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刘智翔宋安平徐磊郑汉垣张武

2014, 34(11): 3065-3068. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3065

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针对复杂流动数值模拟中的格子Boltzmann方法存在计算网格量大、收敛速度慢的缺点,提出了基于三维几何边界的多重笛卡儿网格并行生成算法,并基于该网格生成方法提出了多重网格并行格子Boltzmann方法（LBM）。该方法结合不同尺度网格间的耦合计算,有效减少了计算网格量,提高了收敛速度；而且测试结果也表明该并行算法具有良好的可扩展性。

云计算中基于任务分层和时间约束的关联任务调度算法

陈曦毛莺池接青朱沥沥

2014, 34(11): 3069-3072. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3069

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针对云计算中对关联任务进行调度时出现任务执行延迟的问题,提出了一种基于任务分层和时间约束的关联任务调度(RTS-THTC)算法。该算法采用构建有向无环图(DAG)的方式表示关联任务的执行次序,通过使用对DAG进行分层的方法提高任务的并行性,计算每一层任务的完成时间约束,将每一层中的任务同时调度至具有最小完成时间的资源上。与基于异构环境的最小完成时间(HEFT)算法的对比实验〖BP(〗原文“试验”〖BP)〗结果表明,RTS-THTC算法在完成时间上比HEFT算法短,并且能够有效地减缓关联任务出现延迟的情况。

基于MapReduce的并行化模糊划分算法

张广蓉陈庆奎章刚赵海燕高丽萍霍欢

2014, 34(11): 3073-3077. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3073

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针对大规模项目资源库中项目资源信息无序而导致无法准确快速找出项目资源库中所需资源的问题,提出了基于MapReduce的并行化模糊聚类划分算法。该算法首先抽象原始项目资源特征属性并标准化;其次,根据标准化后的特征属性建立项目相似矩阵,运用矩阵分块思想分割矩阵;然后,利用MapReduce技术处理分块矩阵并合并结果;最后,运用阈值评判划分成若干个有序的项目组。与K-means算法和遗传算法的对比实验结果证明:该算法具有较高的准确率和查全率，并且在大规模数据计算时能够得到较高的加速比,可以有效准确地划分项目资源。

基于Storm的海量数据实时聚类

王铭坤袁少光朱永利王德文

2014, 34(11): 3078-3081. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3078

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针对现有平台处理海量数据实时响应能力普遍较差的问题,引入Storm分布式实时计算平台进行大规模数据的聚类分析,设计了基于Storm框架的DBSCAN算法。该算法将整个过程分为数据接入、聚类分析、结果输出等阶段,在框架预定义的组件中分别编程实现,各组件通过数据流连通形成任务实体,提交到集群运行完成。通过对比分析和性能监测,验证了所提方案具有低延迟和高吞吐量的优势,集群运行状况良好,负载均衡。实验结果表明Storm平台处理海量数据实时性较高,能够胜任大数据背景下的数据挖掘任务。

云环境下虚拟机集群系统动态负载均衡机制

李立耀赵少卡林东森徐聪杨家海

2014, 34(11): 3082-3085. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3082

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针对传统的物理集群系统无法灵活应对大型互联网应用的问题,提出一种云环境下虚拟机集群的综合负载均衡机制。该方法首先定期地采集集群中虚拟机节点的CPU、内存、连接数、响应时间,以及所在物理主机的负载状况等指标信息,然后加权计算节点的综合负载并得出其权值,最后通过调度器进行任务请求的合理分配,从而解决了传统集群系统负载不均且不能适应多变的网络环境等诸多问题。实验结果表明,与加权轮询法(WRR)和加权最少连接法(WLC)调度方案相比,该机制能够在并发量较大时维持较低的响应时间,并能够根据集群中综合负载的状态实时地增加或减少虚拟机数量,通常在5s之内达到整体集群的负载均衡。

分布式进化算法的性能测试与分析

陈炳亮张宇辉嵇智源

2014, 34(11): 3086-3090. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3086

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针对分布式进化算法设计过程中由于缺乏对性能影响因素的分析而导致算法无法达到预期加速比的问题,提出一种全面的性能分析方法。根据分布式进化算法的组成结构,将影响分布式进化算法性能的因素分为进化操作开销、适应值计算开销和通信开销三个部分。首先研究进化算法在不同个体编码维数下进化操作开销的特性;其次,在进化操作开销相对固定的情况下,通过使用操作系统的延时函数控制适应值计算开销,通过改变个体编码维数控制通信开销;最后,应用控制变量方法,逐一测试各因素对算法加速比的影响。实验结果展现了三种因素的相互制约关系,给出了分布式进化算法获得更好加速比的条件。

面向Hadoop分布式文件系统的小文件存取优化方法

李铁燕彩蓉黄永锋宋亚龙

2014, 34(11): 3091-3095. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3091

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为提高Hadoop分布式文件系统(HDFS)的小文件处理效率,提出了一种面向HDFS的智能小文件存取优化方法——SmartFS。SmartFS通过分析小文件访问日志,获取用户访问行为,建立文件关联概率模型,并根据基于文件关联关系的合并算法将小文件组装成大文件之后存至HDFS;当从HDFS获取文件时,根据基于文件关联关系的预取算法来提高文件访问效率,并提出基于预取的缓存替换算法来管理缓存空间,从而提高文件的命中率。实验结果表明,SmartFS有效减少了HDFS中NameNode的元数据空间,减少了用户与HDFS的交互次数,提高了小文件的存储效率和访问速度。

基于面向方面和运行时反射技术的并行框架

张杨张冬雯王一拙

2014, 34(11): 3096-3099. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3096

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针对使用并行库JOMP的程序在性能方面存在的不足,提出一个可以分离并行逻辑和功能逻辑的并行框架。该框架对程序中需要并行处理的部分进行标记,采用面向方面和运行时反射技术实现被标记部分的处理,其中面向方面技术用于实现并行逻辑的分离和编织,运行时反射技术用于获取运行时被标记部分的相关信息,以并行库(waxberry)的方式实现了该并行框架。使用基准测试程序JGF套件中的三个测试程序对并行库进行了测试,实验结果表明,应用该并行库的程序可以获得较好的性能。

基于业务流程的制造云服务组合模型

赵秋云魏乐舒红平

2014, 34(11): 3100-3103. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3100

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为了提高云制造系统中制造云服务的组合成功率,实现组合云服务与用户业务需求的准确匹配,在对制造云服务、流程节点任务、云服务的可组合性和流程匹配进行形式化描述的基础上,提出一种基于业务流程的制造云服务组合模型。该模型由业务流程引擎、业务流程、选择逻辑、评估逻辑、监控逻辑、知识库和原子云服务集构成,在功能匹配的基础上,对候选服务的可组合性进行检查,结合负载、服务质量(QoS)和业务流程信息,选择合适的云服务,并将其挂接在业务流程上实现制造云服务的组合。对制造云服务的组合流程进行了详细描述,并给出云服务组合的实现方法。实例分析表明,该模型能够有效地选择满足业务需求的云服务实体并进行组合,从而提高制造云服务的组合成功率,保障用户制造活动的顺利进行。

基于小文件的内存云存储优化策略

英昌甜于炯鲁亮刘建矿

2014, 34(11): 3104-3108. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3104

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由于内存云RAMCloud采用日志段的方式存储数据,因此当大量小文件存储于RAMCloud集群时,每个小文件独占整个段,会产生较多的段内碎片,从而导致内存的有效利用率较低以及大量的内存空间浪费。为了解决这个问题,提出基于文件分类的RAMCloud小文件存储优化策略。该策略首先根据文件的相关特性将小文件分为结构相关文件、逻辑相关文件以及相互独立文件三类;然后在存储时对结构相关的文件使用文件合并算法,逻辑相关和相互独立的小文件则使用分组算法。实验结果表明:同未进行优化的RAMCloud存储策略相比,该策略能有效提高集群内存利用率。

面向费用优化的云存储缓存策略

唐兵张黎

2014, 34(11): 3109-3111. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3109

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为提高云存储的访问速率并降低费用,提出了一种面向费用优化的云存储缓存策略。利用几乎免费的局域网环境下的多台桌面计算机,在本地建立一个分布式文件系统,并将其作为远端云存储的缓存。进行文件读取时,首先查找其是否在缓存中,若存在则直接从缓存读取;若不存在则从远端云存储读取。采用了最近最少使用(LRU)算法进行缓存替换,将冷门数据从缓存中替换掉。以亚马逊简单存储服务(S3)作为远端的云存储服务,对原型系统进行了简单的性能测试。测试结果表明,使用了所提出的缓存策略后,在降低费用的同时能够显著提高文件读取的速度。

GPU加速的分段Top-k查询算法

黄玉龙邹循进刘奎苏本跃

2014, 34(11): 3112-3116. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3112

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现有Top-k查询优化算法无法充分利用图形处理器(GPU)强大的并行吞吐量及时获取查询结果,为此提出了一种基于统一计算设备架构(CUDA)模型的大规模分段查询算法。通过划分查询过程以及采用分段并行处理策略,该算法可最大限度地提升查询过程中的计算和比较效率。实验结果表明,与4线程多核优化算法相比,所提算法具有明显的性能优势，当有序列表数量为6,遍历步长为120时,性能达到最优,此时比多核算法快40倍。

基于消息传递接口的大规模生物网络比对并行化算法

束俊辉张武薛倩斐谢江

2014, 34(11): 3117-3120. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3117

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为有效降低生物网络比对算法的时间复杂度,提出一种基于可扩展的蛋白质相互作用网络比对(SPINAL)算法的消息传递接口(MPI)并行化实现方法。该方法将MPI并行化思想运用在SPINAL算法中,在多核环境中采用并行排序代替算法原本的排序方式,并结合负载均衡策略合理分配任务。实验结果表明,与未使用并行排序以及负载均衡策略相比,该方法在处理大规模生物网络比对时能有效地缩短计算时间,提高运算效率,对于不同组比对数据都有较为稳定的优化保障,具有良好的可扩展性。

基于Chan-Vese模型的面向多核CPU和GPU的人脸轮廓提取并行算法

王丽娜史晓华

2014, 34(11): 3121-3125. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3121

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针对人脸轮廓提取中Chan-Vese模型计算量大、分割速度缓慢等问题,采用开放计算语言(OpenCL)并行编程模型,提出了一种基于图形处理器(GPU)和多核CPU加速的并行算法。该算法首先将模型的框架进行重构,消除模型中的数据依赖关系;然后,利用开放计算语言对算法进行并行化以及相应的优化。实验结果表明,与单线程算法相比,在NVIDIA GTX660和AMD FX-8530下达到了较高的加速比。

基于大规模智能电网网格结构的查询方法

王妍郝秀苹宋宝燕李雪城邢增伟

2014, 34(11): 3126-3130. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3126

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由于智能电网输电线路监测系统的查询多数是针对无线传感器网络(WSN)的全局式查询,不能满足用户基于任意区域的灵活高效的查询需求,根据该系统的网络布局和查询特点,提出了一种基于大规模智能电网网格结构的查询方法MSQuery。MSQuery将不同网格内的查询节点的数据汇聚到一棵或多棵逻辑查询树上, 采用逻辑查询树的合并策略建立优化的回收路径。将MSQuery与采用路线型结构进行查询的RSA算法和采用簇型结构进行查询的SkySensor算法进行对比,结果显示MSQuery的平均传输消耗最小,平均剩余能量最大。实验结果表明,MSQuery可以快速地返回查询窗口内的查询结果,降低通信消耗,节省传感器节点能量。

基于Python的新浪微博数据爬虫

周中华张惠然谢江

2014, 34(11): 3131-3134. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3131

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目前很多的社交网络研究都是采用国外的平台数据,而国内的新浪微博没有很好的接口方便研究人员采集数据进行分析。为了快速地获取到微博中的数据,开发了一款支持并行的微博数据抓取工具。该工具可以实时抓取微博中指定用户的粉丝信息、微博正文等内容;该工具利用关键字匹配技术,匹配符合规定条件的微博,并抓取相关内容;该工具支持并行抓取,可以同时抓取多个用户的信息。最后将串行微博爬虫工具和其并行版本进行对比,并使用该工具对部分微博数据作了一个关于流感问题的分析。实验结果显示:并行爬虫拥有较好的加速比,可以快速地获取数据,并且这些数据具有实时性和准确性。

基于本体的Web资源个性化推荐算法

梁俊杰刘琼妮余敦辉

2014, 34(11): 3135-3139. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3135

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为提高Web资源推荐的准确度,提出基于本体的Web资源个性化推荐算法(BO-RM)。设计Web资源主题抽取算法和相似性度量方法,利用本体语义推理机制实现资源聚类,在推荐过程中通过实时分析用户浏览行为捕获用户个性化偏好的变化,动态实时推荐内容。与基于情境的协同过滤算法（CFR-RM）和基于模型的个性化预测算法（BM-RM）进行对比,结果显示BO-RM的时间开销相对稳定,在平均排序倒数(MRR)和平均准确率(MAP)上均取得了较好的效果。实验结果表明:BO-RM离线完成海量Web资源的分析聚类,有效提高了运行效率,实用性比较强；BO-RM实时捕捉用户兴趣变化,动态更新推荐列表,更加贴近用户的真实需求。

基于主题的Web文本聚类方法

王雪霞李青李季红

2014, 34(11): 3140-3143. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3140

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在推荐系统中,为了在一定程度上减少用户评分数据稀疏对推荐效果的负面影响,提出了一种基于用户共同评分项目数和用户兴趣的协同过滤推荐算法。此算法将用户共同评分项目数和用户兴趣相似度相结合,使用户之间的相似度计算更加准确,为目标用户提供更好的推荐结果。仿真实验结果表明:所提算法比基于Pearson相似度计算方法的算法推荐效果更优，具有更小的平均绝对误差(MAE),表明了其有效性和可行性。

基于主题的Web文本聚类方法

张万山肖瑶梁俊杰余敦辉

2014, 34(11): 3144-3146. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3144

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针对传统Web文本聚类算法没有考虑Web文本主题信息导致对多主题Web文本聚类结果准确率不高的问题,提出基于主题的Web文本聚类方法。该方法通过主题提取、特征抽取、文本聚类三个步骤实现对多主题Web文本的聚类。相对于传统的Web文本聚类算法,所提方法充分考虑了Web文本的主题信息。实验结果表明,对多主题Web文本聚类,所提方法的准确率比基于K-means的文本聚类方法和基于《知网》的文本聚类方法要好。

基于歧视性的第二价格拍卖算法的激励机制

宋伟余强彭军孙庆中

2014, 34(11): 3147-3151. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3147

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在基于对等网(P2P)的大数据实时应用中,针对如何遏制视频点播(VOD)系统中的节点搭便车行为,提出了基于歧视性的第二价格拍卖算法的激励机制。节点之间以分布式动态拍卖的方式获取各自所需视频数据块,拍卖中,拍卖节点首先根据歧视性原则判断竞标节点的预算是否足以参与竞标,并根据允许参与竞标的节点数目设置上传带宽;然后根据竞标节点的出价确定赢得竞标的节点;最后竞标节点在接收到数据块后根据第二价格方案支付拍卖节点仅次于拍卖最高价格的第二高价格的要价作为节点的收益。分析节点的收益、节点带宽的利用率以及贡献节点/自私节点的比例,表明该方案能有效地激励节点积极地参与视频数据块的共享,同时高效地利用节点的上传带宽。

基于干扰感知的无线自组网多播机制

谭国平冯斐彭新华居美艳

2014, 34(11): 3152-3156. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3152

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在采用网络编码的无线自组网多播场景中,为了有效地克服节点密度较大时干扰对多播整体性能的影响,提出了一种衡量路径干扰情况的路由度量标准。基于该度量标准,对网络编码机会和节点间干扰避免进行了均衡处理,构建出一种基于部分网络编码的无线自组网干扰感知多播路由机制。仿真结果表明,该机制在能耗、延时和吞吐量等性能方面均优于基于传统网络编码的多播方案,因此特别适用于节点密度较大的场合。

基于多维度的P2P网络信任管理机制

赵源陆天波

2014, 34(11): 3157-3159. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3157

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针对分布式点对点(P2P)网络中的信任管理问题,提出了一种多维度的信任管理机制。它运用直接信任评估和间接信任评估方法,依据各用户的行为来判定系统中用户的可信任程度,从而避免因为恶意用户的恶意反馈对网络造成的负面影响。在Bad Mouthing和on-off攻击场景下与EigenTrust方法进行对比,所提出的方法取得了较好的有效传输率(SRT),表明该机制能够有效地抑制恶意用户的行为。

基于进化博弈论的水声传感器网络介质访问控制协议

徐明刘广钟孙伟

2014, 34(11): 3160-3163. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3160

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为降低水声传感器网络低带宽、高延迟的特性对介质访问控制(MAC)层性能的影响,提出一种基于进化博弈论的MAC协议。该协议中,每个传感器节点可以采用空间复用和时间复用两种策略,并利用复制动力学方程得到进化稳定策略,达到进化稳定均衡,提高信道利用率和数据传输效率,进而实现MAC协议的性能优化。仿真实验结果表明,与传统的水声传感器网络MAC协议相比,基于进化博弈论的MAC协议可以提高网络吞吐量以及数据包发送成功率。

基于博弈论能耗均衡的WSN非均匀分簇路由协议

孙庆中余强宋伟

2014, 34(11): 3164-3169. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3164

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在无线传感器网络(WSN)的分簇路由算法中,节点间能耗不均容易引发 “能量空洞”现象,影响整个网络的性能。针对这个问题,提出了一种基于博弈论能耗均衡的非均匀分簇路由(GBUC)算法。该算法在分簇阶段,采用非均匀分簇结构,簇的半径由簇头到汇聚节点的距离和剩余能量共同决定,通过调节簇头在簇内通信的能耗和转发数据的能耗来达到能耗的均衡;在簇间通信阶段,通过建立一个以节点剩余能量和链路可靠度为效益函数的博弈模型,利用其纳什均衡的解来寻找联合能耗均衡、链路可靠性的最优传输路径,从而提高网络性能。仿真结果表明:与能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法和非均匀分簇节能路由(UCEER)算法相比,GBUC算法在均衡节点能耗、延长网络生命周期等性能方面有显著的提高。

基于参考标签可信度和偏差自校正的RFID室内定位算法

汪冬葛万成莫国民王云光

2014, 34(11): 3170-3172. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3170

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为了提高室内定位系统的定位精度,在典型射频识别(RFID)定位系统LANDMARC基础之上,提出了基于参考标签可信度和偏差自校正的RFID室内定位改进算法。该算法引入参考标签辅助定位,先检查每个最近邻参考标签的可信度,舍弃不可信的参考标签；同时，针对最终选定的最近邻参考标签进行定位偏差的自校正,计算出待定位标签的最终估计位置。实验结果表明,与LANDMARC系统相比,改进算法提高了室内定位的精度,适合于室内人和物的定位应用。

基于动态射频指纹的调频定位方法

何艳军罗海勇戴永陈自力

2014, 34(11): 3173-3176. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3173

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针对调频(FM)广播信号动态变化对定位性能产生较大影响的问题,提出了动态射频指纹的FM定位方法。该方法采用多元线性回归和神经网络方法,根据离线阶段各个参考点和部分较准点的调频广播信号强度的关系,使用在线阶段较准点的信号强度实时估计在线阶段参考点的信号强度。通过这两种方法建立具有自适应能力的动态射频地图,并使用贝叶斯估计方法对目标进行定位。实验结果表明,相对静态射频指纹模型：采用多元线性回归的射频指纹动态映射模型定位误差平均减少9.1%,采用神经网络的射频指纹动态映射模型定位误差平均减少36.3%,有效抑制了射频信号动态变化时变性对定位性能的影响。

基于混沌系统的DNA图像加密算法

徐光宪郭晓娟

2014, 34(11): 3177-3179. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3177

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为了解决数字图像加密算法复杂度高、安全性较差的问题,提出一种基于混沌系统的DNA融合图像加密算法。首先利用Baker变换对图像进行置乱以读取DNA序列;再由Logistic混沌映射产生混沌序列,从而对DNA序列进行混沌加密。该算法对初值具有很好的敏感性,抗统计、抗差分攻击能力强。仿真结果表明:所提算法不仅实现简单,而且加密效果好,安全性高。

基于边的图文法产生式选择无关条件的判断

王毅丁函

2014, 34(11): 3180-3183. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3180

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为了降低归约算法的时间复杂度,在基于边的上下文相关图文法(EGG)形式化的基础上,通过对产生式形式的适当约束,提出了EGG的产生式选择无关条件的判断方法。通过此方法可有效判断EGG产生式的选择无关性。对于选择无关的产生式,由于归约过程中产生式的使用顺序不会影响归约的结果,从而避免了回溯,能够有效地降低归约算法的时间复杂度。

时序网络演化速度对传播的影响分析

朱义鑫张凤荔秦志光

2014, 34(11): 3184-3187. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3184

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为分析时序网络演化速度对传播过程的影响,通过改进已有的时序相关系数定义,给出了一个网络演化速度指标;同时,提出了一个具有非马尔可夫性质的时序网络演化模型。在每个时间步,每一个给定的激活节点都以概率r在网络中随机选择一个节点,以概率1-r在该激活节点的原邻居中随机选择一个节点,并在该激活节点与所选节点间建立连边。模拟结果表明：网络模型参数r与网络演化速度指标之间有单调增的关系;同时,激活节点随机连边的概率r越大,网络传播范围就越广。由此可知:演化速度快的时序网络有利于网络传播;进一步地,网络拓扑结构的快速变化有利于信息的快速传播,但不利于抑制病毒传播。

软件定义网络与传统网络混杂场景下的地址解析协议代理机制

王君君孟旭东王健

2014, 34(11): 3188-3191. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3188

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在软件定义网络(SDN)与传统网络混杂场景下,针对以太网中最常见的地址解析协议(ARP)请求数据包泛洪问题,提出一种新型的ARP代理机制。该机制利用SDN对全网集中管控的优势,对接入网络中的主机信息进行记录,实时感知主机动态变化和网络故障并动态更新,从而绝大多数ARP请求可由控制器直接响应。仿真结果显示:该机制继承了以太网简单易用的特点,对终端完全透明,与现有的硬件设备兼容,可降低网络的数据流量,并允许网络环路的存在,从而提高了以太网的可扩展性。

基于优先级的簇内终端直通数据转发策略

王俊义巩志帅符杰林仇洪冰

2014, 34(11): 3192-3195.

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在蜂窝网络中,相同需求的用户可以建立成簇以利用终端直通(D2D)技术提高数据分发效率。然而,D2D链路质量的差异可能会成为提高资源效率的瓶颈。为了解决上述问题,在考虑链路质量差异的前提下,提出了基于优先级的D2D中继方案。该方案通过遍历链路质量矩阵自适应选取最优阈值,以优先选择可实现较高数据速率的D2D链路进行数据转发,提高了时频资源的利用率。与无优先级方案相比的仿真实验中：基于优先级的D2D中继方案消耗更少的时频资源,具有更高的资源效率,而且随着成功接收数据的用户（ACK用户）与未成功接收数据的用户（NACK用户）比值减小,优势更加明显;同时簇的大小对资源效率的改善也有一定影响。结果显示,对于簇内用户数目较少并且NACK用户多于ACK用户的情形,所提出的分级转发方案对资源效率的改善尤为明显。

基于网络效用最大化与冲突避免的无线传感器网络MAC协议

刘韬李天瑞殷锋张楠

2014, 34(11): 3196-3200. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3196

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针对周期汇报型无线传感器网络(WSN)中的无线信号冲突和能量利用效率问题,提出了一种基于网络效用最大化与冲突避免的媒体访问控制(UM-MAC)协议。该协议基于时分多路复用(TDMA)调度机制,将效用模型引入无冲突的节点工作时隙分配过程中,把链路可靠性、网络能耗归纳到一个统一的效用优化框架中;进而提出了一个启发式算法,使网络能够快速找到一个基于网络效用最大化与冲突避免的节点工作时隙调度方案。将UM-MAC协议与S-MAC协议和冲突避免MAC(CA-MAC)协议进行比较,在不同节点数量的网络环境中,UM-MAC获得的网络效用较大,平均数据包成功发送率较高,生命周期介于S-MAC与CA-MAC之间,在不同的网络负载下所有节点发数据包到汇聚节点的平均时延有所增加。仿真实验结果表明:UM-MAC协议较好地解决了冲突干扰问题,提高了网络的数据包成功发送率和能量利用效率等性能;在低网络负载时,TDMA类协议的性能并不比竞争类协议好。

高速网络流采集系统的设计与实现

姜腊林杨嘉佳姜磊唐球

2014, 34(11): 3201-3205. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3201

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针对基于软件的网络流采集系统不能高效处理高速网络流量,以及为了提高采集效率需要同时对多种网络流进行采集的问题,提出一种基于软硬件结合的高速网络流采集框架,探讨在NetFPGA-10G平台实现高速网络流采集系统,称之为HSNTCS。该系统在硬件上通过精确串匹配引擎或正则表达式匹配引擎过滤、分类出所需的多种网络流后,将其传至内核驱动层对应的数据缓冲区,然后直接拷贝至用户空间并存储至对应的数据库。经实验测试,在精确串匹配情况下,用硬件方式实现的高速网络流采集系统的用户数据报协议(UDP)、传输控制协议(TCP)吞吐率都达到1.2Gb/s,约是用软件方式实现的3倍；在正则表达式匹配情况下,用硬件方式实现的高速网络流采集系统的UDP、TCP吞吐率都达到640Mb/s,约是用软件方式实现的3倍。结果表明,相对于软件实现方式,硬件实现具有更高的采集性能。

基于类标记扩展的半监督网络流量特征选择算法

林荣强李青李鸥李林林

2014, 34(11): 3206-3209. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3206

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针对网络流量特征选择过程中存在的样本标记瓶颈问题,以及现有半监督方法无法选择强相关的特征的不足,提出一种基于类标记扩展的多类半监督特征选择(SFSEL)算法。该算法首先从少量的标记样本出发,通过K-means算法对未标记样本进行类标记扩展;然后结合基于双重正则的支持向量机(MDrSVM)算法实现多类数据的特征选择。与半监督特征选择算法Spectral、PCFRSC和SEFR在Moore数据集进行了对比实验,SFSEL得到的分类准确率和召回率明显都要高于其他算法,而且SFSEL算法选择的特征个数明显少于其他算法。实验结果表明: SFSEL算法能够有效地提高所选特征的相关性,获取更好的网络流量分类性能。

基于蚁群算法的遥感影像传输资源调度方法

刘万军王晓宇曲海成孟煜姜庆玲

2014, 34(11): 3210-3213. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3210

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针对遥感影像数据量大,多用户并发请求造成服务器负载加重,使遥感影像传输效率逐渐降低的问题,提出一种在多线服务器环境下分块调度遥感影像资源的策略。该策略采用改进的蚁群优化(IACO)算法,通过引入一个线路等待因子γ动态选择当前最优的线路进行传输,从而提高传输效率。对IACO、ACO、Max-min、Min-min和Random算法进行了对比实验,IACO算法在客户端的任务完成时间和服务器端的执行时间与其他算法相比均是最少的,且随着任务数目的增加,效果更明显;同时IACO算法的线路资源的利用率也更高。仿真结果表明:多线服务器分块调度策略与改进蚁群算法相结合,使遥感影像传输速度和线路资源利用率均有一定提高。

基于M估计的非线性鲁棒检测卡尔曼滤波算法

李开龙胡柏青高敬东冯国利

2014, 34(11): 3214-3217. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3214

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针对传统鲁棒非线性滤波在观测噪声为非高斯强干扰噪声情况下,滤波性能下降的问题,提出一种利用卡方检测法预判断的非线性鲁棒检测滤波算法。该算法通过卡方检测设置门限,剔除突变野值,利用M估计修正量测更新。仿真实验对比了几种典型非线性滤波方法在不同观测噪声环境下的性能。所提算法在非高斯强干扰噪声情况下,比传统鲁棒滤波算法估计精度平均提高了25.5%;估计方差平均减少了18.3%。实验结果表明:所提算法可以抑制观测量非高斯强干扰噪声的影响,提高滤波精度及稳定性。

基于KD树和R树的多维云数据索引

何婧吴跃杨帆尹春雷周维

2014, 34(11): 3218-3221. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3218

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针对云存储系统大多基于键值对模型存储数据,多维查询需要对整个数据集进行完全扫描,查询效率较低的问题,提出了一种基于KD树和R树的多维索引结构(简称KD-R索引)。KD-R索引采用双层索引模式,在全局服务器建立基于KD树的多维全局索引,在局部数据节点构建R树多维本地索引。基于性能损耗模型,选取索引代价较小的R树节点发布到全局KD树,从而优化多维查询性能。实验结果表明：与全局分布式R树索引相比，KD-R索引能够有效提高多维范围查询性能,并且在出现服务器节点失效的情况下,KD-R索引同样具有高可用性。

基于数据中心的两阶段虚拟机能效优化部署算法

张小庆贺忠堂

2014, 34(11): 3222-3226. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3222

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针对数据中心在虚拟机动态部署过程中的高能耗问题,提出了面向数据中心的两阶段虚拟机能效优化部署算法——DVMP_VMMA。第一阶段为初始部署,提出了动态虚拟机部署(DVMP)算法限定主机最优部署数量,降低了闲置能耗;同时,为了应对负载的动态变化,第二阶段提出迁移约束的虚拟机迁移算法(VMMA)对初始部署方案作进一步优化,这样不仅得到的系统能耗更低,而且还能保证应用服务质量。与满载算法(FL)、基于固定门限值的部署算法(FT),绝对中位差部署算法(MAD)、四分位差部署算法(QD)、迁移周期最优算法(MTM)、最小占用率迁移算法(MIU)进行的比较实验结果表明:DVMP_VMMA不仅考虑了系统能耗优化,使运行时资源利用率更高;而且还可以避免VM频繁迁移完成对性能的提升,其在优化数据中心能耗、SLA违例、VM迁移量的控制及性能损失等指标上均有较好效果,其综合性能优于对比算法。

基于Hadoop的三队列作业调度算法

朱洁赵红李雯睿

2014, 34(11): 3227-3230. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3227

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Hadoop集群单队列作业调度会产生短作业等待、资源利用率低的问题;采用多队列调度可兼顾公平、提高执行效率,但会带来手工配置参数、资源互占、算法复杂等问题。针对上述问题,提出三队列作业调度算法,利用区分作业类型、动态调整作业优先级、配置共享资源池、作业抢占等设计,达到平衡作业需求、简化一般作业调度流程、提升并行执行能力的目的。对短作业占比高,各作业占比均衡以及一般作业为主,偶尔出现长、短作业三种情况与先进先出(FIFO)算法进行了对比实验,结果三队列算法的运行时间均比FIFO算法要少。实验结果表明,在短作业聚集时,三队列算法的执行效率提升并不显著;但当各种作业并存且分布均衡时,效果很明显,这符合了算法设计时短作业优先、一般作业简化流程、兼顾长作业的初衷,提高了作业整体执行效率。

云环境下蚁群优化算法的视频点播视频流任务调度策略

王庆凤刘志勤黄俊王耀彬

2014, 34(11): 3231-3233. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3231

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针对云环境下大规模并发视频流调度过程中资源利用率低和负载不均的问题,提出一种基于蚁群优化(ACO)算法的视频点播(VOD)集群视频流任务调度策略VodAco。在分析视频流期望性能与服务器空闲性能的相关性、定义综合性能匹配度的基础上,建立数学模型,并采用蚁群优化思路进行最佳调度方案搜索。通过云仿真软件CloudSim实验表明,与轮询(RR)、贪婪(Greedy)算法相比,所提算法在任务完成时间、平台资源占有率、各节点性能负载均衡指标上具有较为明显的优势。

固定结构约束下并行计算成比例的可扩展方法

吴沧海熊焕亮姜火文杨文姬

2014, 34(11): 3234-3240. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3234

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针对固定结构下并行计算无法通过规模扩展提升计算性能的问题,提出了一种成比例调整图权的并行计算扩展方法。该方法首先分析影响可扩展性的并行任务因素及体系结构因素;然后采用带权图对并行任务及体系结构进行建模;最后,对并行计算图模型中顶点和边的权值进行调整,实现并行计算的扩展。针对并行任务与体系结构是否具有相同的拓扑结构进行了两组实验,结果显示扩展前后的速度效率不变或近似相等。在上述两组实验的基础上,固定并行任务的算法结构及硬件系统的体系结构,仅调整性能参数,从特定的初始状态开始,以相同的比例作连续多次扩展,结果显示随着并行任务的连续扩展,体系结构资源被充分利用,速度效率逐渐提高,但并行任务扩展至一定程度后,速度效率提高缓慢;而如果并行任务及体系结构按一定的比例一同扩展,并行计算的速度效率近似不变。

采用种群平均信息和精英变异的改进粒子群算法

林国汉章兢刘朝华

2014, 34(11): 3241-3244. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3241

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针对基本粒子群优化(PSO)算法早熟收敛和后期搜索效率低的问题,提出一种利用种群平均信息和精英变异的粒子群优化算法——MEPSO算法。该算法引入粒子个体与群体的平均信息,利用粒子平均信息来提高算法全局搜索能力,并采用时变加速系数(TVAC)以平衡算法的局部搜索和全局搜索能力;在算法后期,采用精英学习策略对精英粒子进行柯西变异操作,以进一步提高算法的全局搜索能力,减少算法陷入局部最优的危险。在6个典型的复杂函数上与基本PSO(BPSO)算法、时变加速因子PSO(PSO-TVAC)算法、时变惯性权重PSO(PSO-TVIW)算法和小波变异PSO(HPSOWM)算法进行对比,MEPSO的均值与标准方差均优于对比算法,且寻优时间最短,可靠性更好。结果表明, MEPSO能较好地兼顾局部搜索和全局搜索能力,收敛速度快,收敛精度和搜索效率高。

基于混合二次对立学习的生物地理优化算法

王磊贾砚池

2014, 34(11): 3245-3249. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3245

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针对生物地理优化(BBO)算法探索能力不强、收敛速度慢的缺点,提出一种基于混合二次对立学习的生物地理优化算法——HQBBO。首先,定义一种启发式的混合二次对立点,并从理论上证明其搜索效率优势;然后,提出混合二次对立学习算子,增强算法的全局探索能力，提高收敛速度；此外,还采用搜索域动态缩放策略和精英保留策略进一步提高寻优效率。对8个基准测试函数的仿真实验结果表明，所提算法在寻优精度和收敛速度上优于基本BBO算法和对立BBO算法(OBBO)，表明其采用的混合二次对立学习算法对于其高收敛速度和全局探索能力是非常有效的。

基于模糊软集合理论的Agent联盟评价

桂海霞周华平

2014, 34(11): 3250-3253. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3250

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针对多Agent系统中影响联盟功效的因素存在很强的模糊性和不确定性的问题,提出采用模糊软集合理论对Agent联盟进行综合评价。首先,待评价联盟给出自己属性,每位专家根据自己的知识和经验给出评价指标集及对应的评价矩阵;然后,利用模糊软集合理论实现评价矩阵的融合,得到最终评价结果。最后通过实例说明该方法能有效、合理地处理信息的模糊性和不确定性,评价过程符合人的思维判断。

复杂网络上具有多感染阶段的传染病传播模型

廖列法孟祥茂

2014, 34(11): 3254-3257. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3254

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针对传染病传播模型缺乏多感染阶段的不足,结合SIR和SEIR两种传播模型的特性,提出了一种改进的具有多感染阶段的SIR传染病传播模型(即SInR模型)。该模型充分考虑了不同感染阶段的非均匀感染力对不同网络结构上传染病传播及传播阈值的影响；同时引入相对感染力及传播时间尺度的概念,从网络结构、网络规模及相对感染力方面进行了仿真研究。仿真中无标度网络采用BA模型的生成算法,而小世界网络采用WS模型的生成算法。由仿真可知,感染节点在整个感染过程中大致服从泊松分布,因此在SInR模型下无标度网络的传播速度更快,范围更广；相对感染力对于传染病的大规模爆发存在着一个阈值,当感染力大于阈值时传染病才能大范围地爆发传播,而小于阈值时传染病只会局域小范围传播直至消失,无标度网络的感染力阈值为0.2,小世界网络的感染力阈值为0.24；随着网络规模的增大,传播时间尺度也在增大,相应的传播速度就会降低。仿真结果表明:该模型下无标度网络传染病传播速度更快且影响范围更大;无标度网络的相对传染力的传播阈值小于小世界网络,设置合理阈值有利于降低传染病的传播影响力。

基于声誉的多时段多属性供应链伙伴选择模型

卢志刚管未

2014, 34(11): 3258-3263. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3258

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为解决供应链合作过程中伙伴选择信任度低的问题,针对属性权重与时间权重未知的决策情况, 提出了一种基于声誉的多时段多属性供应链伙伴选择模型。模型引入三角模糊数来描述语言类评价信息,分别根据声誉属性间的关联和改进的时间衰减函数确定各时段的属性权重和各时段的时间常权,并将惩罚型变权方法引入模型时间权重设定中,使各时段的时间权重随各时段声誉状态值的变化而变化。算例分析结果表明,该模型有助于优选出声誉在各时段间较为均衡的供应链伙伴,同时具有较强的灵活性,可以适应不同的伙伴选择要求。

融合先后手优势的竞技水平估计算法

吴霖陈磊袁梅宇江虹

2014, 34(11): 3264-3267. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3264

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针对传统的基于概率图模型的竞技水平估计算法忽略了先后手(主客场)优势从而影响估计精度的问题,提出一种融合先后手优势的竞技水平估计算法。该算法在竞技水平估计算法的图模型上,引入先后手节点,将先后手优势与选手真实竞技水平融合;然后利用比赛结果,采用贝叶斯学习的方法同时估计选手的真实竞技水平和先后手优势;最终根据估计结果对比赛进行预测。在两个真实比赛数据上的对比实验〖BP(〗原文“试验”〖BP)〗表明,相对于没有融合先后手优势的估计算法,该方法能够明显提高竞技水平估计的精度。

基于改进朴素贝叶斯的区间不确定性数据分类方法

李文进熊小峰毛伊敏

2014, 34(11): 3268-3272. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3268

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基于Parzen窗的朴素贝叶斯在区间不确定性数据分类中存在计算复杂度高、空间需求大的不足。针对该问题,提出一种改进的区间不确定性数据分类方法IU-PNBC。首先采用Parzen窗估计区间样本的类条件概率密度函数(CCPDF)；然后通过代数插值得到类条件概率密度函数的近似函数；最后利用近似代数插值函数计算样本的后验概率, 并用于预测。通过人工生成的仿真数据和UCI标准数据集验证了算法假设的合理性以及插值点数对IU-PNBC算法分类精度的影响。实验结果表明,当插值点数大于15时,IU-PNBC算法的分类精度趋于稳定,且插值点数越多,算法分类精度越高；该算法可以避免原Parzen窗估计对训练样本的依赖, 并有效降低计算复杂度；同时由于该算法具有远低于基于Parzen窗的朴素贝叶斯的运行时间和空间需求, 因此适合解决数据量较大的区间不确定性数据分类问题。

基于标题与正文匹配的科技论文可信质量评估方法

余玄璇曾国荪丁春玲

2014, 34(11): 3273-3278. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3273

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为从质量参差不齐的海量网络科技文献中准确高效地找出所需的有价值文献,基于标题与正文的一致性匹配思想,提出了基于标题与正文匹配的科技论文可信质量评估方法。该方法首先将标题与正文分别用特征向量建模,利用词相似度,对标题向量和正文向量中的每个特征词进行相似度计算,取相似度大于一定阈值的词对为匹配成功的特征词对;然后,统计所有匹配成功的词对数量及词权重,计算出一个标题的可信度;最后,通过论文标题分层树型结构,利用树的深度遍历算法,计算所有标题与其对应正文的相似匹配程度,进而评估整篇科技论文的可信度。《知网》实例分析表明:该方法实现了科技论文可信质量评估,使得读者无须阅读大量科技论文,就能挑选出可信或者具有实际的参考价值的科技论文,降低了信息搜索成本,提高了决策效率。

基于词频信息的改进信息增益文本特征选择算法

石慧贾代平苗培

2014, 34(11): 3279-3282. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3279

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为克服传统信息增益(IG)算法对特征项的频数考虑不足的缺陷,在对传统算法和相关改进算法深入分析的基础上,提出一种基于词频信息的改进的IG文本特征选择算法。分别从特征项在类内出现的频数、类内位置分布、不同类间的分布等方面对传统IG算法的参数进行了修正,使特征频数信息得到充分利用。对文本分类的实验结果表明,所提算法的分类精度明显高于传统IG算法和加权的IG改进算法。

基于熵的二叉树多类支持向量机的漏洞分类

张鹏谢晓尧

2014, 34(11): 3283-3286. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3283

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为了有效提高漏洞分类的准确性,针对基于二叉树多类支持向量机分类算法的分类复杂性和分类结果依赖二叉树的结构等缺点,提出了一种基于熵的二叉树多类支持向量机的漏洞分类算法。根据定义最小超球体进行漏洞样本空间的分类,有效地通过熵的计算来描述漏洞之间的混杂程度,使得漏洞分类的计算过程被简化且能够有效减少分类结果对二叉树结构的依赖。采用公共漏洞枚举(CWE)漏洞分类体系在收集到的3000个漏洞样本上进行大量仿真实验,漏洞分类的平均准确率和平均召回率达93.3%和93.25%,高于基于二叉树多类支持向量机分类算法和K-近邻(KNN)分类算法得到的平均值。实验结果表明所提算法有效可行,能精确地实现漏洞的分类。

抗边信道攻击的高效多基标量乘算法

尹恒蒋朝惠付威

2014, 34(11): 3287-3290. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3287

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为提高椭圆曲线密码算法的安全性和效率, 在现有的边信道攻击和标量乘算法的基础上,提出了一种新的多基标量乘算法。通过引入随机数和基点掩码技术来隐藏算法的相关边信道信息,从而增强算法的安全性；同时,结合快速的半点运算和多基表示标量,提高算法的运行效率。经安全性分析,该算法能较好地抵抗多种边信道攻击。实际实验结果也表明,在美国国家标准技术研究所(NIST)推荐的椭圆曲线NIST B-163、NIST B-233和NIST B-283上,当预计算点个数分别为2和5时,新算法比Purohit算法效率提高了36%和42%,比赖忠喜等(赖忠喜,张占军,陶东娅.椭圆曲线中直接计算7P的方法及其应用[J].计算机应用,2013,33(7):1870-1874.)所提的算法效率提高了8%和11%。该算法可应用到智能卡等存储资源受限的领域中,使其对敏感数据加解密更安全、更高效。

基于身份的强不可伪造代理重签名方案

冯婕蓝才会郏伯荣

2014, 34(11): 3291-3294. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3291

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针对代理重签名方案的存在性不可伪造问题,利用目标抗碰撞杂凑函数和双线性映射,提出了一种基于身份的双向代理重签名方案。在计算Diffie-Hellman困难问题的假设下,证明了该方案在适应性选择消息攻击下是强不可伪造的。所提方案的系统参数和重签名的长度短,重签名的计算量小,解决了现有代理重签名方案中存在的密钥管理复杂和安全性低等问题。

基于可变步长关键帧提取的网络视频拷贝检索

陈晓晖陈秀宏甘月松

2014, 34(11): 3295-3299. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3295

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为快速有效地检测网络中的拷贝视频,针对现有关键帧提取算法时间复杂度高、关键帧不具有代表性的缺点,提出一种可变步长提取关键帧提取方法。根据视频变化连续性特点,用相似的两近邻帧代表它们之间的视频片段;该方法首先选取关键帧中的核心区域与受影响较小的边缘区域,对不同的区域取权值并通过转换距离度量分块灰度顺序特征(OM)来判断两帧间相似度;然后利用滑动窗口来查找最大相似匹配,从而检测出查询视频中的拷贝片段。在网络数据和MUSCLE-VCD-2007数据上的实验结果表明,该方法相对于现有的基于OM特征拷贝检测法而言,其鲁棒性更强,检测效率更高。

基于字典学习和非局部相似的超分辨率重建

首照宇吴广祥陈利霞

2014, 34(11): 3300-3303. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3300

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为提高单帧降质图像的分辨率,提出了一种基于字典学习和非局部相似性的超分辨率重建算法。该算法主要将高分辨率图像减去利用迭代反投影重建结果得到差值图像,再利用K-奇异值分解(K-SVD)算法和联合字典生成的思想形成的字典训练方法,训练差值图像块和低分辨率图像块得到对应的高、低分辨率字典用于超分辨重建。此外,引入非局部相似性的正则项约束以提高重建图像的质量。实验结果表明,所提算法重建得到的图像在主观视觉效果和客观评价上优于基于例子学习的超分辨率算法。

基于群稀疏理论的乳腺动态对比度增强核磁共振图像联合重建

王冠皓徐军

2014, 34(11): 3304-3308. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3304

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乳腺在注射造影剂钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）后,乳腺核磁共振（MR）图像中恶性肿瘤区域比正常或者良性区域呈现出更加快速和更强的灰度变化,因此动态对比度增强核磁共振成像（DCE-MRI）成为了医生检测和诊断乳腺恶性肿瘤的重要工具。但是DCE-MR图像的快速获取目前仍然是一个难题, 为了快速高效地获取这样的DCE-MR图像, 根据群稀疏思想和压缩感知（CS）理论,提出了一种结合变密度随机采样的共轭梯度下降方法。该方法首先使用变密度随机采样的方式从图像的局部k-空间（傅立叶系数）数据中获取采样信息,再将传统的基于l1范数的共轭梯度下降算法扩展到l2,1范数以使得改进的共轭梯度下降算法可以对多幅DCE-MR图像同时进行联合重建。实验结果表明:采样率小于40%时，改进的联合重建方法比多测量向量（MMV）算法在重建时间上减少了约30%；变密度随机采样比均匀随机采样在重建准确率上提高了约70%。

基于模糊连接度的近邻传播聚类图像分割方法

杜艳新葛洪伟肖志勇

2014, 34(11): 3309-3313. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3309

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针对现有近邻传播聚类图像分割方法分割精度低的问题,提出一种基于模糊连接度的邻近传播聚类(FCAP)图像分割算法。针对传统模糊连接度算法不能得出任意点对间模糊连接度的不足,结合最大生成树提出了全模糊连接度算法。FCAP算法先使用Normalized Cut超像素技术进行超像素分割，这些超像素可以看作数据点以及它们之间的模糊连接度;然后使用所提出的全模糊连接度算法计算超像素间的模糊连接度,根据模糊连接度和空间信息计算超像素的相似度;最后使用近邻传播(AP)聚类算法完成分割。实验结果表明,FCAP算法明显优于超像素处理后直接使用AP聚类算法进行分割的方法,并且优于无监督图像分割方法。

基于深度置信网络的目标识别方法

史鹤欢许悦雷杨志军李帅李岳云

2014, 34(11): 3314-3317. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3314

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针对合成孔径雷达图像预处理鲁棒性不足、特征提取及利用不充分等问题,提出了一种基于深度置信网络的合成孔径雷达(SAR)图像目标自动识别算法。首先提出一种基于双树复小波变换（DT-CWT）的非局部均值图像降斑算法,并结合目标方位角估计实现对原始数据鲁棒的预处理;最后,引入多层深度置信网络提取针对合成孔径雷达目标的深度抽象视觉信息作为特征并完成识别任务。采用3类运动与静止目标的获取与识别(MSTAR)实测数据进行的仿真实验结果表明,所提算法具有较高鲁棒性和识别率。

基于准循环低密度奇偶校验码的压缩感知测量矩阵

蒋小燕谢正光黄宏伟蔡旭

2014, 34(11): 3318-3322. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3318

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针对随机测量矩阵元素随机产生、不易于硬件实现的缺点,利用有限域上准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码奇偶校验矩阵的构造方法,设计了一种确定性的结构化稀疏测量矩阵。由于QC-LDPC码的信道编解码性能较好,故以此为基础构造压缩感知(CS)测量矩阵预计有较好的性能。分别用一维和二维信号的CS重建实验验证新矩阵的性能,结果表明,与常用的测量矩阵相比,在相同的重建算法和压缩比条件下,新矩阵对应的重建误差较低,在峰值信噪比(PSNR)的评价指标上有所提高(0.5~1dB)。特别地,所提的确定性测量矩阵在结构上具有对称特性和准循环特性,如将其应用于硬件实现,可降低物理内存的需求量与硬件实现的复杂度。

基于Markov过程和伪极坐标快速傅里叶变换的重采样篡改检测

周治平胡成燕朱丹

2014, 34(11): 3323-3326. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3323

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针对图像中的重采样篡改操作导致的离散余弦变换(DCT)系数之间相关性的变化,提出了一种新的图像重采样篡改检测方法。首先,提取Markov特征,利用高阶统计量分析重采样图像中离散余弦变换系数之间的关系;然后,将图像所在的笛卡儿坐标映射到伪极坐标(Pseudo-Polar)轴上提取图像的光滑度作为纹理特征,利用纹理特征检测图像的重采样操作;最后,将提取的两类特征输入到支持向量机(SVM)中训练和分类,从而检测出图像中的重采样篡改操作。实验结果表明:所提方法可以检测出图像中的重采样篡改操作,并具有较好的检测率,且对于一定范围内的加噪处理也具有鲁棒性。

基于预处理的视频镜头边界检测算法

章亦葵赵晖

2014, 34(11): 3327-3331. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3327

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针对视频镜头边界检测的高时耗问题,提出了一种基于视频预处理的视频镜头边界检测(SBD)改进算法。通过使用自适应的阈值选择可能包含镜头边界的候选段,候选段内首帧与其余各帧进行相似度对比检测出镜头起始帧,并立即检测切变。若候选段中不包含切变,则进行渐变检测。调整候选段以保证镜头边界位于同一段内,段内其余各帧与起始帧进行相似度对比确定镜头结束帧。实验结果表明,所提算法镜头边界识别准确率能够达到90%以上,且与倒三角模式匹配方法相比能够节约时间15.6%~30.2%；与对渐变和切变分别检测的算法相比,该算法能够在满足识别率的基础上提升检测速度。

低空目标的多级图像投影检测方法

张宇王晓燕

2014, 34(11): 3332-3335. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3332

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为解决地面背景干扰和雨天弱小目标难以检测的问题,提出一种低空目标多级图像投影检测算法。首先,分析地面背景与天空区域在图像中的分布位置以及灰度特征,根据水平灰度投影的阶跃变化将图像分割为天空区域和地面背景区域两部分;然后,由天空区域图像的水平和垂直投影一阶差分极大值截取目标所在的水平和垂直带状区域,分别计算水平带状区域的垂直灰度投影和垂直带状区域的水平灰度投影,并根据它们的一阶差分极大值点确定两组候选目标位置坐标;最后,验证获取的两组目标坐标,并计算目标位置坐标。实验结果表明:所提算法能检测出具有复杂地面背景的低空目标,也适用于雨天弱小目标的检测;该算法的速度较快,满足视频图像处理的实时性要求。

Android内核钩子的混合检测技术

华保健周艾亭朱洪军

2014, 34(11): 3336-3339. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3336

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针对Android平台上内核级钩子检测的研究,提出了一种结合基于特征模式的静态检测技术和基于行为分析的动态检测技术的Android内核钩子检测技术,这两种技术的结合能够检测基于修改系统调用表项的攻击和基于内联钩子的攻击。为所提技术构建了软件原型系统并进行了实验评测,实验结果表明,提出的技术能够针对Android内核钩作出精确检测,并且运行时间开销在7%以内,具有良好运行效率,能够适用于Android内核钩子的混合。

系统可靠性结构识别方法

李庆民李华徐立袁伟

2014, 34(11): 3340-3343. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3340

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针对综合保障工作中,绘制系统可靠性框图时面临着系统组成单元数量多、要求综合保障人员掌握系统原理的程度高以及收集到的系统工作数据往往不全等情况,提出一种利用系统级的工作信息和单元级的可靠性信息识别系统可靠性结构的方法。该方法利用系统级工作信息对系统可靠度进行估计,利用系统组成单元的可靠性信息,遍历所有的可靠性结构形式并计算其理论可靠度,计算系统可靠度估计值与所有可靠度理论值之间的误差,对误差进行排序后,以误差最小的前N位可靠性结构形式作为识别结果输出。仿真结果表明:对以表决为基本可靠性结构的复合系统进行识别时,该方法能以约80%的可能性将系统可选的可靠性结构形式集从全集缩小到数量仅为全集3%的子集内。

标度曲线拟合与金融时间序列聚类

袁铭

2014, 34(11): 3344-3347. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3344

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针对金融时间序列具有的多重分形特征,提出基于标度曲线测度沪深300指标股之间的相似性并实现聚类。该方法首先使用多标度退势波动分析(MSDFA)拟合不同自相关阶数下收益率序列的标度曲线,然后抽取其分布或形态特征构造模式向量。聚类通过含权K-means算法实现,最优类别数根据分类适确性指标(DBI)确定。结果显示,基于标度曲线的聚类能够揭示出股市的行业聚集性和板块间的关联性,在此基础上构造的投资组合可以显著降低风险,并且效果优于基于原始序列线性趋势特征的聚类。

基于混沌免疫粒子群优化和广义回归神经网络的回采工作面瓦斯涌出量预测模型

王雨虹付华侯福营张洋

2014, 34(11): 3348-3352. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3348

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为提高回采工作面绝对瓦斯涌出量预测的精度和效率,提出了将混沌免疫粒子群优化(CIPSO)算法与广义回归神经网络(GRNN)相耦合的绝对瓦斯涌出量预测模型。该方法采用CIPSO对GRNN的光滑因子进行动态优化调整,减少了人为因素对GRNN网络输出结果的影响,并采用优化后的网络建立瓦斯涌出量预测模型。通过对某煤矿瓦斯涌出量数据的仿真实验结果表明:基于CIPSO-GRNN的回采工作面绝对瓦斯涌出量模型比BP神经网络、Elman网络预测模型具有更好的预测精度和收敛速度,证明了该方法的有效性和可行性。

面向基础教育阶段的教学资源推荐系统

张海东倪晚成赵美静杨一平

2014, 34(11): 3353-3356. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3353

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针对传统推荐方法应用于教学场景存在数据稀疏、缺乏对课程内容和教师上下文环境分析的问题,设计了一种面向基础教育阶段的网络教学资源推荐系统。该系统由数据层、离线层和在线层组成:1)数据层基于马尔可夫链和向量空间模型构建课程模型和资源模型,综合教师个人注册信息和课程模型的节点构建教师模型;2)离线层使用词频逆向文件频率(TF-IDF)算法提取课程和资源的内容特征,初始化并优化数据层的课程模型和资源模型,进一步应用关联规则挖掘和相似度量方法,计算任意两资源或课程与资源之间的关系,并结合课程模型推理教师模型,产生用于推荐的中间结果;3)在线层采用加权混合的方式产生推荐资源列表。该系统现已应用于某教育资源共享平台中,可实现对其中60万条资源的个性化推荐。

基于支持向量机多分类的眼电辅助肌电的人机交互

张毅刘睿罗元

2014, 34(11): 3357-3360. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3353

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针对单一肌电信号在控制系统中正确识别率不高问题,设计并实现了一种基于支持向量机(SVM)多分类的眼电(EOG)辅助肌电(EMG)的人机交互(HCI)系统。该系统采用改进小波包算法和阈值法分别对EMG信号和EOG信号进行特征提取,并对特征向量融合;然后提取特征参数作为SVM的输入来识别EMG信号和EOG信号动作模式,根据分类结果生成控制命令。实验证明,该系统比单一肌电控制系统更便于操作,稳定性好,正确识别率高。

高速低能X射线工业CT数据采集与传输

杨雷高富强李岭陈研栗忍

2014, 34(11): 3361-3364. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3361

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为满足低能X射线工业计算机断层(CT)扫描成像系统在快速扫描及大批量数据传输方面的应用需求,设计一种低能X射线工业CT高速数据采集与传输系统。系统选用DT公司X-CARD 0.2-256G为探测器,将高速时分复用电路与数据缓存乒乓操作相结合,以适应高速模数转换的需要;采用以现场可编程门阵列(FPGA)为主控芯片的千兆以太网设计,以满足多通道数据的高速传输要求。实验结果表明,系统数据采集速度达到1MHz,以太网传输速度达到926Mb/s,动态范围大于5000。该系统可有效缩短低能X射线探测扫描时间,可满足更多通道的数据传输要求。

分形理论在近表面缺陷超声A扫检测中的应用

陈世利黄玉秋张慧杨晓霞郭薇

2014, 34(11): 3365-3368. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.11.3365

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针对超声相控阵无损检测(NDT)中近表面缺陷识别困难的问题,提出一种基于分形理论的近表面缺陷智能识别方法。运用基于线性插值的盒计数维数算法,计算140组超声A扫(A-Scan)信号的盒计数维数,并运用统计的方法详细分析其分布情况。实验结果表明超声A-scan信号具有分形特性,分形理论可应用于A-Scan信号分析;而且有无缺陷信号的盒维数分布区间差异明显,盒维数可作为A-Scan信号的特征识别近表面缺陷。在超声相控阵自动化检测中,运用分形理论能提高近表面缺陷的检出率，减少人为因素引起的漏检。

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