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于升升, 葛万成, 郭爱煌

2015, 35(5): 1205-1208. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1205

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基于李雅普诺夫(Lyapunov)优化理论的最大加权队列(MWQ)控制策略是一种可以获得队列稳定性和最优时延性能的跨层控制方法.针对终端到终端(D2D)通信业务具有实时性和时延感知低时延的要求,MWQ算法综合考虑物理层的信道状态信息(CSI)和MAC层的队列状态信息(QSI),以最大系统吞吐量为目标函数,动态地控制D2D节点的功率.提出了基于D2D通信的MWQ算法,将MWQ算法与固定功率分配算法、基于CSI算法、基于QSI算法等已有算法进行比较.仿真结果表明,MWQ算法在数据包平均到达率高于10 Mb/s时,能减少约0.5 s的平均时延;在平均时延相同时,能减少约26dB的功率.该算法具有使D2D通信保持低时延的良好性能,为实现低时延的D2D通信提供了一定的参考.

基于综合时空特性的混合式轨迹压缩算法

吴家皋, 钱科宇, 刘敏, 刘林峰

2015, 35(5): 1209-1212. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1209

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针对车辆全球卫星定位系统(GPS)中如何降低轨迹数据存储空间,提高数据分析及传送速度等问题,提出一种基于综合时空特性的混合式轨迹压缩算法.该算法一方面采用了新的综合时空特性的在线轨迹压缩策略,利用GPS数据的位置信息、时间信息、方向角、速度信息进行轨迹特征点的综合判断,以更准确地选取特征点;另一方面,采用了在线与批处理相结合的混合式轨迹压缩策略,定时采用道格拉斯批量压缩算法对在线压缩的轨迹集进行二次压缩,以提高轨迹的压缩效率.实验结果表明,较现有的时空特性压缩算法,新的综合时空特性在线轨迹压缩策略虽然在压缩率上略有下降,但压缩误差有显著减小.进一步采用混合式压缩策略后,通过选取适当的批处理时间周期,所提算法在压缩率和压缩误差上较现有的时空特性算法均有所改进.

基于节点相似性度量的社团结构划分方法

梁宗文, 杨帆, 李建平

2015, 35(5): 1213-1217. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1213

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针对复杂网络结构划分过程复杂、准确性差的问题,定义了节点全局和局部相似性衡量指标,并构建节点的相似性矩阵,提出一种基于节点相似性度量的社团结构划分算法.其基本思路是将节点(或社团)按相似性合并条件划分到同一个社团中,如果合并后的节点(或社团)仍然满足相似性合并条件,则继续合并,直到所有节点都得到准确的社团划分.实验结果表明,所提算法能成功正确地划分出真实网络中的社团结构, 性能比标签传播算法(LPA)、GN(Girvan-Newman)、CNM(Clauset-Newman-Moore)等算法优秀,能有效提高结果的准确性和鲁棒性.

新型信道自适应编码协作体制

乔莹, 贺玉成, 周林

2015, 35(5): 1218-1223. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1218

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针对传统编码协作体制在信道条件动态变化的移动场景中存在较严重的性能损失问题,提出一种码率兼容低密度奇偶校验(LDPC)码与混合自动重传请求(HARQ)协议相结合的新型自适应编码协作体制.假设信道状态信息在每次传输时发生变化,通过不等长增量冗余的自动重传,协作节点与目的节点处的等效码率随信道条件变化而获得自适应非线性调整.推导所提体制的中断概率与吞吐量等系统性能表达式,并给出理论分析及仿真结果.实验结果表明,在适当的兼容码率设计下,所提体制与传统体制和等长传输体制相比较可有效降低系统中断概率,提高系统的吞吐量,改善移动环境下协作通信系统的传输可靠性.

信息缺失条件下的相互依存网络抗毁性分析

蒋宇翔, 吕晨, 虞红芳

2015, 35(5): 1224-1229. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1224

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提出了信息缺失条件下的相互依存网络抗毁性分析方法.首先,提出了结构信息和攻击信息,在结构信息已知的情况下利用信息广度参数和信息精度参数将攻击信息的获取抽象成无放回不等概率抽样问题,以此建立攻击信息缺失模型;然后,借助生成函数和渗流理论的思想提出了在随机信息缺失和优先信息缺失条件下的相互依存网络的抗毁性分析模型.根据此模型可以得到不同情况下的渗流阈值.通过以无标度网络作为实例进行进一步的实验发现信息广度参数和信息精度参数对相互依存网络的渗流阈值影响巨大,并且信息精度比信息广度影响更大,少量的高精度节点信息等价于大量低精度节点信息;已知少量最重要的节点就可以很大程度上降低相互依存网络的抗毁性;即使是在信息缺失的条件下,相互依存网络的抗毁性依旧远低于单层网络.

认知无线电网络基于QoS的监听时间与资源联合分配

李李

2015, 35(5): 1230-1233. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1230

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以最大化所有认知无线电用户(CRU)的吞吐量为目标,同时保证每个CRU的服务质量(QoS)约束,研究了联合最优监听时间和资源分配问题,并基于此提出了一种监听时间与资源联合分配算法.在多信道认知无线电网络中,频谱监听和资源分配都会影响网络的吞吐量.兼顾二者的联合优化问题可以被分解为两个子问题:固定监听时间的资源分配问题, 以及固定资源分配策略的最优监听时间一维穷举搜索问题.提出的算法可以通过穷举搜索获得最优监听时间,并通过次梯度算法获得最优资源分配策略.仿真结果表明,提出的最优监听时间与资源分配算法可以最大化认知无线网络的吞吐量; 此外,各认知用户的QoS需求也能得到保证.

基于最佳选择的星地协作系统中断概率

陈刘伟, 梁俊, 朱巍, 张衡阳, 王轶

2015, 35(5): 1234-1237. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1234

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针对卫星信道的衰落特性和阴影效应,分析了一种星地协作系统(HSTCS),并通过对陆地卫星移动通信(LMS)信道进行分析得到其中断概率的闭环表达方法.在源节点(卫星)到目的节点(地面终端)间采用解码前传(DF)模式,目的节点将来自卫星和信噪比最大的中继节点的信号进行合并,并通过Matlab进行仿真.仿真结果表明,同直接传输相比,该系统能够通过获得分集增益,有效提高系统中断性能.

基于蝙蝠拟牛顿混合算法的无线传感器网络节点定位

于泉, 孙顺远, 徐保国, 陈淑娟, 黄艳丽

2015, 35(5): 1238-1241. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1238

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针对距离矢量-跳数(DV-Hop)算法第三阶段中最小二乘法定位精度低的问题,提出一种蝙蝠-拟牛顿混合算法与DV-Hop算法融合的定位算法.首先对蝙蝠算法进行两点改进:1)根据蝙蝠个体的适应度值自适应调节随机向量β,使得脉冲频率具有自适应能力;2)利用当前迭代之前所有最优个体的平均位置来引导蝙蝠移动,使得速度具有变异性能;然后在DV-Hop算法第三阶段采用改进蝙蝠算法得出节点的估计位置,再利用拟牛顿算法以估计位置为初始点继续搜索节点位置.仿真结果表明:相比传统DV-Hop算法和基于蝙蝠算法的DV-Hop改进算法(BADV-Hop),该算法的定位精度大约提高了16.5%、5.18%,且稳定性更好,适用于定位精度和稳定性要求较高的场合.

基于占空比控制和时延保证的传感器网络队列管理算法

曾振东, 陈霄, 孙波, 吴树鑫

2015, 35(5): 1242-1245. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1242

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为了在保证无线传感器网络时延要求的同时最小化功率消耗,提出一种基于占空比控制和时延保证的传感器网络队列管理算法(DQC).该算法根据不断变化的网络条件,为了更好地控制节点占空比和队列阈值,采用一种双向控制器,该控制器提供一种延迟通知机制,可以根据应用需求和时变时延要求为每个节点确定一个适当的休眠时间和队列长度,并基于控制理论推导出双向控制器的稳定状态,获得了保证稳定状态的渐近稳定控制参数的条件.实验仿真结果表明,相比基于自适应占空比控制的算法和基于拥塞性能改进的队列管理机制,所提算法在端至端延迟时间上分别缩短了38.8%和36.0%的时间,平均功率消耗分别减少了46.5mW和27.5mW,在延迟时间的控制和能量效率的提升上表现出了更好的性能.

基于增广链修复的最大流求解算法

赵礼峰, 严子恒

2015, 35(5): 1246-1249. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1246

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NW小世界网络及BA无标度网络是现实中常见的两种网络,这两种网络中任意两点之间有极大可能存在多条路径,若舍弃饱和增广链并重新寻找增广链,则效率不高,因此针对网络的这一特性提出了一种增广链修复的最大流求解算法.该算法沿最短增广链调整流量后,保留路径上残余的非饱和弧,并用贪心法则选择合适的中继节点修复断开的增广链,提高增广链使用效率.通过对NW小世界网络和BA无标度网络建模仿真,得到并验证了所提算法在这两种网络上的运行速度数倍于Ford-Fulkerson算法且其空间复杂度仅有Dinic算法的一半,因此所提算法能够高效处理更大规模网络流问题,以适应日益膨胀的通信网络和交通运输网络.

基于结构进化的无限冲激响应数字滤波器设计方法

毛军勇, 陈立家, 刘名果

2015, 35(5): 1250-1254. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1250

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针对传统无限脉冲响应(IIR)数字滤波器设计方法存在传输函数在整个设计阶段可能不是最优的问题,提出一种基于遗传算法结构进化的IIR数字滤波器生成方法.该方法直接设计滤波器结构,无需设计传输函数.首先,随机建立一组滤波器结构生成指令序列(SGIS).这些指令序列不仅能控制滤波器结构,也能表示滤波器结构.然后,对这些指令序列进行编码,将它们看作染色体; 最后用遗传算法优化这些染色体,得到最优滤波器.理论分析和实验仿真表明,与传统基于遗传算法系数进化的IIR滤波器方法相比,基于遗传算法结构进化的IIR滤波器通带波纹缩小40.58%,过渡带宽度缩小87.62%,阻带最小衰减减少9.22%.

使用确定随机Petri网对Hadoop公平调度的建模和性能分析

何华, 林闯, 赵增华, 庞善臣

2015, 35(5): 1255-1261. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1255

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由于Hadoop能在同一时间处理多个用户提交的不同作业的多个任务,这使得用传统的方法对其进行建模和性能分析变得十分困难.为了解决这个问题,基于马尔可夫排队模型M/MMDP/C/K建立了一个随机Petri网(SPN)模型和一个确定随机Petri网(DSPN)模型来分别描述Hadoop调度中的数据状态和作业公平调度.通过设置DSPN中的使动谓词和随机开关来建模Hadoop公平调度和YARN公平调度.使用嵌入的马尔可夫链模型来分析单用户情景,而在分析多用户情景时则引入分解和迭代技术来减小模型的状态空间,从而避免产生状态爆炸问题.研究侧重于Hadoop中作业调度的平均性能,仅通过求解提出的分析模型,就可以对比和分析服务质量(QoS)的一些关键指标,如平均吞吐量、平均队列长度和平均时延.采用Matlab进行仿真:当每秒到达任务数大于等于20时,YARN算法的数据积压和平均时延明显少于公平算法;当每秒到达任务数大于等于30时,YARN算法的平均吞吐量明显高于公平算法.实验结果表明,YARN公平算法能够减少平均处理和排队等待时间,在平均吞吐量、平均队列长度和平均时延上明显优于公平算法.

基于软件定义网络的IaaS虚拟机通信访问控制方法

韩贞阳, 陈兴蜀, 胡亮, 陈林

2015, 35(5): 1262-1266. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1262

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针对云计算基础设施即服务(IaaS)平台所面临的虚拟机网络通信访问控制问题,提出了一种可适于IaaS平台的虚拟机通信访问控制方法.该通信访问控制方法基于软件定义网络(SDN),实现针对虚拟机通信的L2~L4层访问控制.实验结果表明:该通信访问控制方法能够有效实现对租户虚拟机通信的灵活访问控制,保障IaaS平台中租户网络的安全.

物联网环境下基于上下文的Hadoop大数据处理系统模型

李敏, 倪少权, 邱小平, 黄强

2015, 35(5): 1267-1272. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1267

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针对物联网环境下异构大数据处理实时性低的问题,探讨了基于Hadoop框架实现数据处理与持久化的方法,提出了一种基于"上下文"的Hadoop大数据处理系统模型HDS,HDS利用Hadoop框架完成数据并行处理与持久化,将物联网环境下异构数据抽象为"上下文"作为HDS处理对象;并提出了"上下文距离""上下文邻域系统(CNS)"的定义;对于Hadoop框架本身数据处理实时性不高的问题,HDS在设计上增加了"上下文队列(CQ)"作为辅助存储来提高数据处理实时性;利用"上下文"的时空特性,建立了用户请求"上下文邻域系统"对任务进行重组.以成品油配送车辆调度问题为例,利用MapReduce并行实验对HDS的数据处理与实时性能进行了验证与分析.实验结果表明,在物联网环境下,HDS不仅在大数据处理性能上较传统单点处理模型(SDS)具有明显优势,在实验环境中10台服务器的情况下,其计算性能能够超过SDS 200倍以上;同时也验证了CQ作为辅助存储能够有效提高数据处理实时性,在10台服务器环境下,其数据处理实时性能够提高270倍以上.

改进的狭长空间中加权质心定位算法

刘勇, 张锦龙, 张彦波, 王韬

2015, 35(5): 1273-1275. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1273

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针对目前狭长空间环境中信号多路径效应明显、传感器节点定位精度不足等情况,提出了一种基于信号接收强度(RSSI)的加权质心定位算法.该算法根据狭长带状区域环境特点部署信标节点,通过相邻信标节点的实际距离和信号接收强度,动态获取周围环境的路径衰落指数,提高RSSI测距算法的环境适应能力;根据当前环境改进加权质心算法的加权因子,引入修正因子,进一步提高算法的定位精度.理论分析和仿真结果表明,该算法设计优化,适应于狭长空间环境,宽度分别为3 m、5 m、8 m、10 m,信标节点的个数为10的巷道环境中,其定位计算精度比传统加权质心算法分别提高了22.1%、19.2%、16.1%、16.5%,稳定性分别提高了23.4%、21.5%、18.1%、15.4%.

面向海量空间数据存储的元数据管理机制

杨文晖, 李国强, 苗放

2015, 35(5): 1276-1279. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1276

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为了有效管理海量空间数据存储的元数据,引入了一种基于一致性哈希的分布式元数据服务器管理架构,并在此基础上提出了一种元数据轮式备份策略,将经过一致性哈希算法散列后存储元数据的节点按轮转方式进行数据备份,有效缓解了元数据管理的单点问题与访问瓶颈.最后对轮式备份策略进行测试,得出最佳元数据节点个数备份方案,与单点元数据服务器相比提高了元数据的安全性,降低了访问延迟,并结合虚拟节点改善了分布式元数据服务器的负载均衡.

基于图染色理论和遗传蜂群算法的并行测试任务调度

吴勇, 王雪, 赵焕义

2015, 35(5): 1280-1283. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1280

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针对并行测试中任务优化调度这一关键性问题,提出了一种图染色理论和遗传蜂群算法相结合的任务调度优化算法.首先,建立了基于图染色理论的并行测试任务关系模型,用图来描述测试任务占用仪器资源的情况;然后, 在测试任务关系模型的基础上,将遗传算法特有的交叉、变异操作与人工蜂群(ABC)算法相结合搜索最优解,能够有效避免算法早熟并且加速算法收敛;最终得到并行度最大的任务分组方案.经仿真验证,所提方法能有效地实现并行测试,提高自动测试系统的测试效率.

云计算平台异常行为检测系统的设计与实现

于红岩, 岑凯伦, 杨腾霄

2015, 35(5): 1284-1289. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1284

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针对传统网络安全设备对云计算平台中虚拟机内部发生的蠕虫病毒、地址解析协议(ARP)广播攻击等异常行为失效的问题,设计了基于VMware的云计算平台下异常行为检测技术架构,提出了云计算下有特征码的蠕虫病毒异常行为检测,和基于突变理论的无特征码的异常行为检测,并针对两种异常行为提出了"侦测—隔离—治愈—恢复"智能处理云安全机制.系统融合云计算下异常行为检测,云计算下事件与防卫管理,和云计算下ARP广播检测三种功能于一体.实验结果表明,系统能实时提供云计算环境下异常行为的采集及分析,每隔5秒自动刷新实时流量资料,且吞吐量可达到640 Gb的处理能力,能够将被保护链路中异常流量所占用带宽降至总拥有带宽的5%以下,解决了云计算下的异常行为检测和防护问题.

分布式系统中局部处理机的设计与实现

魏敏, 刘以安, 吴鸿雁

2015, 35(5): 1290-1295. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1290

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针对企业生产过程中存在大量原始数据需要实时处理的问题,设计并实现了一个基于自定义架构的局部处理机.在设计之初以Hadoop的并行架构为参考,对MapReduce的工作原理和缓存方式进行了分析,在此基础上根据实际生产环境设计了一个"多类线程协同处理"的程序架构,并辅以两类自定义的数据缓存方式,保证了分布式系统中的局部处理机在接收、计算、上传各环节的并发性和正确性.该系统投入实际生产并连续使用一年有余,实现了将企业多个车间生成的原始数据进行实时处理的预期目标,具有很好的稳定性、有效性和可扩展性.实际应用结果表明,自定义的程序架构和有效的缓存方式能实现大量数据的同步处理及分析.

多核CPU下的K-means遥感影像分类并行方法

吴洁璇, 陈振杰, 张云倩, 骈宇哲, 周琛

2015, 35(5): 1296-1301. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1296

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针对海量遥感影像快速分类的应用需求,提出一种基于K-means算法的遥感影像并行分类方法.该方法结合CPU下进程级与线程级模式的并行特征,设计融合进程级与线程级并行的两阶段数据粒度划分方法和任务调度方法,在保证精度的基础上实现并行加速.利用大数据量的多尺度遥感影像进行实验,结果表明:所提并行方法可大大减少遥感影像的分类时间,取得了良好的加速比(13.83),并可达到负载均衡,从而解决了大区域遥感影像快速分类的问题.

基于宽度优先搜索的K-medoids聚类算法

颜宏文, 周雅梅, 潘楚

2015, 35(5): 1302-1305. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1302

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针对传统K-medoids聚类算法对初始值敏感、中心点随机选择以及聚类精度不够高等缺点,在粒计算有效初始化的基础上,提出中心点宽度优先搜索策略. 首先,利用粒计算初始化获取K个有效粒子,遴选该K个粒子所对应的K个中心点作为K个初始中心点;然后,根据对象间的相似性分别对K个粒子中的对象建立以中心点为根节点的相似对象二叉树,通过宽度优先搜索遍历二叉树迭代出最优中心点, 同时采用簇间距离和簇内距离优化准则函数. 实验结果表明,所提算法在UCI中Iris和Wine标准数据集中测试,在有效缩短迭代次数的同时保证了算法聚类准确率.

优化的支持向量机集成分类器在非平衡数据集分类中的应用

章少平, 梁雪春

2015, 35(5): 1306-1309. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1306

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传统的分类算法大都建立在平衡数据集的基础上,当样本数据不平衡时,这些学习算法的性能往往会明显下降.对于非平衡数据分类问题,提出了一种优化的支持向量机(SVM)集成分类器模型,采用KSMOTE和Bootstrap对非平衡数据进行预处理,生成相应的SVM模型并用复合形算法优化模型参数,最后利用优化的参数并行生成SVM集成分类器模型,采用投票机制得到分类结果.对5组UCI标准数据集进行实验,结果表明采用优化的SVM集成分类器模型较SVM模型、优化的SVM模型等分类精度有了明显的提升,同时验证了不同的bootNum取值对分类器性能效果的影响.

基于情感角色模型的文本情感分类方法

胡杨, 戴丹, 刘骊, 冯旭鹏, 刘利军, 黄青松

2015, 35(5): 1310-1313. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1310

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针对传统情感分类方法因情感项指向不明引发的误判和隐藏观点遗漏等问题,提出一种基于评价对象情感角色模型的文本情感分类方法.该方法首先识别文本中的潜在评价对象,通过局部语义分析对潜在评价对象所在语句进行情感标注,确定潜在评价对象所在语句的正负极性,并定义其情感角色;然后,改进特征权值计算方法,将情感角色对应的倾向值融入模型特征空间中;最后,通过特征聚合对特征空间实现模型降维.实验结果表明,所提方法与提取强主观性情感项作为特征的情感分类方法相比,分类准确率约提高3.2%,可有效改善文本情感分类效果.

基于多元判别分析的汉语句群自动划分方法

王荣波, 李杰, 黄孝喜, 周昌乐, 谌志群, 王小华

2015, 35(5): 1314-1319. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1314

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针对目前句群划分工作缺乏计算语言学数据支持、忽略篇章衔接词的问题以及当前篇章分析较少研究句群语法单位的现象,提出一种汉语句群自动划分方法.该方法以汉语句群理论为指导,构建汉语句群划分标注评测语料,并且基于多元判别分析(MDA)方法设计了一组评价函数J,从而实现汉语句群的自动划分.实验结果表明,引入切分片段长度因素和篇章衔接词因素可以改善句群划分性能,并且利用Skip-Gram Model比传统的向量空间模型(VSM)有更好的效果,其正确分割率P_μ 达到85.37%、错误分割率WindowDiff降到24.08%.同时该方法在句群划分任务上有更大的优势,比传统MDA方法有更好的句群划分效果.

融合情感过滤的突发事件检测方法

费绍栋, 杨玉珍, 刘培玉, 王健

2015, 35(5): 1320-1323. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1320

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针对微博等自媒体平台中,突发事件存在的突发性、多爆发点,给突发事件检测带来困难,提出一种整合用户情感过滤的突发事件检测方法.该方法首先将话题映射为层次模型,以时序驱动的方式动态调整模型特征,探测信息新话题.以此为基础分析用户对该话题所持有的情感态度,依据用户的情感态度将话题划分为正面和负面情感倾向两类,并将饱含负面情感倾向的话题视为突发话题.实验证明,无论是准确率还是查全率所提方法均比baseline提高约10%以上.

在推荐系统中利用时间因素的方法

范家兵, 王鹏, 周渭博, 燕京京

2015, 35(5): 1324-1327. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1324

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针对传统推荐算法忽略时间因素的问题,根据个体用户短期行为的相似性,利用时间衰减函数计算项目间相关关系,提出基于用户兴趣的项目关联度; 将其用于项目相似度的计算,提出基于用户兴趣的项目相似度; 同时基于项目关联度对ItemRank算法进行改进,提出一种结合时间因素的TItemRank算法.实验结果表明, 利用项目关联度对推荐算法进行改进时,在推荐项目数较少的情况下能够明显地改善推荐效果.特别地,在推荐项目数为20时,基于用户兴趣的项目相似度相比余弦相似度和Jaccard相似度,推荐准确率分别提高了21.9%、6.7%; 在推荐项目数为5时,TItemRank算法相比ItemRank算法推荐准确率提高2.9%.

融合显/隐式反馈的协同排序算法

李改

2015, 35(5): 1328-1332. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1328

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之前有关协同排序算法的研究没有充分利用数据集中信息的问题,要么只侧重于研究显式评分数据,要么只侧重于研究隐式评分数据,目前还没有人运用排序学习的思想把二者结合起来进行研究.针对之前研究的不足,在最新的扩展的少即是好协同过滤(xCLiMF)模型和最经典的变形的奇异值分解(SVD++)算法的基础上,提出了一种融合显/隐式反馈的协同排序算法MERR_SVD++来直接优化排序学习的评价指标ERR.在实际数据集上实验验证,与经典的xCLiMF、Cofi排序(CofiRank)、PopRec、Random算法相比,MERR_SVD++算法在归一化折损累积增益(NDCG)和预期的相关性排序(ERR)这两个评价指标下性能均提高了25.9%以上,而且算法运算时间与评分点个数线性相关.由于MERR_SVD++算法推荐精度高、可扩展性好,因此适用于处理大数据,在互联网信息推荐领域具有广泛的应用前景.

朴素差分进化算法

汪慎文, 张文生, 秦进, 谢承旺, 郭肇禄

2015, 35(5): 1333-1335. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1333

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针对变异算子学习方式的单一性,提出一种朴素变异算子,其基本思想是向优秀的个体靠近,同时远离较差个体,其实现方式是设计一种缩放因子调整策略,如果三个随机个体在某维上比较接近,则缩放因子变小,反之变大.在实验过程中通过平均适应度评价次数、成功运行次数和加速比等指标表明,基于朴素变异算子的差分进化算法能有效提高算法的收敛速度和健壮性.

具有反向学习和自适应逃逸功能的粒子群优化算法

吕莉, 赵嘉, 孙辉

2015, 35(5): 1336-1341. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1336

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为克服粒子群优化算法进化后期收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点,提出一种具有反向学习和自适应逃逸功能的粒子群优化算法.通过设定的阈值,算法将种群进化状态划分为正常状态和"早熟"状态: 若算法处于正常的进化状态,采用标准粒子群优化算法的进化模式;当粒子陷入"早熟"状态,运用反向学习和自适应逃逸功能,对个体最优位置进行反向学习,产生粒子的反向解,增加粒子的反向学习能力,增强算法逃离局部最优的能力,提高算法寻优率.在固定评估次数的情况下,对8个基准测试函数进行仿真,实验结果表明:所提算法在收敛速度、寻优精度和逃离局部最优的能力上明显优于多种经典粒子群优化算法,如充分联系的粒子群优化算法(FIPS)、基于时变加速度系数的自组织分层粒子群优化算法(HPSO-TVAC)、综合学习的粒子群优化算法(CLPSO)、自适应粒子群优化算法(APSO)、双中心粒子群优化算法(DCPSO)和具有快速收敛和自适应逃逸功能的粒子群优化算法(FAPSO)等.

改进离散粒子群算法求解柔性流水车间调度问题

徐华, 张庭

2015, 35(5): 1342-1347. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1342

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针对以最小化完工时间为目标的柔性流水车间调度问题(FFSP),提出了一种改进离散粒子群(DPSO)算法.所提算法重新定义粒子速度和位置的相关算子,并引入编码矩阵和解码矩阵来表示工件、机器以及调度之间的关系.为了提高柔性流水车间调度问题求解的改进离散粒子群算法的初始群体质量,通过分析初始机器选择与调度总完工时间的关系,首次提出一种基于NEH算法的最短用时分解策略算法.仿真实验结果表明,该算法在求解柔性流水车间调度问题上有很好的性能,是一种有效的调度算法.

具有Levy飞行特征的双子群果蝇优化算法

张前图, 房立清, 赵玉龙

2015, 35(5): 1348-1352. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1348

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针对果蝇优化算法(FOA)易陷入局部最优和收敛精度不高等缺点,在果蝇算法中引入Levy飞行策略,提出了具有Levy飞行特征的双子群果蝇优化算法(LFOA).在迭代寻优过程中,根据果蝇种群的进化程度动态地将果蝇种群划分为以当代最差个体为中心的较差子群和以当代最优个体为中心的较优子群;较差子群在最优个体指导下进行全局搜索,较优子群则围绕最优个体做Levy飞行进行局部搜索,这样既平衡了种群的全局和局部搜索能力,同时又可以利用Levy飞行偶尔的长跳跃来跳出局部最优;两个子群的信息通过最优个体的改变和子群的重组进行交换.对6个典型测试函数的仿真实验表明,LFOA具有全局收敛的能力,相比FOA具有更好的收敛精度、收敛速度和收敛可靠性.

基于距离参数化的混合坐标系下平方根容积卡尔曼滤波纯方位目标跟踪

周德云, 章豪, 张堃, 张凯, 潘潜

2015, 35(5): 1353-1357. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1353

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针对纯方位单站目标跟踪中观测方程非线性且易受滤波初值影响的问题,提出了一种距离参数化混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法.该滤波算法首先将平方根容积卡尔曼滤波算法应用于混合坐标系,比直角坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波算法能得到更好的跟踪效果;接着将距离参数化思想和混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波算法结合,消除了距离信息不可测对跟踪效果的影响.仿真结果表明,该滤波算法虽略微提升了计算复杂度,但其鲁棒性和滤波精度均有大幅度的提高.

具有随机通信时延的二阶多智能体系统的一致性控制

宗鑫, 崔艳

2015, 35(5): 1358-1360. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1358

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研究了具有随机通信时延的二阶多智能体系统的一致性控制问题.分别讨论了具有固定拓扑结构和变化拓扑结构两种情形下二阶多智能体系统在具有随机通信时延情况下的一致性问题.通过构造Lyapunov函数的方法得到多智能体系统的时延依赖稳定判据,并以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了系统稳定的条件.最后,仿真和实验结果验证了研究所得结论的正确性和有效性.

基于ε-支持向量回归理论的区域交通信号智能控制

游子毅, 陈世国, 王义

2015, 35(5): 1361-1366. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1361

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城市交通信号控制是当前智能交通领域的研究热点之一.针对区域交通信号协同控制的实时性和准确性,提出一种基于ε-支持向量回归(SVR)非线性回归理论的智能控制方法(ICSRTS).该方法在无线传感网络结构的基础上结合已有的数据汇聚算法,并采用分簇策略将区域交通控制系统建模成一类集成信息调度与控制的离散切换系统.在离散切换系统中,不仅考虑了数据包传输的网络时延和丢包率,而且观测器利用改进的ε-SVR训练方法实现对多数据源融合的交通信号状态的在线预测并通过控制器进行总体协调控制.运用Lyapunov 函数方法验证了该系统的渐近稳定性及其可调度性. 仿真结果表明,ICSRTS方法相比普通模糊神经网络控制和普通ε-SVR预测算法在交叉口平均延误时间方面具有较好的性能.因此,该方法能实时、有效地对区域交通信号进行协调控制,从而减少了区域内的交通拥堵和能源消耗.

基于反馈教学优化算法的混沌系统参数辨识

李瑞国, 张宏立, 王雅

2015, 35(5): 1367-1372. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1367

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针对传统智能优化算法对混沌系统参数辨识精度低、速度慢的问题,提出一种基于反馈教学优化算法的混沌系统参数辨识的新方法.该方法以教学优化算法为基础,在教授-学习阶段之后加入反馈阶段,同时将参数辨识问题转化为参数空间上的函数优化问题.分别以三维二次自治广义Lorenz系统、Jerk系统和Sprott-J系统为待辨识模型,对粒子群优化算法、量子粒子群优化算法、教学优化算法及反馈教学优化算法进行了对比实验,反馈教学优化算法辨识误差为零,搜索次数明显减少.仿真结果表明,反馈教学优化算法明显提高了混沌系统参数辨识精度和速度,验证了该算法的可行性和有效性.

基于消息序列图的协议交互过程构建方法

石旺, 杨英杰, 唐慧林, 董丽鹏

2015, 35(5): 1373-1378. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1373

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为了有效掌握协议的交互行为,提出一种基于消息序列图的协议交互过程自动构建方法.首先,根据协议交互过程的特点,定义依赖关系图来表示消息序列中事件的偏序关系,将网络流转换为依赖关系图;然后,使用基本消息序列描述协议的交互行为片段,通过定义事件最大后缀来挖掘基本消息序列;最后,搜索出最大依赖关系图并将其连接合并,构建出消息序列图.实验结果表明,该方法具有较高的准确性,构建出的消息序列图可以直观地表示协议的交互过程.

基于多元异构网络安全数据可视化融合分析方法

张胜, 施荣华, 赵颖

2015, 35(5): 1379-1384. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1379

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随着现代网络安全设备日益丰富,安全日志呈现多元异构趋势.针对日志数据量大、类型丰富、变化快等特点,提出了利用可视化方法来融合网络安全日志,感知网络安全态势.首先,选取了异构安全日志中有代表性的8个维度,分别采用信息熵、加权法、统计法等不同算法进行特征提取;然后,引入树图和符号标志从微观上挖掘网络安全细节,引入时间序列图从宏观展示网络运行趋势;最后,系统归纳图像特征,直观分析攻击模式.通过对VAST Challenge 2013竞赛数据进行分析,实验结果表明, 该方法在帮助网络分析人员感知网络安全态势、识别异常、发现攻击模式、去除误报等方面有较大的优势.

车载自组织网中条件隐私保护认证方案

刘丹, 石润华, 仲红, 张顺, 崔杰, 许艳

2015, 35(5): 1385-1392. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1385

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针对车载自组织网(VANET)中身份认证的隐私保护问题,提出了一种车载网中条件隐私保护认证方案.首先,引入短签名技术,构造了一个新的基于身份的短签名方案.与主流方案CPAS相比,该方案降低了签名和验证过程所需的计算开销,提高了通信效率; 其次,将签名者的私钥分成相互关联的两部分,有效地解决密钥托管问题,适合于车载自组织网环境; 进而基于新的签名方案,提出了一种车载网中条件隐私保护认证方案,实现了条件隐私保护的身份认证功能.经理论和效率分析表明,所提方案在签名过程只需3次点乘运算,而在验证过程只需1次点乘和2次配对运算,所耗计算量少.特别地,所提方案使用加入小系数检测的批认证方法,不仅提高了认证速度还降低了误接受率.

基于因子加权的网络安全态势感知方法

文志诚, 曹春丽

2015, 35(5): 1393-1398. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1393

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针对目前安全态势感知(SA)范围局限、信息来源单一、时空复杂度较高且准确性偏差较大等问题,提出了一个全方位因子加权感知网络安全态势框架,充分考虑了多信息源与多层次异构信息融合,从整体动态上展示出网络当前安全状况,准确地反映了网络安全态势.最后利用网络实例数据,对所提出的因子加权的网络安全态势感知模型和算法进行了验证,实验结果表明了所提方法的正确性.

非平衡网络环境下基于身份的组密钥交换协议

袁思敏, 马传贵, 相生奇

2015, 35(5): 1399-1405. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1399

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针对参与者计算能力不均衡的非平衡无线网络环境,首先对基于身份的群组认证密钥协商(ID-AGKA)协议进行安全性分析,指出该协议不能抵抗临时密钥泄露攻击; 随后通过对该协议签名的生成方式进行改进,使得改进的协议不仅在安全性上有所提高,而且能有效减少计算代价和通信代价,因此更适用于非平衡无线网络; 同时,协议采用了指定验证者签名,能有效地解决签名者的隐私问题; 此外,对非平衡网络中群组密钥协商协议的动态机制进行改进,通过高能量节点合理利用用户动态变化前计算的信息来减少低能量节点不必要的计算,这一改进能极大减少低能量节点的计算代价,更符合实际需求; 最后,在随机预言模型中基于整除判定性Diffie-Hellman(DDDH)假设证明了改进的群组密钥协商(GKA)协议的安全性.

面向物理不可克隆函数的可靠性与随机性增强技术

湛霍, 林亚平, 张吉良, 唐彬

2015, 35(5): 1406-1411. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1406

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传统的基于环形振荡器物理不可克隆函数(RO-PUF)因温度、电压、器件老化等影响,存在着物理不可克隆函数(PUF)输出不稳定的可靠性问题以及振荡器频率不随机分布的安全性问题.针对PUF可靠性问题,提出一种类斜率频率补偿方案.该方案通过测量出温度与振荡器频率的线性关系,再选择与不稳定输入输出响应对(CRP)中相同线性关系的其他振荡器相互补偿,使得不稳定CRP输出可靠响应.针对PUF的安全性问题,提出一种基于平均值绝对差的方案.该方案首先测量出每块芯片上振荡器的平均频率,其次再多次过滤相应振荡器的平均值得到随机的剩余频率,最终PUF的输出响应能够服从随机分布.分析与实验结果表明,该方案能有效提高RO-PUF安全性与可靠性.

嵌入式系统芯片中SM2算法软硬件协同设计与实现

钟丽, 刘彦, 余思洋, 谢中

2015, 35(5): 1412-1416. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1412

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针对现有的椭圆曲线算法系统级设计中开发周期长,以及不同模块的性能开销指标不明确等问题,提出一种基于电子系统级(ESL)设计的软硬件(HW/SW)协同设计方法.该方法通过分析SM2(ShangMi2)算法原理与实现方式,研究了不同的软硬件划分方案,并采用统一建模语言SystemC对硬件模块进行周期精确级建模.通过模块级与系统级两层验证比较软硬件模块执行周期数,得出最佳性能划分方式.最后结合算法控制流程图(CFG)与数据流程图(DFG)将ESL模型转化为寄存器传输级(RTL)模型进行逻辑综合与比较,得出在180 nm CMOS工艺,50 MHz频率下,当算法性能最佳时,点乘模块执行时间为20 ms,门数83 000,功耗约2.23 mW.实验结果表明所提系统级架构分析对基于椭圆曲线类加密芯片在性能、面积与功耗的评估优势明显且适用性强,基于此算法的嵌入式系统芯片(SoC)可根据性能与资源限制选择合适的结构并加以应用.

基于经验模式分解的音频水印算法

武朋辉, 杨百龙, 赵文强, 郭文普

2015, 35(5): 1417-1420. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1417

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针对传统基于经验模式分解(EMD)的音频水印算法鲁棒性不强的问题,提出一种基于固有模态函数(IMF)极值的盲音频水印算法.首先对音频信号进行分帧,每个音频帧经过EMD后得到IMF; 接着利用均匀量化的方法将水印信息和同步码嵌入到最后一个IMF的极值中.所提算法的数据嵌入率是46.9~50.3 b/s,且携水印音频保持了原始音频的感知质量.对携水印音频进行加噪、MP3压缩、重新采样、滤波、剪切和重采样攻击后,提取出的水印信息变化不大,算法鲁棒性较好.与时间域和小波域算法相比,提出的算法在保证高数据嵌入率的同时,可以抵抗32 kb/s的MP3压缩攻击.

指令集仿真器的关键技术

付琳, 胡锦, 梁利平

2015, 35(5): 1421-1425. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1421

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为适应嵌入式系统开发中对指令集仿真器仿真速度的要求,提出一种改进的指令集仿真技术.该技术在现有的静态多核仿真器基础上引入指令预处理、动态译码缓存、多线程C函数生成和动态调度运行等技术,以实现对仿真器性能的优化.该技术已成功应用于中国科学院微电子所自主研发的IME-Diamond DSP处理器的多核指令集仿真器OPT-ISS中.实际应用程序测试结果表明,该技术在仿真速度提升方面有明显效果.

基于反馈控制的嵌入式实时系统调度算法设计

邓腾, 戴紫彬, 张立朝, 吴雪涛

2015, 35(5): 1426-1429. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1426

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针对嵌入式实时系统在系统负载模型不确定的情况下系统的实时任务错过率过高以及调度稳定性差的问题,提出了一个基于反馈控制的调度模型.该模型主要由改进的多级队列调度器和3个控制器(准入控制器、执行等级控制器、比例积分微分(PID)控制器)组成.任务的错过率偏差反馈到PID控制器,产生相应的调整量并作用于其他两个控制器,对实时任务的执行等级进行调整, 经过调整的任务被调度器调度执行.在对模型中每个部件进行了一些结构调整和改进设计之后,将该调度模型应用于嵌入式可配置操作系统(eCos)中.实验结果表明,该模型降低了任务的时限错过率,同时解决了系统频频超载的问题.

融合多层平截的数字散斑图像整像素极值位移法

张彩宏, 潘广贞, 杨剑, 刘婷

2015, 35(5): 1430-1434. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1430

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针对数字散斑图像的极值位移测量法存在的极值点对误匹配问题,提出一种改进的整像素极值位移法.首先通过极值法查找移动前后散斑图的极值点,构造极值矩阵,生成三维显示图; 然后利用多个指定灰度平面平截三维显示图,得到平截点;最后分析平截点构成的相对位移矩阵,计算物体位移.在无噪声和有噪声的条件下进行仿真实验,实验结果都证明,改进算法在保证位移测量精度准确的条件下,极值点对误匹配数减少,运算效率提高10³倍.将该算法应用到激光鼠标定位中,移动位移分辨力可达1μm,移动方向的角度误差不超过2.72°.结论证明,融合多层平截的激光散斑图像极值位移法是一种快速、高效、实用的改进算法.

基于暗原色理论和自适应双边滤波的煤矿尘雾图像增强算法

杜明本, 陈立潮, 潘理虎

2015, 35(5): 1435-1438. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1435

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针对煤矿井下存在大量煤尘、水雾导致获取的视频图像伴有大量的噪声、分辨率低、模糊的问题,提出了一种基于暗原色理论和自适应双边滤波的煤矿尘雾图像增强算法.基于暗原色先验理论,采用自适应双边滤波代替softmatting过程来求取精细透射率图,并根据煤矿井下特殊环境,从新的角度求取全球大气光值、粗略透射率图,并根据图像退化模型实现图像的去噪.实验结果表明,对于分辨率为1024×576的图像处理时间为1.9s,与He算法(HE K, SUN J, TANG X. Single image haze removal using dark channel prior. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2011,33(12):1-13.)相比,运行效率提高了5倍.与直方图均衡法等算法相比,所提算法有效增强了图像细节、边缘,整体上更加适合人类视觉和视频监控的要求.

基于后处理的实时景深模拟与应用

曹彦珏, 安博文, 李启明

2015, 35(5): 1439-1443. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1439

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针对虚拟现实系统中的景深模拟问题,提出了一种改进的基于图形处理器(GPU)的后处理景深模拟算法.该算法在场景渲染时将全分辨率纹理图存入离屏缓存区,利用该离屏缓存区的Alpha通道输出每个像素的线性化深度信息;对这个全渲染的场景纹理图作下采样处理,得到原图像1/16大小的图像;对下采样后的场景纹理进行可分离二维高斯滤波,生成模糊的场景纹理图;通过泊松采样方法,在弥散圈内将两幅纹理图基于线性化深度信息进行融合,模拟出了景深效果.最后将该算法应用于一个海上搜救虚拟现实系统.实验结果表明,所提算法较好地仿真了景深效果,改善了传统后处理滤波算法的深度连续性差、亮度扩散等问题,并能满足实时交互需求.

单幅圆形鱼眼图像的校正

张军, 王志舟, 杨正瓴

2015, 35(5): 1444-1448. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1444

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针对有效圆域提取不准确以及传统柱面投影校正法在垂直方向上校正视场角不能达到180°的问题,分别提出了变角度线扫描法和纵向压缩柱面投影校正法.前者通过不断改变扫描线的倾斜角来寻找切点坐标,并对无效切点进行滤除,然后使用Kasa圆拟合法求取有效圆域的参数.后者则对传统柱面投影的光路进行了人为的弯折,从而把投影到无穷远点的光线压缩回柱面上,保留了图像有效信息.通过与经纬映射校正法以及墨卡托投影法的实验处理结果对比,纵向压缩柱面投影法能弱化校正图像边缘的拉伸模糊效应,使处理结果更加自然.

基于短距离优先加权均值的Stoilov改进算法

刘婷, 潘广贞, 杨剑, 张彩宏

2015, 35(5): 1449-1453. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1449

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在使用均值滤波算法修复Stoilov相移算法中出现的奇异点时,会损失相位的细节信息,从而导致计算出的相位存在误差.针对这一问题,提出一种基于短距离优先选择原则的加权均值修正算法.首先,采用统计逼近的原则标记出奇异点;其次,采用短距离优先原则为每个奇异点构造最近邻滤波窗口,窗口的范围依非奇异点个数和当前所能取得的最短距离的情况而定;最后,用窗口中满足要求的非奇异点的加权平均值代替奇异点,实现对奇异点的修正.仿真与实验结果表明,该方法使窗口划分更加细致,能有效去除脉冲噪声,在相位分布细节处理上更具优势,且使得误差均方根低于0.06cm.

Catmull-Clark细分网格数据点拾取

张湘玉, 马希青

2015, 35(5): 1454-1458. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1454

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针对将OpenGL选择拾取机制直接作用于Catmull-Clark细分网格数据点的拾取,可能会因细分网格数据量过大而导致名字堆栈溢出的问题,借鉴细分曲面求交的思想,提出一种新的细分网格数据点拾取方法.该方法通过提取拾取对象的邻域网格并进行局部细分,将对细分任意层次上网格数据点的拾取转化为对初始控制网格以及在达到细分层次要求以前每一次局部细分网格点、边、面的拾取和对最后一次局部细分网格数据点的拾取.采用多个拾取算例进行对比分析实验,当细分网格顶点数量较多时,所给拾取方法的拾取命名对象总量和拾取时间都远小于传统OpenGL选择拾取方法.实验结果表明,所给拾取方法能快速准确实现细分网格数据点的拾取,尤其适用于数据量较大的复杂细分模型,可有效避免因拾取名字堆栈溢出而导致的拾取错误.

基于统计特性随机森林算法的特征选择

宋源, 梁雪春, 张然

2015, 35(5): 1459-1461. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1459

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针对由静息态功能磁共振成像(R-fMRI)得到的脑功能连接矩阵数据运用传统特征选择方法处理的结果,存在特征冗余,无法确定最终特征维数等问题,提出一种全新的特征选择算法.该算法在随机森林(RF)算法中结合统计特性,根据袋外数据的分类效果得到保留的特征,并将其运用在对精神分裂患者与正常被试者的识别实验中.实验结果表明,与传统的主成分分析(PCA)方法相比,该算法可以有效保留重要特征,提高识别精度,且保留的特征具有很好的医学解释性.

结合区域生长与图割算法的冠状动脉CT血管造影图像三维分割

姜伟, 吕晓琪, 任晓颖, 任国印

2015, 35(5): 1462-1466. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1462

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针对图割算法适用于小幅图像,且在分割结构较复杂、感兴趣区域较小的三维CT血管造影(CTA)冠状动脉图像时效率较低的问题,实现了将区域生长和图割结合分割冠状动脉的算法.首先,利用基于阈值的区域生长算法将图像划分为若干区域,去除无关像素,得到结构简化、感兴趣区域较突出的图像;其次,对简化后的图像,结合灰度和空间信息构造网络图;最后,利用图割理论实现网络图分割,得到冠状动脉分割图像.实验结果表明,与传统的图割方法相比: 在分割效率上,区域生长和图割结合的分割算法降低了计算复杂度,效率提高了51.7%; 在绘制质量上,得到的冠状动脉分割图像目标区域完整,有助于医师对病变的正确分析.

改进的马氏距离动态时间规整手势认证方法

周治平, 苗敏敏

2015, 35(5): 1467-1470. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1467

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针对现有动态手势认证方法普遍采用的动态时间规整(DTW)算法在计算欧氏距离(ED)时各维特征向量被同等对待且各维特征间的相关性被忽视等问题,提出一种改进的马氏距离动态时间规整手势认证方法.通过手机内置三轴加速度传感器实时获取动态手势信号,经数据预处理后由改进动态时间规整算法进行加速度信号相似性度量,在计算过程中根据协方差矩阵特点进行时间复杂度优化,最后根据模板匹配法得出认证结论.实验结果表明,经改进后等错率(EER)由3.02%降至1.39%,经优化后认证响应时间平均降低87.84%.该方法进一步提高了动态手势认证精确度,同时实时性良好.

稀疏补分析子空间追踪算法

张宗念, 林盛鑫, 毛焕章, 黄仁泰

2015, 35(5): 1471-1473. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1471

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针对压缩感知理论的稀疏分析模型下的子空间追踪算法信号重构概率不高、重构性能不佳的缺点,研究了此模型下的稀疏补子空间追踪信号重构算法;通过选用随机紧支框架作为分析字典,设计了目标优化函数,改进优化了稀疏补取值方法,改进了算法迭代过程,实现了改进的稀疏补分析子空间追踪新算法(IASP).实验结果证明,所提算法的信号完全重构概率明显高于分析子空间跟踪(ASP)等5种算法的信号完全重构概率;对于含高斯噪声的信号,所提算法重构信号的整体平均峰值信噪比明显超过ASP等3种算法整体平均峰值信噪比(PSNR),但略低于贪婪分析追踪(GAP)等2种算法的整体平均峰值信噪比.所提算法可用于语音和图像信号处理等领域.

基于局部二值模式和深度学习的人脸识别

张雯, 王文伟

2015, 35(5): 1474-1478. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1474

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针对人脸识别中深度学习直接提取人脸特征时忽略了其局部结构特征的问题,提出一种将分块局部二值模式(LBP)与深度学习相结合的人脸识别方法.首先,将人脸图像分块,利用均匀LBP算子分别提取图像各局部的LBP直方图特征,再按照顺序连接在一起形成整个人脸的LBP纹理特征; 其次,将得到的LBP特征作为深度信念网络(DBN)的输入,逐层训练网络,并在顶层形成分类面; 最后,用训练好的深度信念网络对人脸样本进行识别.在ORL、YALE和FERET人脸库上的实验结果表明,所提算法与采用支持向量机(SVM)的方法相比,在小样本的人脸识别中有很好的识别效果.

基于改进数据包络分析的高速列车开行方案的动态评价

蒲松, 吕红霞

2015, 35(5): 1479-1482. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1479

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针对数据包络分析(DEA)方法不能反映评价指标间权重的差异性以及不能对有效决策单元排序和调整的缺点,提出一种改进的DEA方法.首先, 运用层次分析法确定各指标的权重并建立偏好锥模型;然后, 运用交叉效率对所有决策单元进行排序并根据上座率和理想决策单元对部分决策单元进行调整; 最后,运用该方法对京沪高速列车开行方案进行评价.研究发现6条运行线中有4条是DEA有效的,需要对2条非有效和1条有效运行线进行调整.实验结果表明,改进的DEA方法能够为高速旅客列车开行方案的动态调整提供理论依据.

基于Codebook的视频火焰识别算法

邵良杉, 郭雅婵

2015, 35(5): 1483-1487. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1483

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为了提高视频火焰识别的准确度,提出了一种基于Codebook的火焰识别方法,创新地在YUV空间使用Codebook背景模型检测火焰区域,定期更新背景,综合火焰的动静态多特征进行火焰识别.首先,提取视频中的每一帧图像,利用原始图像中R、G、B三个分量间存在的线性关系作为颜色模型,初步提取火焰颜色区域; 然后,为了利用YUV颜色空间的有利特性,将颜色空间从RGB转化到YUV, 使用Codebook背景模型进行背景学习、背景差分,提取出具有火焰颜色的动态前景; 最后,利用火焰面积变化率、区域重叠率、质心位移这3个特征来训练反向传播(BP)神经网络,通过训练好的神经网络判断视频图像是否存在火焰.选取相机位置以及方向固定的视频进行实验,所提算法在复杂的视频场景中的识别准确度达到96%以上.实验结果表明,所提算法有效提高识别的准确度,同时降低多种干扰物场景的误判率.

基于卡尔曼最小均方误差准则的雷达旁瓣抑制研究及仿真

张朝霞, 王慧慧, 傅正, 杨玲珍, 王娟芬, 刘香莲

2015, 35(5): 1488-1491. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1488

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针对在现代雷达系统中强目标掩盖弱小目标,且只能将距离旁瓣抑制到一定值的问题,提出一种改进的卡尔曼-最小均方误差准则(K-MMSE)算法. 该方法将卡尔曼滤波与最小均方误差准则相融合,是一种有效抑制距离旁瓣的自适应脉冲压缩系统.仿真实验中,将提出的K-MMSE方法与传统匹配滤波、经过最小均方误差(MMSE)准则的匹配滤波算法进行单目标与多目标情况下的旁瓣抑制比较后发现,前者较后两者旁瓣水平及其点扩散函数(PSF)的峰值旁瓣比(PSLR)和积分旁瓣比(ISLR)均明显下降.仿真结果表明,该方法无论在单目标还是多目标情况下都能较传统的滤波算法更好地抑制旁瓣距离,有效地提取弱小目标信号.

用块稀疏贝叶斯学习算法重构识别体域网步态模式

吴建宁, 徐海东

2015, 35(5): 1492-1498. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1492

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针对低功耗体域网步态远程监测终端非稀疏加速度数据重构和步态模式识别性能优化问题,提出了一种基于块稀疏贝叶斯学习的体域网远程步态模式重构识别新方法,该方法基于体域网远程步态监测系统架构和压缩感知框架,在体域网传感节点利用线性稀疏矩阵压缩原始加速度数据,减少传输数据量,降低其功耗,同时在远程终端基于块稀疏贝叶斯学习算法充分利用加速度数据块结构内在相关性,获取加速度数据内在稀疏性,有效提高非稀疏加速度数据重构性能,为准确识别步态模式提供可靠的数据支撑.采用USC-HAD数据库中行走、跑、跳、上楼、下楼五种步态运动的加速度数据验证新方法的有效性,实验结果表明,基于所提算法的加速度数据重构性能明显优于传统压缩感知重构算法性能,使基于支持向量机多步态分类器识别准确率可达98%,显著提高体域网远程步态模式识别性能.所提新方法不仅有效提高非稀疏加速度数据重构和步态模式识别性能,并且也有助于设计低功耗、低成本的体域网加速度数据采集系统,为体域网远程监测步态模式变化提供一个新方法和新思路.

基于自适应模糊广义回归神经网络的区域火灾数据推理预测

金杉, 金志刚

2015, 35(5): 1499-1504. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.05.1499

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针对基于反向传播(BP)神经网络和经典概率论及其衍生算法进行火灾损失预测时,存在系统结构复杂、依赖不稳定的探测数据、易陷入局部极小值等缺点,提出一种基于自适应模糊广义回归神经网络(GRNN)的区域火灾数据推理预测算法.在网络输入层使用改进模糊C-聚类算法,对初始数据进行权重修正,减少了噪声和孤立点对算法造成的影响,提高了预测值的逼近精度; 引入自适应函数优化GRNN算法,调整迭代收敛的扩展速度、变化步长,找到全局最优解,改善了过早收敛问题,提高了搜索效率.实验结果表明,该算法代入已确定火灾损失数据,解决了依赖不稳定探测数据问题,并且具有良好的泛化能力、非线性逼近能力.

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