当期目录

    2015年 第35卷 第2期 刊出日期:2015-02-10
    网络与通信
    可靠性感知下的虚拟数据中心映射算法
    左成, 虞红芳
    2015, 35(2):  299-304.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0299
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    介绍现阶段虚拟数据中心(VDC)映射的研究进展,根据租户对VDC可靠性的需求,提出一种可靠性感知下的VDC映射启发式算法。对于每个VDC,该算法通过限制能放置在同一个服务器上的最大虚拟机数目来保证租户VDC可靠性需求,然后以降低数据中心网络带宽消耗和服务器能耗为主要目标进行VDC映射。其具体做法是:首先将相互之间带宽需求量大的虚拟机合并部署来降低数据中心网络带宽的消耗;然后把合并后的虚拟机优先部署到已开启的服务器上,从而减少开启的服务器数目,降低数据中心的服务器能耗。利用基于胖树结构的数据中心拓扑对提出的算法进行了仿真,结果表明,与2EM算法相比,该算法能够满足租户VDC的可靠性需求,能在不增加额外能耗的前提下最多减少数据中心网络约30%的带宽消耗。

    基于OLSR协议的最小MPR集选择算法
    刘杰, 王玲, 王杉, 冯微, 李文
    2015, 35(2):  305-308.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0305
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    针对传统优化链路状态路由(OLSR)协议中利用贪婪算法求解最小多点中继(MPR)集时存在冗余的问题,提出了一种基于全局改进的Global_OP_MPR算法。首先引入了一种基于贪婪算法改进的OP_MPR算法,该算法通过逐步优化MPR集的方法去除冗余,可以简单高效地得到最小MPR集;然后在OP_MPR算法的基础上,将全局因素加入MPR选择判据中,引入"全局优化"代替"局部优化",最终利用该算法可以得到整个网络的最小MPR集。在OPNET上采用Random Waypoint运动模型进行仿真,与传统OLSR协议相比,采用OP_MPR和Global_OP_MPR算法的OLSR协议在整个网络上有效地减少了MPR节点的数量,并且具有更少的网络负担拓扑控制(TC)分组数和更低的网络延时。仿真结果表明,所提出的算法均能优化MPR集的大小,提高协议的网络性能;同时,Global_OP_MPR算法由于考虑了全局因素,达到了更好的网络性能效果。

    嵌入式控制结点群上的一种通信方案设计
    周海洋, 车明
    2015, 35(2):  309-312.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0309
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    为解决现行RS485组网方式限制了通信节点数及网络扩展的问题,基于RS485总线提出了一种嵌入式控制结点群的组网方式及控制协议。通过在主控器与叶子节点间加入中继器,将485总线支持的节点数扩展到2.7万个,建立一对多控制的嵌入式结点集群。针对该网络特点,对Modbus协议进行扩展,增加了中继层规约。与传统单纯增加物理地址长度的方式不同,新扩展协议采用局部寻址方式,打破了Modbus地址长度对子节点数的限制,并引入节点扫描和差错反馈机制,从而实现了主控器对各网络节点的可靠控制;同时,控制协议保持了原Modbus协议的简单性,还具有易移植、可扩展的特点,便于在单片机上实现。在采用扩展协议时,一层中继器的引入导致周转延迟增加10.36%,而两层中继器则将延迟率增加了69.9%,并使总延迟较原始Modbus系统增加2.4倍左右,但实际中采用的两层中继系统将平均延迟控制在了70 ms以下。结果表明,该方案在牺牲一定系统实时性能的前提下,实现了嵌入式节点的集群化管理。

    周期性移动公交车载网络路由协议
    彭雅丽, 徐虹, 尹红, 章志明
    2015, 35(2):  313-316.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0313
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    公交车载网络作为城市车载网络中的重要组成部分,由于具有周期性移动规律,能为城市车载网络的大范围通信提供支撑,而复杂的城市道路环境给公交车载网络的高效可靠路由协议带来了极大的挑战。针对具有周期运动特征的公交车载网络,设计单跳与实时改进的多跳路由协议SRMHR,保证单跳转发的链路生存时间以及多跳转发有限延时内的提交概率;根据城市信号传播衰减特征和车辆移动模型设计单跳链路筛选机制,并结合改进的多跳延时相关概率转发模型,保证公交转发的高效、可靠。在城市交通模拟仿真平台上,结合微调的真实道路交通数据,分别测试了方案中信号衰减模型、不同车流密度下候选筛选以及红灯延时修正的性能参数,验证了方案中各环节的有效性;最后与SF和SW协议的性能进行了对比,结果表明SRMHR协议具有较高的数据传输成功率和较低的递交延时。

    无线局域网中一种改进的频域信道竞争机制
    王静, 高泽华, 高峰, 潘翔
    2015, 35(2):  317-321.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0317
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    针对现有无线局域网信道接入机制开销较大、高密部署场景下站点碰撞频繁的问题,提出一种基于频域竞争的改进机制混合频域竞争(HFCC)。首先,将用于频域竞争的正交频分复用(OFDM)符号中的子载波分类为竞争子载波和信息子载波;其次,每次信道接入均采用两轮信道竞争,必要时开启成功竞争信道确认;最后,利用单个OFDM符号反馈数据正确接收信息。理论分析表明,当网络中竞争站点(STA)较多(35个左右)时,与分布式协调功能(DCF)相比,HFCC站点碰撞概率下降幅度和系统吞吐量提升幅度分别为99.1%和73.2%;与现有频域竞争机制Back2F和REPICK相比,系统吞吐量分别提高了35.7%和75.2%。分析结果表明,HFCC可在降低开销的同时提高系统的强健性,适用于高密部署场景。

    基于局域信息的社交网络信息传播模型
    程晓涛, 刘彩霞, 刘树新
    2015, 35(2):  322-325.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0322
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    针对传统传播模型更适用于均匀网络而无法有效应用于现实非均匀无标度社交网络的问题,提出一种基于用户局域信息的社交网络信息传播模型。模型中考虑了无标度网络中用户间拓扑特征差异和用户影响力不同对信息传播的影响,根据节点周边邻居节点的感染情况和权威性计算感染概率,模拟现实社交网络中的信息传播情况。通过在采集的真实微博网络数据上进行仿真实验,结果表明该模型较传统的SIR模型更能体现社交网络中信息传播的快速性与范围的广泛性;同时,通过调整模型中的相关参数,验证了相关管控措施对传播效果的影响。

    基于事件共享机制的物联网复杂事件处理方法
    许冬冬, 袁凌云
    2015, 35(2):  326-331.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0326
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    针对物联网(IOT)复杂事件查询处理过程中的重复查询、存储和处理的问题,提出了事件共享机制(ESM)。首先,为了实现复杂事件的查询与检测,给出了物联网语义事件定义及事件操作符的语义描述;其次,从公共子查询的定义、公共内部查询结构的设计以及事件资源的共享三个角度对物联网事件共享机制展开研究,通过查询表达式的重写、有向无环图(DAG)的构建,以及在结点上使用改进的Continuous参数上下文对事件流进行处理,实现公共子事件查询、存储和处理的共享;最后,构建了基于事件共享机制的语义形式化查询计划处理模型(SFQPM),该模型可自动对查询表达式和查询谓词进行处理,实现复杂事件检测和处理的自动化。仿真结果表明,与基于二叉树(BTree)的处理方法进行对比,所提出的SFQPM具有较高的处理效率和可靠性,实现了复杂事件检测与中间结果共享机制的有机统一,提高了系统的处理效率。最后通过案例研究验证了所提出算法的有效性和可行性。

    基于分布式层次化结构的非均匀聚类负载均衡算法
    郭晋秦, 韩焱
    2015, 35(2):  332-335.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0332
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    考虑到无线传感器网络(WSN)负载不均衡导致节点存活时间较短、能量消耗量较多的问题,提出一种基于分布式层次化结构的非均匀聚类负载均衡算法(DCWSN)。首先,建立了一个WSN的多层分簇的网络拓扑结构,并分析了该网络拓扑的簇内节点运作的能量消耗方式。接着,采用非均匀聚类的负载均衡算法,在簇头的选择上考虑了节点连通密度、节点剩余能量和簇头选择时间,通过竞选出最高权重的节点成为簇头; 在簇的建立阶段,通过簇大小的决定阈值和簇头的更新机制来均衡簇头的能量负载,防止簇头节点过早死亡。通过网络生命周期和网络能量消耗对提出算法的有效性进行验证,并与算法EDDIE、M-TRAC、DDC和EELBC进行比较,结果显示DCWSN算法的节点存活率为37.7%,高于对比算法,且能量效率也高于对比算法。实验结果表明,DCWSN算法对节点负载分配具有良好的均衡性,有效控制了节点负载过量的问题,提高了节点的能量效率。

    基于服务质量的LTE增值业务下行跨层调度算法
    刘辉, 张赛龙
    2015, 35(2):  336-339.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0336
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    针对LTE系统如何实现不同增值业务用户速率的问题,提出一种优化型比例公平(PF)算法。该算法在用户签约速率不能实现时,考虑信道条件、付费等级和满意度,同时通过引入业务服务质量(QoS)特征函数合理调度付费用户,从而实现各付费等级对应的用户速率。在Matlab环境中进行仿真,其中优化型算法在满意度、有效吞吐量方面优于传统PF算法。与PF算法相比,优化型算法使付费用户间满意度均值相差约26%,有效吞吐量均值提升约17%。仿真结果表明,优化型算法在保证多业务服务质量的前提下,可以实现各付费用户的感知平均速率,保障不同付费用户满意度,并提高系统有效吞吐量。

    无线传感器网络DV-Hop定位算法的改进
    夏少波, 邹建梅, 朱晓丽, 连丽君
    2015, 35(2):  340-344.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0340
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    DV-Hop定位算法利用跳数乘以平均每跳跳距估算节点间距离,针对算法过程存在缺陷导致定位误差较大的问题,在不改变原算法的步骤,也不需要额外增加硬件设备的条件下,从两个方面对传统DV-Hop定位算法进行了改进:一是基于节点的通信半径对节点间的跳数进行修正;二是借助信标节点间的估计距离与实际距离的偏差对平均每跳跳距进行修正。仿真实验表明,在相同的网络环境下,改进后的算法与传统算法相比定位误差减少了15%左右;与另外一种利用估算出的理想跳数值对信标节点间的实际跳数值进行修正的改进算法相比,定位误差也有5%~7%的降低。实验结果表明所提出的改进算法能更有效地降低节点间的距离估算误差,提高定位精度。

    能量捕获无线传感器网络中低时延的可靠数据传递
    邱树伟, 李琰琰
    2015, 35(2):  345-350.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0345
    摘要 ( )   PDF (1110KB) ( )  
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    在能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)中,采用网络编码(NC)技术可有效提高数据传递的可靠性。已有的研究成果大多采用固定的数据速率(DR)和固定的最大重传次数(MNR),传输时延较高。为了降低传输时延,结合EH-WSN中节点的能量捕获特性和相邻节点之间的无线链路质量,提出一种优化数据速率和最大重传次数的低时延数据传递方案。通过对节点的能量捕获过程和能量消耗进行建模,给出了节点的剩余能量公式;对相邻节点之间的无线链路质量进行建模,推导出节点发送数据包的成功收包率和每个数据包的期望传输次数,进而推导出传输路径上每一跳的传输时延公式;基于优化方程,在节点满足链路收包率条件和剩余能量条件的前提下,对其数据速率和最大重传次数进行优化配置,使得每一跳的传输时延最小。实验结果表明,与采用固定数据速率和固定最大重传次数的数据传递方案相比,所提出的方案具有最小的端到端传输时延。

    短快拍条件下宽带chirp信号的波达方向估计
    刘德亮, 刘开华, 于洁潇, 张良, 赵阳
    2015, 35(2):  351-353.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0351
    摘要 ( )   PDF (538KB) ( )  
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    传统的波达方向(DOA)估计算法角度分辨率低或者依赖于大量的快拍,基于稀疏参数估计的SPICE谱估计算法虽然在很少的快拍数即短快拍条件下就能达到较高的分辨率以及低的旁瓣水平,但是只适用于窄带信号。为了解决上述问题,即仅依靠少量快拍实现对宽带线性调频(chirp)信号的高分辨率DOA估计,提出了一种FrFT-SPICE算法。首先,将宽带chirp信号进行特定阶次的分数阶傅里叶变换(FrFT),将时域的chirp波形变为FrFT域的单频正弦波形;其次,推导出FrFT之后接收信号的方向向量;最后,将方向向量代入到窄带的SPICE算法中,实现对宽带chirp信号的DOA估计。仿真实验中,在少量快拍以及扫描间隔相同的前提下,同多重信号分类(MUSIC)与FrFT相结合的FrFT-MUSIC算法相比, FrFT-SPICE在DOA估计的分辨率方面有所提高;而同将空间重采样(SR)与迭代自适应算法(IAA)相结合的SR-IAA相比, FrFT-SPICE在估计精度上有所提高。实验结果表明,所提算法能够在短快拍条件下实现对宽带chirp信号的高分辨率、高精度的DOA估计。

    基于最小特征值分布的频谱感知算法
    杨智, 徐家品
    2015, 35(2):  354-357.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0354
    摘要 ( )   PDF (535KB) ( )  
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    现有的频谱感知算法中,能量检测容易实现,但检测性能依赖噪声功率。基于随机矩阵理论的频谱感知算法巧妙地规避了噪声不确定性对检测性能带来的影响,但大都采用的是最大特征值的近似分布规律,所得到阈值表达式的精度有待进一步提高。针对上述问题,通过利用随机矩阵理论的最新研究成果,提出一种基于接收信号样本协方差矩阵最小特征值分布的频谱感知算法。最小特征值的分布函数不基于渐近假设,更加符合实际的通信情境。推导所得的阈值表达式是虚警概率的函数,在小样本情况下,对它的有效性和优越性进行了分析与验证。根据单一变量原则,分别在低样本点、低协作用户数、低信噪比和低虚警概率条件下对提出算法与最大最小特征值算法的检测性能进行了仿真比较,检测概率最多可以提高0.2左右。结果表明,该算法能够显著改善系统的检测性能。

    先进计算
    基于结构粒化的数据合并方法
    闫林, 刘涛, 闫硕, 李峰, 阮宁
    2015, 35(2):  358-363.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0358
    摘要 ( )   PDF (1014KB) ( )  
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    为了研究实际中的数据合并问题,对各类数据信息给予了整体表示,使数据集、关联关系和划分共同组成了关联组合结构,为数据合并作了结构化的准备。进而,通过对关联关系的粒化处理,实现了关联组合结构到粒化结构的转换,促成了相关数据的按组合并。由于关联组合结构和粒化结构均与关联矩阵相互对应,所以基于结构转换的数据合并又可通过矩阵变换计算完成。因此所展开的讨论既包含了数据合并的理论分析,也给出了数据合并可程序化的数据形式,形成了以结构粒化为理论支撑、以矩阵变换为算法构成的数据合并方法。基于该方法的程序设计使数据合并实现了程序化,并保证了运行的线性复杂度。实验表明,理论支撑下的程序处理具有快速及准确的运行特性。

    时变时滞复杂动态网络的非脆弱性同步保性能控制
    罗毅平, 邓飞, 周笔锋
    2015, 35(2):  364-368.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0364
    摘要 ( )   PDF (578KB) ( )  
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    针对一类时变时滞复杂网络系统,提出了一种非脆弱性同步保性能控制方法。在假设非线性向量函数f(x)可微条件下,通过Jacobi矩阵方法进行线性化处理,余项满足匹配条件,设计具有增益摄动的非脆弱性状态反馈控制器,以确保当控制器的参数发生小的摄动时,仍能保证控制器的有效性。通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,采用积分等式、矩阵分析、Schur补定理等方法,在给定的保性能指标的条件下,得到了该系统非脆弱性同步保性能控制存在的充分条件;并证明了该条件等价于一组线性矩阵不等式(LMI)的可行性问题, 给出了LMI约束条件下的凸优解构造方法,求出了闭环时变时滞系统保性能值的最小值。最后,通过数值算例对比验证了设计方法的可行性。

    基于自适应机制的多宇宙并行量子衍生进化算法
    刘晓红, 曲志坚, 曹雁锋, 张先伟, 冯刚
    2015, 35(2):  369-373.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0369
    摘要 ( )   PDF (738KB) ( )  
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    进化参量的选取对量子衍生进化算法(QEA)的优化性能有极大的影响,传统QEA在选择进化参量时并未考虑种群中个体间的差异,种群中所有个体采用相同的进化参量完成更新,导致算法在解决组合优化问题中存在收敛速度慢、容易陷入局部最优解等问题。针对这一问题,采用自适应机制调整QEA的旋转角步长和量子变异概率,算法中任意一代的任一个体的进化参量均由该个体自身适应度确定,从而保证尽可能多的进化个体能够朝着最优解方向不断靠近。此外,由于自适应量子进化算法需要评估个体的适应度,导致运算时间较长,针对这一问题则采用多宇宙机制将算法分布于多个宇宙中并行实现,从而提高算法的执行效率。通过搜索多峰函数最优解和求解背包问题测试算法性能,结果表明,与传统QEA相比,所提出算法在收敛速度、搜索全局最优解及执行速度方面具有较好的表现。

    基于特征聚类和随机子空间的microRNA识别方法
    芮志良, 朱玉全, 耿霞, 陈耿
    2015, 35(2):  374-377.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0374
    摘要 ( )   PDF (644KB) ( )  
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    针对microRNA识别方法中过多注重新特征、忽略弱分类能力特征和冗余特征,导致敏感性和特异性指标不佳或两者不平衡的问题,提出一种基于特征聚类和随机子空间的集成算法CLUSTER-RS。该算法采用信息增益率剔除部分弱分类能力的特征后,利用信息熵度量特征之间相关性,对特征进行聚类,再从每个特征簇中随机选取等量特征组成特征集用于构建基分类器,最后将基分类器集成用于microRNA识别。通过调整参数、选择基分类器实现算法最优化后,在microRNA最新数据集上与经典方法Triplet-SVM、miPred、MiPred、microPred和HuntMi进行对比实验,结果显示CLUSTER-RS在识别中敏感性不及microPred但优于其他模型,特异性为六者最优,而且从整体性能指标准确性和马修兹系数可以看出,CLUSTER-RS比其他算法具有优势。结果表明,CLUSTER-RS取得了较好的识别效果,在敏感性和特异性上实现了很好的平衡,即在性能指标平衡方面优于对比方法。

    分布式文件系统数据块聚类存储节能策略
    王政英, 于炯, 英昌甜, 鲁亮
    2015, 35(2):  378-382.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0378
    摘要 ( )   PDF (766KB) ( )  
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    针对分布式文件系统中由于数据块随机放置而导致的服务器利用率低、能耗管理复杂的问题,建立了数据块访问特征向量模型描述用户对数据块的随机访问,运用K-means算法对数据块进行聚类计算,根据计算结果将数据节点划分为多个区域以存储不同聚类簇的数据块,在系统负载较低时进行数据块动态重配置,关闭不必要节点达到节能的目的。为使得策略适用于对能耗和资源利用率有不同要求的场景,算法中聚类簇间隔参数可灵活设置。实验通过和冷热区划分算法进行比较表明:按照聚类结果进行数据块重配置后,能耗节省效率优于冷热区划分算法,节省能耗35%~38%。

    信息安全
    方阵幂安全外包云计算
    刘午阳, 廖晓峰
    2015, 35(2):  383-386.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0383
    摘要 ( )   PDF (636KB) ( )  
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    为解决计算能力有限的对象(用户)所面临的大维数方阵的高次幂计算问题,利用云计算平台(云端),提出一个安全可验证的方阵幂云计算外包协议。协议中,用户首先构造一个随机置换,再结合克罗内克函数,生成一个非奇异方阵,并求得其逆矩阵,这两个方阵即为密钥;用户用此密钥完成对原方阵的加密,然后将加密所得方阵和原有的幂数发送给云端;云端完成加密所得方阵的求幂运算,并将计算所得方阵返回给用户;用户使用持有的密钥解密云端返回方阵,并随机选取若干解密所得方阵中的元素与相应的正确值进行对比,以验证解密所得方阵是否正确。经过理论分析可知,此协议满足外包协议的四个基本要求,即正确性、安全性、可验证性和高效性。基于此协议模型,在仿真实验中,将方阵幂问题分为方阵维数固定幂数变化和幂数固定方阵维数变化两种情形分别进行仿真。实验结果表明,这两种情形下,与用户自身完成原计算任务相比,外包计算均能大幅减少用户的计算耗时,获得较好的外包性能,且随着方阵维数和幂数的增加,外包效果更加明显。

    标准模型下可证安全的无证书全同态加密体制
    李少鲲
    2015, 35(2):  387-392.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0387
    摘要 ( )   PDF (1066KB) ( )  
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    针对现有全同态加密体制普遍存在的公钥尺寸大的缺陷,结合无证书公钥加密的思想,提出一种无证书全同态加密体制设计方案,无需对公钥进行身份认证,因而有效提高密码系统的整体应用效率。体制利用满秩差分矩阵实现身份信息的嵌入,摆脱了对于哈希函数的依赖,因而在安全性证明中无需引入随机谕示假设;借助一对彼此对偶的正态分布采样函数实现部分私钥的提取,进而结合容错学习问题实例生成体制私钥;通过双重加密使服务器失去对用户密文进行解密的能力,从而杜绝密钥托管问题。体制的安全性在标准模型下归约到容错学习问题的难解性。

    基于上下文和角色的云计算访问控制模型
    黄晶晶, 方群
    2015, 35(2):  393-396.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0393
    摘要 ( )   PDF (653KB) ( )  
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    云计算环境的开放性和动态性容易引发安全问题,数据资源的安全和用户的隐私保护面临严峻考验。针对云计算中用户和数据资源动态变化的特性,提出了一种基于上下文和角色的访问控制模型。该模型综合考虑云计算环境中的上下文信息和上下文约束,将用户的访问请求和服务器中的授权策略集进行评估验证,能够动态地授予用户权限。给出用户访问资源的具体实现过程,经分析比较,进一步阐明该模型在访问控制方面具有较为突出的优点。该方案不仅能够降低管理的复杂性,而且能限制云服务提供商的特权,从而有效地保证云资源的安全。

    利用纠缠态实现任意N粒子量子态的秘密共享
    吴君钦, 林慧英
    2015, 35(2):  397-400.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0397
    摘要 ( )   PDF (687KB) ( )  
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    针对量子秘密共享的量子态局限于最大纠缠态的问题,提出一种实现任意N位量子态的秘密共享方案。该方案使用纠缠态作为量子信道,首先发送方对粒子进行Bell基测量,然后接收方Bob或Charlie使用单粒子测量,最后参与者根据Alice和单粒子测量得到的结果,选用合适的联合幺正变换对量子态进行相应的变换,这样可以实现任意N粒子量子态的秘密共享。该方案能够抵御外部窃听者和内部不诚实参与者的攻击,安全性分析表明此方案是安全的。

    基于多变量密码体制的签密方案
    蓝锦佳, 韩益亮, 杨晓元
    2015, 35(2):  401-406.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0401
    摘要 ( )   PDF (902KB) ( )  
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    为了解决基于传统公钥密码的签密方案不能抵抗量子攻击的问题,提出了一种基于多变量公钥密码的签密方案。结合多层Matsumoto-Imai(MMI)方案中心映射的多层构造、CyclicRainbow签名方案,以及隐藏域方程(HFE)的中心映射构造,提出了一种改进的中心映射构造方法,并由此设计了相应的签密方案。分析表明,所设计的方案与MMI方案相比,在实现了加密和签名的同时,方案密钥量和密文量分别减少了5%和50%。在随机预言模型下,基于多变量方程组求解困难问题假设和多项式同构困难问题假设,证明了该方案在适应性选择密文攻击下具有不可区分性,在适应性选择消息攻击下具有不可伪造性。

    高效的基于证书可验证加密签名方案
    杜桂颖, 黄振杰
    2015, 35(2):  407-411.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0407
    摘要 ( )   PDF (777KB) ( )  
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    针对传统公钥密码体制中存在的公钥证书管理问题和基于身份密码体制中存在的密钥托管问题,以及互联网上交易过程中存在的不公平性,将基于证书签名体制(CBS)与可验证加密签名(VES)相结合,提出了一种基于证书可验证加密签名体制CBVES。首先,定义了基于证书可验证加密签名方案的安全模型;然后,基于k-CAA问题和Squ-CDH问题的困难性,构造一个新的基于证书的可验证加密签名方案,并在随机预言机模型下证明了其安全性。与已有的基于证书可验证加密签名方案相比,所提出的方案是高效的,所需的计算量小,且具有需要仲裁人和指定验证人合作才能从可验证加密签名提取普通签名的优点。

    可证明安全的基于身份的聚合签密方案
    王大星, 滕济凯
    2015, 35(2):  412-415.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0412
    摘要 ( )   PDF (626KB) ( )  
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    为了更有效地保护网络信息的安全,需要同时实现消息的机密性和认证性。签密方案能够在一个逻辑步骤内同时实现对消息的签名和加密。为了提高当前已存在的签密方案的安全性和算法效率,结合聚合签名的思想,提出一种基于身份的聚合签密方案。在随机语言模型中证明了该方案具有适应性选择密文攻击下的不可区分性,在适应性选择消息攻击下是存在性不可伪造的,其安全性归约为计算椭圆曲线离散对数问题和双线性Diffie-Hellman问题的困难性。与目前效率较高、密文长度较短的几个方案进行比较的结果表明,新方案的签密和解签密过程分别仅需1次双线性对运算,具有计算成本低、密文长度短的优良特性。

    基于数据流的网络入侵实时检测框架
    李艳红, 李德玉, 崔梦天, 李华
    2015, 35(2):  416-419.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0416
    摘要 ( )   PDF (792KB) ( )  
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    针对计算机网络访问请求具有实时到达以及动态变化的特点,为了实时检测网络入侵,并且适应网络访问数据的动态变化,提出一个基于数据流的网络入侵实时检测框架。首先,将误用检测模式与异常检测模式相结合,通过初始聚类建立由正常模式和异常模式构成的知识库;其次,采用数据点与数据簇之间的不相似性来度量网络访问数据与正常模式和异常模式的相似性,从而判定网络访问数据的合法性;最后,当网络访问数据流发生演化时,通过重新聚类来更新知识库以反映网络访问的最近状态。在入侵检测数据集KDDCup99上进行实验,当初始聚类的样本数为10000,缓冲区聚类的样本数为10000,调节系数为0.9时,召回率达到91.92%,误报率达到0.58%,接近传统非实时检测模式的结果,但整个学习和检测过程只需扫描网络访问数据一次,并引入了知识库的更新机制,在入侵检测的实时性和适应性方面更具有优势。

    基于现场可编程门阵列的SMS4故障检测实现
    辛小霞, 王奕, 李仁发
    2015, 35(2):  420-423.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0420
    摘要 ( )   PDF (595KB) ( )  
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    硬件实现的SMS4加密算法计算过程中容易出现故障,为防止攻击者利用故障信息进行故障攻击从而破解SMS4算法,提出一种针对SMS4算法的故障检测方案。该方案首先分析了硬件实现的SMS4算法出现故障的位置及其影响,然后在关键路径上建立了3个检测点,通过实时监测检测点来定位算法执行过程中出现的故障。一旦成功检测到故障,立即重新执行算法以保证攻击者难以获取有效的故障信息。将提出的方案和原无故障检测的算法分别在Xilinx公司的Virtex-7和Altera公司的Cyclone Ⅱ EP2C35F76C6两个现场可编程门阵列(FPGA)上综合实现,在Virtex-7上,提出的带故障检测的方案比原算法占用逻辑资源增加30%,吞吐量相当;在EP2C35F76C6上比原算法增加0.1%的硬件资源,吞吐量达到原来的93%。实验结果表明,在尽量不影响吞吐量的前提下,提出的方案占用硬件资源小,并且可以有效地检测出故障,从而避免SMS4算法受到故障攻击。

    基于地址完整性检查的函数指针攻击检测
    代伟, 刘智, 刘益和
    2015, 35(2):  424-429.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0424
    摘要 ( )   PDF (973KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对传统函数指针攻击检测技术无法检测面向返回编程(ROP)攻击的问题,提出了一种基于跳转地址完整性检查的新方法,在二进制代码层面能够检测多种类型的函数指针攻击。首先,通过静态分析得到函数地址信息,然后动态检查跳转目标地址是否位于合法函数区间。分析了非入口点跳转,提出一种动静结合方法检测ROP攻击。基于二进制代码插桩工具实现原型系统fpcheck,对真实攻击和正常程序进行了测试。实验结果表明fpcheck能够检测包括ROP在内的多种函数指针攻击,通过准确的检测策略,误报率显著下降,性能损失相比原始插桩仅升高10%~20%。

    基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法
    海洁, 杜海龙, 邓小鸿
    2015, 35(2):  430-434.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0430
    摘要 ( )   PDF (811KB) ( )  
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    针对现有基于混沌的医学图像加密算法的鲁棒性和效率不足,提出了一种基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法RMIEF-CS。算法利用两个低维的混沌系统交替迭代产生混沌序列,较好地解决了由于计算机精度有限而带来的混沌收敛问题;然后利用生成的混沌序列对图像明文数据流进行第一次置乱加密,对得到的密文采用新的混沌序列进行再次置乱得到最终密文。置乱过程中引入双向密文反馈机制增加算法的安全性和鲁棒性;算法利用低维的混沌系统生成密钥,在置乱过程中无需耗时的排序操作,并适合于任何形状的图像,具有较好的时间效率和通用性。通过仿真实验验证了RMIEF-CS具有较好的加密性能,并能在密文受损情况下解密出原始医学图像的近似版本。另外,RMIEF-CS比基于均匀置乱和混沌映射的加密方法在时间效率上提高6倍左右,因而能适用于大数据量的医学图像实时保密传输。

    人工智能
    具备历史借鉴能力的软划分聚类模型
    孙寿伟, 钱鹏江, 陈爱国, 蒋亦樟
    2015, 35(2):  435-439.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0435
    摘要 ( )   PDF (714KB) ( )  
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    在数据稀少或失真等场景下,传统软划分聚类算法无法获得满意的聚类效果。为解决该问题,以极大熵聚类算法为基础,基于历史知识利用的途径,提出两种新的具备历史借鉴能力的软划分聚类模型(分别简称SPBC-RHK-1和SPBC-RHK-2)。SPBC-RHK-1是仅借鉴历史类中心的基础模型,SPBC-RHK-2则是以历史类中心和历史隶属度相融合为手段的高级模型。通过历史知识借鉴,两种模型的聚类有效性均得到有效提高,比较而言具备更高知识利用能力的SPBC-RHK-2模型在聚类有效性和鲁棒性上具有更好的表现。由于所用历史知识不暴露历史源数据,因此两种方法还具有良好的历史数据隐私保护效果。最后在模拟数据集和真实数据集上的实验验证了上述优点。

    基于语义属性特征图的查询扩展方法
    韩彩丽, 李嘉骏, 张晓培, 肖敏
    2015, 35(2):  440-443.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0440
    摘要 ( )   PDF (593KB) ( )  
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    传统的查询扩展方法由于忽略了词之间的语义关系,在不规范的短小关键字上补充扩展的词已经无法达到预期目标。Linked Data技术利用资源描述框架(RDF)图模型形成Linked Open Data Cloud,能提供更多语义信息。针对查询扩展忽略语义的问题,提出了一种基于语义属性特征图的查询扩展方法。该方法将语义网与图的思想融合,利用以DBpedia资源为顶点的属性图加以扩展。首先,通过有监督的学习训练出15种语义属性特征的权重,用于表达扩展资源的有用性;然后,在整个DBpedia图上通过标签属性实现查询关键字到DBpedia匹配资源的映射;再根据属性特征广度搜索出邻接点,并将其作为扩展候选词,最后筛选出词相关行分值最高的作为最终扩展词。实验表明,与LOD Keyword Expansion方法相比,基于语义属性特征图的扩展方法召回率达到0.89,平均逆排序(MRR)提高4个百分点,与用户查询更匹配。

    密度敏感的数据竞争聚类算法
    苏辉, 葛洪伟, 张欢庆, 袁运浩
    2015, 35(2):  444-447.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0444
    摘要 ( )   PDF (606KB) ( )  
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    针对数据竞争聚类算法在处理复杂结构数据集时聚类性能不佳的问题,提出了一种密度敏感的数据竞争聚类算法。首先,在密度敏感距离测度的基础上定义了局部距离,以描述数据分布的局部一致性;其次,在局部距离的基础上计算出数据间的全局距离,用来描述数据分布的全局一致性,挖掘数据的空间分布信息,以弥补欧氏距离描述数据分布全局一致性能力不佳的缺陷;最后,将全局距离用于数据竞争聚类算法中。将新算法与基于欧氏距离的数据竞争聚类算法进行性能比较,在人工数据集和真实数据集上的实验结果表明,该算法克服了数据竞争聚类算法难以处理复杂结构数据的缺点,聚类结果具有更高的准确率。

    基于LeaderRank的标签传播社区发现算法
    石梦雨, 周勇, 邢艳
    2015, 35(2):  448-451.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0448
    摘要 ( )   PDF (714KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对标签传播算法(LPA)结果的不稳定性,提出一种改进的基于标签传播的社区发现算法。该算法引入LeaderRank的概念来量化网络节点的影响力和重要性;然后按照节点重要程度从高到低选择若干核心节点;最后按照顺序分别以每个核心节点为中心向外逐层进行标签更新,直到不再出现标签变化为止,从而解决了原始算法对节点随机排序造成的结果不稳定性。以LFR基准网络和真实网络为实验数据,与几个现有标签传播算法进行比较,社区划分结果的标准化互信息(NMI)和模块度(Modularity)均高于对比算法。理论分析和实验结果表明所提算法不仅有效地增强了社区发现结果的稳定性,同时提高了准确率。

    连续多方向区域查询的空间向量模型算法
    刘润涛, 赵振国, 田广悦
    2015, 35(2):  452-455.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0452
    摘要 ( )   PDF (614KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对判定空间对象间方向关系模型不能给出带有方向特征的定量分析,导致查询区域只是单方向开放区域的问题,结合向量运算和MB树,提出了一种能够解决连续开放区域的方向关系查询空间向量模型算法。该算法主要包括对查询目标进行过滤和提纯两个步骤。在过滤过程中,分析了查询区域与包含空间目标的最小边界矩形(MBR)顶点之间的位置关系,给出了相应的判断方法,利用MB树中MBR的有序性对被查询节点的MBR给出了有效的剪枝规则,从而使查询时能有效减少系统I/O;在提纯过程中,处理过滤步骤中筛选出来的与查询区域有交的MBR,从中找到位于查询区域中的目标点。实验结果表明,空间向量模型算法不仅可以解决单方向开放区域问题,而且能够有效地解决连续多方向区域查询问题,它在二维和三维空间都具有适用性。

    基于特征本体的文本流主题演化
    陈千, 桂志国, 郭鑫, 向阳
    2015, 35(2):  456-460.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0456
    摘要 ( )   PDF (886KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对网络大数据时代文本流的主题演化研究大多基于经典概率主题模型,以词袋假设为前提导致主题的语义缺失问题和批处理问题,提出一种在线增量的基于特征本体的主题演化算法。首先,基于词共现和通用本体库WordNet构建特征本体,用特征本体对文本流主题进行建模;其次,提出一种文本流主题矩阵构建算法,实现在线增量主题演化分析;最后,依据该矩阵提出文本流主题本体演化图构建算法,利用特征本体的子图相似度计算主题相似度,从而获得文本流中主题随时间的演化模式。在科技文献上的实验上,满意度同传统在线潜在狄利克雷分配模型(LDA)不相上下,但时间复杂度降低到O(nK+N)。所提出的方法引入了本体,加入了语义关系标注,可图形化展现主题的语义特征,并在此基础上在线增量地实现了主题演化图的构建,在语义解释性和主题可视化方面更具有优势。

    非单点证据体数据融合的Dempster组合规则适用性评价方法
    刘哲席, 阳建宏, 杨德斌, 黎敏, 民现春
    2015, 35(2):  461-465.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0461
    摘要 ( )   PDF (737KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对待融合的证据体包含基本概率分配值相差较大的非单点证据时,基于pignistic距离的Dempster组合规则适用性评价方法判定结果存在模糊性甚至不准确的问题,提出了一种表示证据体之间关联性的改进pignistic距离,并将改进的pignistic距离与经典冲突系数相结合,提出了对Dempster组合规则适用性评价的新方法。在新方法中,定义了一种新的证据体冲突衡量系数用于判定Dempster规则的适用性。当经典冲突系数为0时,新系数与改进pignistic距离一致;当经典冲突系数不为0时,新系数与改进pignistic距离和经典冲突系数之和的平均值一致。算例分析的结果表明,与基于pignistic距离的Dempster规则适用性评价方法相比,新的基于改进pignistic距离的Dempster组合规则适用性评价方法有较好的适用性和合理性。

    基于高效多示例学习的目标跟踪
    彭爽, 彭晓明
    2015, 35(2):  466-469.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0466
    摘要 ( )   PDF (773KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    基于多示例学习(MIL)的跟踪算法能在很大程度上缓解漂移问题。然而,该算法的运行效率相对较低,精度也有待提高,这是由于MIL算法采用的强分类器更新策略效率不高,以及分类器更新速度与目标外观变化速度不一致引起的。为此提出一种新的强分类器更新策略,以大幅提升MIL算法的运行效率;同时提出一种动态更新分类器学习率的机制,使更新后的分类器更符合目标的外观,提高跟踪算法的精度。通过实验将该算法和MIL算法以及基于加权多示例学习的跟踪算法(WMIL)进行对比,实验结果表明,所提出算法的运行效率和跟踪精度都是三者中最好的,在背景中没有与被跟踪目标外观相似的干扰物体存在时有较好的跟踪优势。

    基于判别式扩散映射分析的非线性特征提取
    张成, 刘亚东, 李元
    2015, 35(2):  470-475.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0470
    摘要 ( )   PDF (868KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对高维数据难以被人们直观理解,且难以被机器学习和数据挖据算法有效地处理的问题,提出一种新的非线性降维方法——判别式扩散映射分析(DDMA)。该方法将判别核方案应用到扩散映射框架中,依据样本类别标签在类内窗宽和类间窗宽中判别选取高斯核窗宽,使核函数能够有效提取数据的关联特性,准确描述数据空间的结构特征。通过在人工合成Swiss-roll测试和青霉素发酵过程中的仿真应用,与主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、核主成分分析(KPCA)、拉普拉斯特征映射(LE)算法和扩散映射(DM)进行比较,实验结果表明DDMA方法在低维空间中代表高维数据的同时成功保留了数据的原始特性,且通过该方法在低维空间中产生的数据结构特性优于其他方法,在数据降维与特征提取性能上验证了该方案的有效性。

    基于双层粒子群优化算法的柔性作业车间调度优化
    孔飞, 吴定会, 纪志成
    2015, 35(2):  476-480.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0476
    摘要 ( )   PDF (674KB) ( )  
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    针对柔性作业车间调度问题(FJSP),提出了一种改进的双层粒子群优化(ITLPSO)算法。首先,以机器的最大完工时间最小化为优化目标,建立了一个柔性作业车间调度模型;然后,介绍了改进的双层PSO算法,为了避免陷入局部最优和提高收敛速度,算法中加入了停滞阻止策略和凹函数递减策略;最后,对相关实例进行求解,并与已有算法作了比较。实验结果表明,与标准PSO算法和双层粒子群优化(TLPSO)算法相比,最大完工时间的最优值分别减少了11和6,最大完工时间的平均值分别减少了15.7和4,收敛速度明显提高。经过性能分析,所提算法可以明显提高柔性作业车间的调度效率,从而获得了更优的调度方案。

    虚拟现实与数字媒体
    基于网格线平移的图像显示适配算法
    张梓卷, 康宝生
    2015, 35(2):  481-485.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0481
    摘要 ( )   PDF (1021KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对图像显示适配算法中会发生较多扭曲的问题,提出一个基于网格线平移(PTG)的图像显示适配算法。首先,通过Achantan方法计算图像重要度,提取出主体目标;其次,计算最优网格线位移,利用线移动不仅保持重要区域尺寸不变而且保护主体目标的纵横比例,双重约束可以避免扭曲;再次,使用下限和上限来抑制由于过度缩小和放大网格造成的失真;最后,为了达到更好效果,引入一个边缘网格舍弃过程,指派更宽空间到重要区域来减少畸变。利用图像重定向调查系统将PTG与重要度扩散列删除方法、重要度扩散线裁剪方法以及基于网格变形的方法进行比较,当图像中含有明显的主要目标时,PTG结果更优。实验结果表明,PTG的缩放结果具有更少扭曲,并在保留图像中的感兴趣区域和重要目标上明显优于对比算法。

    基于四阶偏微分方程的光滑曲面重构方法
    邓世武, 贾雨, 姚兴苗
    2015, 35(2):  486-489.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0486
    摘要 ( )   PDF (763KB) ( )  
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    常用的基于散点的曲面重构方法如克里金插值法、样条曲面拟合法等存在计算量大、重构曲面不光滑或无法插值已知散点等问题。为此,提出一种基于四阶偏微分方程的曲面重构方法。该方法首先选择一个四阶偏微分方程,并对其构建差分格式,进而分析该差分格式的稳定性和收敛性。在稳定性和收敛性条件下,采用演化的思想,通过有限差分法迭代求解偏微分方程的数值解,并将其稳态解作为原始曲面的逼近。以地质勘探中实际测井数据为例,采用偏微分方程曲面造型方法重构地质曲面,结果表明,该方法计算简便,构造的曲面具有自然光顺性且可以插值于已知散点。

    基于非下采样Shearlet变换与聚焦区域检测的多聚焦图像融合算法
    欧阳宁, 邹宁, 张彤, 陈利霞
    2015, 35(2):  490-494.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0490
    摘要 ( )   PDF (861KB) ( )  
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    为了提高基于多尺度变换的多聚焦图像融合中聚焦区域的准确性,提出了一种基于非下采样Shearlet变换(NSST)与聚焦区域检测的多聚焦图像融合算法。首先,通过基于非下采样Shearlet变换的融合方法得到初始融合图像;其次,将初始融合图像与源多聚焦图像作比较,得到初始聚焦区域;接着,利用形态学开闭运算对初始聚焦区域进行修正;最后,在修正的聚焦区域上通过改进的脉冲耦合神经网络(IPCNN)获得融合图像。与经典的基于小波变换、Shearlet变换的融合方法以及当前流行的基于NSST和脉冲耦合神经网络(PCNN)的融合方法相比,所提算法在客观评价指标互信息(MI)、空间频率和转移的边缘信息上均有明显的提高。实验结果表明,所提出的算法能更准确地识别出源图像中的聚焦区域,能从源图像中提取出更多的清晰信息到融合图像。

    基于多特征融合的图像检索
    张永库, 李云峰, 孙劲光
    2015, 35(2):  495-498.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0495
    摘要 ( )   PDF (608KB) ( )  
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    目前图像检索的准确性是研究的难题,主要在于特征提取的方法。为了提高图像检索的精度,在图像底层特征研究的基础上,提出了一种综合多特征的图像检索算法——基于底层特征综合分析算法(CAUC)。首先,在YUV颜色空间下提取图像的平均值和标准方差作为全局颜色特征,获得图像的二值位图,提取其局部颜色特征;然后,基于紧密度和Krawtchouk矩不变量提取图像的形状特征;再根据改进的四像素共生矩阵算法提取图像的纹理特征;最后综合多特征将待查询图像与图像库中图像进行相似度计算,返回相似度高的图像。在Corel-1000的图像集上的实验结果显示,与原来仅考虑四像素共生矩阵的方法相比,CAUC的查准率与查全率没有明显降低,但检索时间大大减少;与另外两种多特征融合的图像检索方法相比,CAUC仍能在保证较高检索速度的同时提高查准率与查全率。实验结果表明,CAUC方案能有效提取图像特征,提高检索效率。

    基于稀疏表示全局字典学习的图像分类方法
    蒲国林, 邱玉辉
    2015, 35(2):  499-501.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0499
    摘要 ( )   PDF (568KB) ( )  
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    针对传统的稀疏表示字典学习图像分类方法在大规模分布式环境下效率低下的问题,设计一种基于稀疏表示全局字典的图像学习方法。将传统的字典学习步骤分布到并行节点上,使用凸优化方法在节点上学习局部字典并实时更新全局字典,从而提高字典学习效率和大规模数据的分类效率。最后在MapReduce平台上进行并行化实验,结果显示该方法在不影响分类精度的情况下对大规模分布式数据的分类有明显的加速,可以更高效地运用于各种大规模图像分类任务中。

    基于计算机视觉的图像多尺度识别方法
    张玉璞, 杨旗, 张旗
    2015, 35(2):  502-505.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0502
    摘要 ( )   PDF (726KB) ( )  
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    针对图像识别中图像尺寸比例不一致、旋转角度不相同,以及识别率低、鲁棒性差的问题,提出一种图像的形态学识别算法。首先对图像进行中心化及归一化处理,同时将图形的轮廓图像转换为二值图像;其次采用大小变化的圆形进行图像过滤,获取图形不同尺寸的形态学特征,建立扇形区域特征向量;最后采用多尺度的分析方法进行图像识别以及图像角度分析。在角度无关性、比例无关性、轮廓干扰鲁棒性下与传统方法进行对比实验,实验结果表明该方法有较高的识别率,并可以分析出图像间的角度差值,在图像轮廓有噪声的情况下有较好的鲁棒性,同时大大降低了图像尺寸比例不同、旋转角度不同对图像识别的影响。

    基于自适应约束正则HL-MRF先验模型的MAP超分辨率重建
    秦龙龙, 钱渊, 张晓燕, 侯雪, 周芹
    2015, 35(2):  506-509.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0506
    摘要 ( )   PDF (716KB) ( )  
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    针对Huber-MRF先验模型对图像高频噪声抑制能力较差,而Gauss-MRF先验模型对图像高频过度惩罚的问题,提出了一种改进的自适应约束正则HL-MRF先验模型。该模型将Huber边缘惩罚低频函数与Lorentzian边缘惩罚高频函数相结合,对低频进行线性约束的同时对高频实现平滑惩罚;并采用自适应约束方法确定正则化参数,从而得到最优的参数解。与基于Gauss-MRF先验模型和Huber-MRF先验模型的超分辨率算法相比,HL-MRF先验模型获得的超分辨率重建图像在峰值信噪比(PSNR)和细节方面都有一定程度的提高,在抑制高频噪声、避免图像细节被过度平滑方面具有一定的优势。

    基于阴影概率模型的遥感影像阴影检测方法
    李鹏伟, 葛文英, 刘国英
    2015, 35(2):  510-514.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0510
    摘要 ( )   PDF (812KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    阴影区像素光谱响应的不一致性使得依据阈值获取的阴影检测结果与真实情况出入较大。针对这一问题,结合不透明度和亮度两种信息设计了一个全新的阴影概率模型。在此基础上,针对邻域像素信息未能充分利用的问题,提出了一个基于多尺度马尔可夫随机场(MRF)的遥感影像检测方法。首先,用所提出的模型描述多尺度影像中像素的阴影概率;然后,使用Potts模型建模多尺度标记场,同时兼顾尺度内和尺度间的邻域像素的交互关系;最后,基于最大后验(MAP)概率准则获取最终阴影检测结果。通过与色调亮度比值方法、差分双阈值方法、主成分分析法和支持向量机分类方法的对比实验证明,所提出的方法能够提高高分辨率城区遥感影像的阴影检测精度。

    基于轨迹分段LDA主题模型的视频异常行为检测方法
    郑併斌, 范新南, 李敏, 张继
    2015, 35(2):  515-518.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0515
    摘要 ( )   PDF (830KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    基于目标轨迹的异常行为检测算法忽略了轨迹内部信息,容易导致异常检测虚警率偏高。为解决该问题,提出一种基于轨迹分段主题模型的视频异常行为检测方法。首先将目标原始轨迹根据轨迹转角分段,然后采用分段量化的方式提取轨迹片段中包含的行为特征信息,接着通过潜在狄利克雷分配(LDA)主题模型建模发掘目标轨迹之间的时空关系,最后通过学习所构建的模型并结合贝叶斯理论进行行为模式分析和异常行为检测。分别对两个视频场景进行了目标行为模式分析和异常行为检测的仿真实验,检测出了场景内多种异常行为模式。实验结果表明,通过结合轨迹分段与LDA主题模型,该算法能够充分挖掘目标轨迹内部的行为特征信息,识别多种异常行为模式,并且能提高对异常行为检测的准确率。

    视频闪烁干扰无参考辨识方法
    卢前前, 陈黎, 田菁, 黄小童
    2015, 35(2):  519-522.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0519
    摘要 ( )   PDF (794KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    视频中时间域上的闪烁干扰是影响视频质量的因素之一,对闪烁干扰的准确辨识不但有利于视频质量的自动分析与诊断,而且能够与干扰去除和质量增强算法形成反馈机制,促进此类算法的自适应性。以监控视频中的闪烁干扰为研究对象,研究发现闪烁干扰信号的差分信号服从拉普拉斯分布。基于拉普拉斯分布的特性和小概率事件的思想,在视频时间域差分信号中采用迭代拟合方法,有效地分离出差分信号中影响闪烁干扰辨识的客观运动差分信号;同时,运用人眼视觉系统的最小可感知差异(JND)理论,通过量化闪烁干扰的频率和闪烁幅度得到闪烁干扰辨识指标,对闪烁干扰进行了有效的无参考辨识,并通过受试者工作特征(ROC)曲线验证了提出的无参考闪烁干扰辨识指标在正负样本的分类上具有比较理想的效果,提出的无参考算法在闪烁干扰辨识方面具有较好的性能。

    基于模糊连接度的高分辨率SAR图像道路自动提取
    符喜优, 张风丽, 王国军, 邵芸
    2015, 35(2):  523-527.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0523
    摘要 ( )   PDF (895KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对高分辨率合成孔径雷达(SAR)图像受到乘性斑点噪声的影响,且道路环境复杂多变的问题,提出一种基于模糊连接度的高分辨率SAR图像道路自动提取方法。首先,对SAR图像进行斑点滤波,以降低斑点噪声的影响;其次,结合指数加权均值比(ROEWA)算子检测结果和模糊C均值(FCM)分割结果自动提取种子点,从而提高自动化程度;最后,利用以图像灰度和ROEWA检测算子边缘强度为特征的模糊连接度算法对种子点进行扩展提取道路,经形态学处理后得到最终结果。对两幅SAR图像进行实验,并与FCM方法分割出的道路结果进行比较,所提出的方法在提取完整率、正确率及检测质量上均优于模糊C均值方法。实验结果表明,所提出的方法能较有效地从高分辨率SAR图像中提取不同宽度和弯曲程度的道路,且无需人工输入种子点。

    基于拐点线的大雾能见度检测算法
    刘建磊, 刘晓亮
    2015, 35(2):  528-530.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0528
    摘要 ( )   PDF (575KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对基于区域增长算法的能见度检测方法精度低和计算复杂度高的问题,提出一种基于拐点线(IPL)检测滤波器的能见度检测算法。首先,分析了拐点线所具有的各向异性、连续性和水平性等特征;然后,根据这些特征构建了一个拐点线检测滤波器,以提高拐点检测的精度和速度;最后,结合能见度计算模型和拐点线检测滤波器的检测结果计算大雾天气下的能见度值。与基于区域增长算法的能见度检测方法相比,该算法的运行时间和检测误差分别降低了80%和12.2%。实验结果表明,基于拐点线检测滤波器的能见度检测算法能够有效提高雾天能见度的检测精度,降低拐点定位的计算复杂度。

    基于主分量分析和大气散射模型的彩色图像雾霾快速去除算法
    梁增龑, 刘本永
    2015, 35(2):  531-534.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0531
    摘要 ( )   PDF (621KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    为去除彩色图像中的雾霾,提出了一种基于主分量分析(PCA)和大气散射模型的快速去除彩色图像雾霾的算法。首先,提取彩色图像三个颜色通道的主分量,并用最大主分量重构三个颜色通道,并在重构后的三个颜色通道中取最小灰度值构成最小重构映射(MRM);然后,用中值滤波器对MRM滤波,以提高估计全局大气光的准确性,接着在MRM中估计全局大气光;最后,根据大气散射模型求解介质透过率和场景辐射度(去除雾霾后的图像)。实验结果表明,所提算法在视觉效果上取得了较好的复原结果,与暗原色去雾算法和对比度受限自适应直方图均衡算法相比,所提算法运算效率更高,同时该算法简单、易于实现,能较快去除彩色图像中的雾霾。

    基于局部约束邻域嵌入的人脸画像照片合成
    胡彦婷, 王楠楠, 陈建军, 木拉提·哈米提, 阿布都艾尼·库吐鲁克
    2015, 35(2):  535-539.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0535
    摘要 ( )   PDF (863KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对画像块和照片块在流形上的邻域关系并不能完全反映彼此内在数据结构的问题,提出一种基于局部约束邻域嵌入(LCNE)的画像-照片合成算法。首先,利用基于邻域嵌入(NE)的合成方法得到待合成照片或画像的初始估计;其次,根据待合成的照片块或画像块与训练集中的照片块或画像块的相似性来约束合成权值;然后,通过交替优化方法进行权值的确定和K-近邻的选择,并更新待合成目标块;最后,合并所有估计的照片块或画像块合成目标图像。与基于邻域嵌入的画像照片合成方法相比,所提方法合成图像的结构相似度提高0.0503,脸识别准确率提高14%。实验结果表明,该方法解决了基于NE方法导致的邻域之间兼容性不强的问题,能大大减少合成图像上的噪声及变形。

    计算机软件技术
    一种移动平台儿童教育游戏的最终用户编程语言
    胡征宇, 沈备军
    2015, 35(2):  540-544.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0540
    摘要 ( )   PDF (741KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对现有移动教育游戏无法满足快速增长的移动教育需求这个问题,利用领域工程的方法和最终用户编程(EUP)的技术,研究和设计了一种最终用户编程语言Kids。首先通过对移动平台儿童教育领域进行分析识别出儿童教育游戏的游戏元素,在此基础上对该领域进行特征的提取,得到该领域的特征模型。Kids语言以特征模型为基础进行设计,能够允许老师和家长为学龄前的儿童编写移动教育游戏。同时,开发了一个Kids的编程工具,包括可视化编辑器和代码生成引擎。该工具能够支持用户更加有效地使用Kids进行可视化编程,并自动生成Android代码。实验结果表明,Kids相比其他通用语言更加简洁,大部分最终用户能够很好地利用Kids开发工具开发出简单的儿童教育游戏。

    混合粒子群算法的软件测试数据自动生成
    董跃华, 戴玉倩
    2015, 35(2):  545-549.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0545
    摘要 ( )   PDF (776KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对全连接拓扑结构的粒子群算法在生成测试数据过程中,存在收敛精度低,易陷入局部极值的问题,提出一种混合粒子群算法HPSO,并将其应用于测试数据自动生成。该算法在保证全局收敛性的前提下,对多样性匮乏的种群,首先采用定长环形拓扑结构取代粒子群的全连接拓扑结构;其次,采用轮盘赌方法选择候选解,更新粒子位置信息和速度信息;最后引入条件禁忌算法,对处于局部极值的粒子采取禁忌处理。通过实验比较表明:与基本粒子群算法(BPSO)相比,HPSO使种群多样性得到大幅度提升;在测试数据生成性能上,HPSO的搜索成功率和路径覆盖率均优于遗传算法与粒子群算法混合算法GA-PSO,而平均耗时与BPSO算法相当,性能表现优越。

    嵌入式系统硬件可靠性Copula方法建模与分析
    郭荣佐, 樊相奎, 崔冬霞, 黎明
    2015, 35(2):  550-554.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0550
    摘要 ( )   PDF (843KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    嵌入式系统硬件的可靠性是十分重要的,它直接关系到嵌入式系统的质量和寿命。为了对嵌入式系统的硬件可靠性进行分析,利用Copula方法从硬件角度和层面对其进行研究。首先从嵌入式系统硬件的组成层面对其进行抽象定义;然后从组成嵌入式系统硬件的每个功能模块出发,对每个功能模块从软硬件综合角度进行可靠性建模,同时利用Copula函数建立了嵌入式系统硬件的可靠性模型;最后对嵌入式系统硬件可靠性模型的参数进行估计,给出具体的嵌入式系统硬件可靠性计算实例,并将所建立的模型与其他类型的Copula函数进行比较。通过实例化分析和验证结果表明,得到的嵌入式系统硬件Copula函数模型是切实可行的。

    基于反汇编的智能电表软件功能检测模型
    刘金硕, 王谢兵, 陈鑫, 邓娟
    2015, 35(2):  555-559.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0555
    摘要 ( )   PDF (776KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    电力企业在智能电表的生产过程中发现制造商用于招标展示的样品表和竞标成功后大量投产的批量表存在显著差异。由于检测不足,许多投入实际使用的批量表出现工作状态异常、质量不合格的情况,对这些电表的维护造成了不必要的花费。针对此问题制定了一种智能电表软件功能检测方案,设计了一种嵌入式智能电表代码逆向模型。模型以分析智能电表核心程序从而获取系统运行特征为思路,以反汇编算法分析电表固件代码功能为手段,对嵌入式智能电表进行软件功能差异测试。模型包括固件代码提取、固件代码反汇编和软件功能比较三大模块,在反汇编模块中基于现有的线性扫描和递归遍历算法使用了一种改进的单步扫描算法(SDA)。实际应用时对智能电表批量产品和样品进行比较鉴别,对系统功能的差异测量效果明显;同时使用该模型在维护电力企业已使用电表时可控制拟投产电表与已使用电表功能和质量误差在±20%范围内。

    行业与领域应用
    以制造商为核心的复杂供应链网络多级局域世界演化模型
    孙军艳, 傅卫平, 王雯
    2015, 35(2):  560-565.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0560
    摘要 ( )   PDF (892KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    为揭示以制造商为核心的供应链网络演化规律,以BA模型和多级局域世界理论为基础,结合现实网络中节点生成与退出机制,提出了一种五级局域世界网络模型。首先,研究了以制造商为核心的供应链网络的内在特性和演化机制;其次,分析了网络的拓扑结构和演化规则,建立了仿真模型;最后,仿真分析了不同时间步以及不同临界条件下节点数量、集聚系数、度分布等网络特性参数的变化,推导出网络的演化规律。仿真结果表明:以制造商为核心的供应链网络具有无标度、高集聚性;随着时间的推进以及节点增长速度的增加,网络整体的度分布趋近于指数为3的幂律分布;网络内各级局域世界的度分布不同,二级供应商、零售商的度服从幂律分布,一级供应商和分销商的度服从指数分布,制造商的度大致服从泊松分布。

    基于WCVaR的易逝品生产分销网络优化策略
    张雷, 阳成虎, 卢梅金
    2015, 35(2):  566-571.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0566
    摘要 ( )   PDF (1090KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对需求信息概率分布部分已知下的易逝品生产-分销网络,引入最坏条件风险值(WCVaR)对易逝品的生产-分销网络进行风险度量。在考虑产品生产、物流量分配、运输路径选择等因素对生产成本、运输成本、存储成本以及缺货损失影响的基础上,建立满足一定服务水平下最坏情景网络风险值最小的优化模型,并通过最小化生产-分销网络的尾部风险损失实现易逝品生产-分销网络最佳优化策略。模型数值仿真结果表明:相比稳健优化,WCVaR方法不仅能处理更具波动的不确定,而且具有更优的稳定性;当需求变量为混合分布时,WCVaR优化模型可较好解决生产-分销网络不确定优化问题。

    微观交通仿真系统的近邻查询算法
    宋竹, 秦志光, 邓伟伟, 赵玉平
    2015, 35(2):  572-577.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0572
    摘要 ( )   PDF (898KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    为解决现有微观交通仿真系统中,由于采用基于链表的方法处理近邻查询导致的查询效率和可扩展性不高的问题,提出了一种基于B+树的近邻查询算法。该算法借鉴了数据库中近邻查询算法的思想并结合了链表结构的优点,在叶子节点维护了其存储的数据单元(即车辆)关系的索引结构,以达到快速查询车辆所在车道的前后车的目的。同时,在假设车辆随机分布的前提下,构建了一个数学模型,根据道路的属性和道路中车辆的数量,计算查询目标车辆的邻近车辆所需的最短平均查询长度,并通过此最短查询长度推导算法参数的最优值。理论分析和对比仿真实验显示,衡量该算法的主要指标:即仿真每个车辆的平均时间消耗,在三类常见的交通参数设置(正常的、较拥堵的和拥堵的)下较链表和B+树分别降低了64.2%和12.8%。仿真结果表明该算法具有良好的可扩展性,更适用于大规模微观交通仿真系统。

    人机交互中基于时间约束的人体工效模型
    周晓磊
    2015, 35(2):  578-584.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0578
    摘要 ( )   PDF (1193KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对人机交互领域速度-准确度折中关系的预测中任务完成精确度的预测模型较为欠缺的问题,提出了一种基于时间约束的精确度模型预测方法。该方法采用了人机交互研究中常用的受控实验测试分析法,研究了在计算机用户界面中要求用户在给定的时间内完成任务时,任务完成的精确度与给定的时间约束之间的折中关系,用以衡量完成时间约束任务的人体工效。实验中设计了一系列受时间约束的轨道滑动任务,实验环境中自变量包括轨道长度、轨道宽度以及规定的在轨道中滑动的时间,因变量为任务完成的精确度,采用在轨道中滑动时轨迹的纵向偏差表示。通过对30位被试者实验数据的分析发现,任务完成的精确度与轨道宽度以及滑动速度(表示为轨道长度/规定的滑动时间)之间构成线性的关系,在此基础上采用最小二乘方回归法建立了一个基于时间约束的任务完成精确度的量化模型;该模型与真实实验数据集的拟合优度达到了0.857。

    新的室内移动机器人自定位方法
    周艳聪, 董永峰, 王安娜, 顾军华
    2015, 35(2):  585-589.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0585
    摘要 ( )   PDF (837KB) ( )  
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    针对现有室内移动机器人自定位方法中存在的定位精度不高,随时间积累定位误差增大,复杂室内环境下信号存在多径效应和非视距效应等问题,提出了一种基于蒙特卡罗定位(MCL)的新的移动机器人自定位方法。首先,通过分析基于无线射频识别(RFID)技术的移动机器人自定位系统,建立机器人运动模型;然后,通过分析基于接收信号强度指示(RSSI)的移动机器人自定位系统,提出机器人移动过程的观测模型;最后,针对粒子滤波定位执行效率不高的问题,提出粒子剔除策略和依据粒子方位赋予粒子权值策略,提高系统的定位精度和执行效率。仿真实验表明,机器人在移动过程中的自定位误差在X轴和Y轴方向上为3 cm,传统定位算法误差为6cm,新算法定位精度提高近1倍,且算法具有很好的鲁棒性。

    基于特征点分类策略的移动机器人运动估计
    尹俊, 董利达, 迟天阳
    2015, 35(2):  590-594.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0590
    摘要 ( )   PDF (779KB) ( )  
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    为解决移动机器人视觉导航系统在进行机器人运动估计时使用传统运动估计算法计算时间较长而导致实时性较差的问题,提出了一种基于特征点分类策略的移动机器人运动估计方法。根据移动机器人视觉导航系统提供的特征点三维坐标计算出特征点与机器人的距离,从而将特征点分为远点与近点。远点对于机器人的旋转运动是敏感的,因此可用于计算移动机器人的旋转矩阵;近点对于机器人的平移运动是敏感的,因此可用于计算机器人的平移矩阵。仿真实验中,当远点与近点数为原特征点数目的30%时,基于特征点分类策略的运动估计计算精度与传统RANSAC算法相当,并能减少60%的计算时间。仿真结果表明,基于特征点分类策略的运动估计方法能在不降低计算精度的前提下有效减少计算时间,在特征点数目较多时也能很好地适应实时性要求。

    基于多变量LS-SVM和模糊循环推理系统的负荷预测
    胡时雨, 罗滇生, 阳霜, 阳经伟
    2015, 35(2):  595-600.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.02.0595
    摘要 ( )   PDF (961KB) ( )  
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    智能电网环境下,电力需求响应的发展给传统用电模式带来重大变化,用户可以根据电能需求结合实时电价调整用电模式,这使得负荷预测变得更加复杂。通过相似日负荷序列局部形相似计算,选取样本数据,采用多输入双输出的最小二乘支持向量机(LS-SVM),对负荷和价格进行同时预测,得到初步预测结果。考虑需求响应条件下实时电价与负荷之间的相互影响,采用基于数据挖掘技术的模糊循环推理系统模拟人的思维过程,通过挖掘电价变化量、负荷变化量等变量之间的关联规则,模拟电价与负荷预测之间存在的博弈过程,对多变量最小二乘支持向量机预测算法的初步预测结果进行循环修改,直至负荷和电价预测结果趋于稳定。多变量最小二乘支持向量机不存在容易陷入局部最优等问题,并且有良好的泛化能力,基于改进的模糊关联规则挖掘算法和循环预测控制算法具有良好的完备性和鲁棒性,能够逼近现实环境的各种可能情况,修正负荷预测结果。针对某电网的实际预测结果表明,该方法具有较好的预测效果。

2022年 42卷 11期
刊出日期: 2022-11-10
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