)对该模型进行求解。通过仿真实验表明,与传统的资源分配方法相比,该模型的任务完成率提高了23%,测控资源利用效率为传统方法的2倍以上,而算法的运行时间与传统的方法相当。因此,在多窗口多星同时测控的条件下,该模型更能合理配置测控资源,提高整个测控网的利用效率。
    基于改进互补滤波器的低成本微小飞行器姿态估计方法
    阎世梁 王银玲 张华
    2013, 33(07):  2078-2082.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2078
    摘要 ( )   PDF (819KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对微飞行器(MAV)在不同机动状态下如何获得对重力加速度的有效估计这一问题,提出一种具有增益调节机制的显性互补滤波器,对微飞行器类似周期性盘旋等典型状态,利用陀螺仪的测量和指示空速的估计构建了向心加速度补偿机制,使得基于重力加速度估计的互补滤波器能获得较为精确的姿态估计,并克服了传统互补滤波器对姿态估计进行重构的缺点。在比例积分补偿环节中,对俯仰角和横滚角的估计赋予不同的截止频率,使得比例增益和积分增益具有较好的自适应性。对比实验表明,姿态角估计误差能保持在±2°之内,与现有的典型滤波算法相比,该方法在算法效率和估计误差方面具有良好的综合性能,并适合用低成本的微惯性测量单元实现微飞行器的精确姿态估计。
    Chen氏系统的标度化设计及其硬件实现
    吕恩胜 张光锋
    2013, 33(07):  2083-2086.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2083
    摘要 ( )   PDF (529KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了使混沌系统得到有效的利用,提出了一种基于Chen氏系统的标度化设计方法。对Chen氏系统进行比例变换和微分〖CD*2〗积分变换,并详细分析了标度化Chen氏系统的特性;以标度化系统为模型用普通电路模块搭建标度化Chen氏混沌电路;对标度化系统采用单向单变量耦合替换法,实现驱动系统和响应系统的同步。理论分析与电路实验结果表明该方法可以直接应用于工业生产。
    直升机猎扫雷作战航路过渡建模与仿真
    任东彦 孙明太
    2013, 33(07):  2087-2090.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2013.07.2087
    摘要 ( )   PDF (633KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对直升机拖曳猎扫雷装备搜扫航路过渡问题,提出了搜扫过渡的三种方式;通过对反水雷直升机转弯飞行特性的分析,结合拖曳猎扫雷装备水下转向运动的实际情况,建立了直升机拖曳猎扫雷具转向过程拖体运动模型,避免了运用流体动力学分析拖体坐标的复杂性,提高了计算速度;最后,对三种不同飞行状态下直升机拖曳猎扫雷装备搜扫航路过渡进行仿真实验,结果表明:随着直升机飞行速度的提高,拖体迅速向直线航路靠近,这一结果与实际一致,证明了模型的正确性,研究结果能够较真实地反映拖曳猎扫雷具在直升机转向过程中的运动轨迹,可为反水雷直升机航路优化和反水雷方案制定提供决策依据。
2022年 42卷 8期
刊出日期: 2022-08-10
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