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赵楠, 武明虎, 周先军, 熊炜, 曾春艳

2015, 35(7): 1805-1808. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1805

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针对授权频谱资源不足的问题,结合非对称网络信息的特点和通信双方自私性的需求,提出一种多用户协作频谱共享(CSS)合约机制的设计与实现方法。首先,通过将CSS映射成劳动力市场,研究对称网络信息条件下多用户频谱合约建模方法;在此基础上,针对合约签订后非授权用户(SU)行为隐匿性引起的道德风险问题,研究非对称网络信息条件下频谱合约建模方法,以激励双方协作行为和保证频谱共享的实现。实验结果表明,在授权用户(PU)直接传输速率低于0.2 b/s时,协作频谱共享时整个系统容量是双方不参与共享时的3倍以上。提出的多用户CSS合约机制能为无线频谱的高效利用和资源共享提供新思路。

基于多拓扑路由的无拥塞快速业务迁移算法

罗龙, 虞红芳, 罗寿西

2015, 35(7): 1809-1814. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1809

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针对IP网络更新引发的业务迁移中潜在的链路拥塞问题,提出一种基于多拓扑路由的无拥塞快速业务迁移(CAFTM-MTR)算法。首先,考虑链路容量约束以及源节点迁移的时序特征,为源节点安排一种无拥塞的迁移顺序;然后,为减少迁移完成时间,基于业务的顺序无关性改进算法,每次批量迁移多个顺序无关的业务。利用多个典型拓扑与Waxman拓扑对提出的算法进行了仿真实验,与不考虑迁移顺序的业务迁移(NonCAFTM-MTR)方法相比,该算法将拥塞避免成功率从20%~60%提高至100%,同时得到8步以内的迁移顺序;此外,该算法具有对动态流量的适应性,能适应5%~284%的业务流量增长。仿真结果表明,CAFTM-MTR算法能够提高避免拥塞风险的成功率并快速地迁移业务。

有效能量空洞避免的无线传感器网络混合多跳路由算法

杨晓峰, 王睿, 彭力

2015, 35(7): 1815-1819. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1815

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针对在无线传感器网络(WSN)的分簇路由算法中,节点之间能量消耗不均衡容易引发"能量空洞"现象的问题,在研究平面和层次路由协议的基础上,提出了一种有效能量空洞避免的混合多跳路由算法。首先,引入热点区域划分的概念对监测区域进行划分;然后,在分簇阶段,对热点区域外的节点采用非均匀分簇结构,融合簇内数据以减少流入热点区域的数据量;其次,对热点区域内的节点不采取分簇以降低区域内节点的分簇能耗;最后,在簇间通信阶段,通过粒子群优化(PSO)算法寻找同时满足相邻两跳间最大通信距离的最小化和最大通信跳数的最小化的最优传输路径,实现整个网络的能量消耗最低。理论分析和实验结果均表明,所提算法在能量有效性和能耗均衡分配方面都要优于基于增强学习的生命期优化路由协议(RLLO)和基于模糊理论的多层分簇式路由协议(MLFC),网络生存周期分别提高了20.1%和40.5%,可以有效避免"能量空洞"。

改进的加权网络节点重要性评估的互信息方法

王班, 马润年, 王刚, 陈波

2015, 35(7): 1820-1823. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1820

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现有的复杂网络节点重要性评估研究主要集中在无向无权网络上,不能全面客观反映某些真实复杂网络的情况。针对无向加权和有向加权网络中评估指标适用范围有限、评估结果不够全面等问题,借鉴应用于无向无权网络的基于互信息的节点重要性评估方法,提出适用于无向加权网络和有向加权网络的互信息评估方法。该方法将网络中的每条边看作信息流,结合相应复杂网络的结构特点和"信息量"的定义方法,以求出的节点信息量作为节点的重要性评估指标。对实例网络进行分析可知,所提算法在保证评估准确性前提下,能更加细致刻画有向加权网络节点之间的差异性。在对ARPA网络的节点评估中,所提算法与以往指标所评估出的前5个最重要节点的节点编号尤其相近,凸显出该算法快速发掘核心节点的能力,为快速、准确评估无向加权和有向加权网络核心节点,提高网络抗毁性提供一定理论帮助。

基于动态加权的量化分布式卡尔曼滤波

陈小龙, 马磊, 张文旭

2015, 35(7): 1824-1828. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1824

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针对一个无融合中心传感器网络中的状态估计问题,提出一种基于量化信息的分布式卡尔曼滤波(QDKF)算法。首先,在分布式卡尔曼滤波(DKF)中,以节点状态估计精度为加权准则,动态选取加权矩阵,使得全局估计误差的协方差最小;然后,进一步考虑了网络带宽受限制的情况,在DKF算法中加入均匀量化器,节点之间通信使用量化后的信息,以减少网络通信的带宽需求。QDKF算法仿真采用了8 bit的均匀量化器,与Metropolis加权法和最大度加权法相比,动态加权法的状态估计均方根误差分别降低了25%和27.33%。实验结果表明,采用动态加权法的QDKF算法能提高系统的状态估计精度,减少带宽需求,适用于网络通信受限制的应用场合。

基于移动模型的车载自组织网络连通特征

冯慧芳, 孟玉如

2015, 35(7): 1829-1832. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1829

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针对车载自组织网络(VANET)的连通性问题,分析了其拓扑动态变化过程中网络的连通性的演化特征。首先,提出以连通分支数、连通概率及连通长度为评价指标的VANET拓扑连通性参数;然后,结合车辆换道功能的智能驾驶移动模型(IDM-LC),应用VanetMobiSim仿真软件建立VANET;最后,通过仿真实验分析了节点通信半径与平均连通分支数、平均连通率及平均连通长度之间的关系,同时分析了VANET连通分支数的统计分布特征,用Q-Q图和T检验验证得出结论:连通分支数服从正态分布,且该统计分布特征与节点通信半径无关。

基于射频相位的两步测距法

赵阳, 黄建尧, 刘德亮, 刘开华, 马永涛

2015, 35(7): 1833-1836. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1833

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针对多径传播造成基于射频信号相位信息测距不准确问题,提出了一种基于双标签的两步测距法。每一待定位目标上附着两个标签。在单频副载波调幅调制方式下,首先,提取载波信号的卷叠相位信息,计算标签在载波半波长范围内与阅读器的距离值,得到细测距估计值;然后,提取副载波信号的展开相位信息,根据展开相位估计标签与阅读器相距距离中包含的载波半波长的整倍数;其次,计算两个标签对应整倍数的平均值,将该平均值倍的载波半波长距离作为两个标签与阅读器之间距离的粗测距估计值;最后,将粗测距与细测距的估计值相叠加得到双标签最终的测距估计值。另外,为了降低硬件设施成本,提出了基于单阅读器和双标签的几何定位方法。仿真实验结果表明,在复杂多径传播环境中,与直接基于副载波信号相位信息测距相比,基于双标签的两步测距法平均测距误差约降低了35%,最终平均定位误差约为0.43 m,最大误差约为1 m,有效提高了相位法在定位技术中的精度,并降低了硬件成本。

关注用户服务评价反馈的云资源再分配方法

匡桂娟, 曾国荪, 熊焕亮

2015, 35(7): 1837-1842. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1837

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针对以往关于云资源管理分配的研究中多从云运营商的角度出发,未充分利用用户评价来改善资源决策能力的问题,提出了一种关注用户服务评价反馈的资源再分配方法。首先,通过分析云中心资源分配的过程,抽取出影响资源决策的要素,提出关注用户服务评价的自适应云资源分配框架;其次,阐明用户服务评价参与云资源管理的基本原理,建议一种用户服务满意度的量化度量;最后,基于相似性理论,预测用户对新任务的期望满意度,合并用户任务参数以及当前环境参数,作为BP神经网络的输入,进行资源分配方案的决策。在和无用户评价参与的资源分配方案比较的仿真实验中,其平均用户满意度提高了7.4%,保持在0.8以上,总体呈稳定上升趋势;与Min-Max算法、云任务与云资源满意婚配(CTRSM)算法比较,平均用户满意度分别提高了16.7%和4.6%。实验结果表明关注用户服务评价反馈的资源再分配方法是能够自我完善的,能够提高云资源自适应管理的能力。

A^*算法的改进及并行化

熊壬浩, 刘羽

2015, 35(7): 1843-1848. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1843

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针对串行A^*算法时间性能较差的问题,提出了一种基于并行搜索和快速插入(PSFI)的算法。首先,研究了共享存储平台上的常见并行启发式搜索算法;然后,通过使用一种延迟的单表搜索(DSTS)方法和新的数据结构,改进了串行算法;其次,在此基础上,设计出一种基于共享存储平台的并行算法;最后,采用OpenMP加以实现。对24数码问题的测试结果表明,改进的串行和并行算法将运行时间分别减少到原算法的1/140和1/450;与并行的NBlock优先(PBNF)算法相比,并行算法将加速比提高到3.2,同时,改进算法是严格的最佳优先搜索算法,保证了解的质量,且易于实现。

基于HBase的海量地形数据存储

李振举, 李学军, 谢剑薇, 李雁南

2015, 35(7): 1849-1853. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1849

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随着遥感技术的发展,遥感数据的类型和量级发生了巨大变化,对于传统的存储方法产生了挑战。针对HBase中海量地形数据管理效率不高的问题,提出一种四叉树-Hilbert相结合的索引设计方法。首先,对传统地形数据管理方式和基于HBase的数据存储国内外研究现状进行了综述;然后,在基于四叉树对全球数据进行组织的基础上,提出了四叉树和Hilbert编码相结合的设计思想;其次,设计了根据经纬度求地形数据的行列号和根据行列号计算Hilbert编码的算法;最后,对设计的索引的物理存储结构进行了设计。实验结果表明,利用设计的索引进行海量地形数据入库,数据入库速度与单机情况相比,提高了63.79%~78.45%;在地形数据的范围查询中,设计的索引与传统的行序索引相比,查询时间降低了16.13%~39.68%。查询速度最低为14.71 MB/s,可以满足地形数据显示的要求。

基于Goldschmidt算法的高性能双精度浮点除法器设计

何婷婷, 彭元喜, 雷元武

2015, 35(7): 1854-1857. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1854

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针对双精度浮点除法通常运算过程复杂、延时较大这一问题,提出一种基于Goldschmidt算法设计支持IEEE-754标准的高性能双精度浮点除法器方法。首先,分析Goldschmidt算法运算除法的过程以及迭代运算产生的误差;然后,提出了控制误差的方法;其次,采用了较节约面积的双查找表法确定迭代初值,迭代单元采用并行乘法器结构以提高迭代速度;最后,合理划分流水站,控制迭代过程使浮点除法可以流水执行,从而进一步提高除法器运算速率。实验结果表明,在40 nm工艺下,双精度浮点除法器采用14位迭代初值流水结构,其综合cell面积为84902.2618 μm²,运行频率可达2.2 GHz;相比采用8位迭代初值流水结构运算速度提高了32.73%,面积增加了5.05%;计算一条双精度浮点除法的延迟为12个时钟周期,流水执行时,单条除法平均延迟为3个时钟周期,与其他处理器中基于SRT算法实现的双精度浮点除法器相比,数据吞吐率提高了3~7倍;与其他处理器中基于Goldschmidt算法实现的双精度浮点除法器相比,数据吞吐率提高了2~3倍。

基于交错螺旋矩阵加密的自动信任协商模型

李健利, 谢悦, 王艺谋, 丁洪骞

2015, 35(7): 1858-1864. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1858

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针对自动信任协商(ATN)中的敏感信息保护问题,提出了基于交错螺旋矩阵加密(ISME)的自动信任协商模型。此模型采用交错螺旋矩阵加密算法以及策略迁移法,对协商中出现的3种敏感信息进行保护。与传统的螺旋矩阵加密算法相比,交错螺旋矩阵加密算法增加了奇偶数位和三元组的概念。为了更好地应用所提模型,在该协商模型的证书中,引入了属性密钥标志位的概念,从而在二次加密时更有效地记录密钥所对应的加密敏感信息,同时列举了在协商模型中如何用加密函数对协商规则进行表示。为了提高所提模型协商成功率和效率,提出了0-1图策略校验算法。该算法利用图论中的有向图构造了6种基本命题分解规则,可以有效地确定由访问控制策略抽象而成的命题种类。之后为了证明在逻辑系统中此算法的语义概念与语法概念的等价性,进行了可靠性、完备性证明。仿真实验表明,该模型在20次协商中策略披露的平均条数比传统ATN模型少15.2条且协商成功率提高了21.7%而协商效率提高了3.6%。

参与式感知中隐私保护的差异化数据分享协议

刘树波, 王颖, 刘梦君, 朱光军

2015, 35(7): 1865-1869. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1865

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参与式感知中用户不仅对数据匹配度有要求,对数据差异化也同样有要求,为了既能满足用户对数据匹配度和差异化数据的需求,也能保护用户的偏好隐私,提出了一种隐私保护的差异化数据分享协议。该协议首先将交互双方的数据表示为两个整数集合,并且利用计数布隆过滤器(CBF)计算两个集合的集合交,以集合交的结果作为数据类型匹配度;其次利用CBF能删除元素的功能,计算两个集合的差异化数据值;最后将数据类型匹配度和差异化数据值与预先设定的阈值比较,判断是否符合交互条件,同时,对CBF的构造方法进行了改进,用以保护用户的偏好隐私。理论分析和实验结果表明,与基于布隆过滤器(BF)的非加密匹配协议相比,该协议克服了匹配结果偏大的缺陷,同时计算开销减少了50%以上。该协议在保护用户偏好隐私和满足用户对差异化数据需求的同时,具有较高的匹配精度和效率。

基于串空间理论的安全协议自动验证

刘家芬

2015, 35(7): 1870-1876. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1870

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针对目前串空间理论依赖分析人员主观判断、无法使用自动化工具进行验证的问题,提出了基于串空间理论的协议认证属性标准化验证过程。首先为协议消息项定义类型标签,对串空间及认证测试理论进行扩展;然后通过判断测试元素出现位置、检验测试元素参数一致性、确认变换进行边唯一存在性和检验目标串参数一致性,将基于串空间理论的协议验证过程标准化为可程序实现的步骤。该算法的时间复杂度为O(n²),避免了模型检测方法的状态空间爆炸问题,并在此基础上实现了安全协议认证属性的自动化验证工具。以BAN-Yahalom协议和TLS 1.0握手协议为例进行了标准化的分析验证,找到了对BAN-Yahalom协议的一种新攻击形式。该攻击无需限制服务器对随机数的检查,比Syverson发现的攻击更具普遍性。

只需异或运算的秘密分享方案

袁琦钊, 蔡红亮, 张景中, 夏航宇

2015, 35(7): 1877-1881. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1877

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针对传统基于插值多项式的秘密分享方案,需要复杂的多项式运算,当涉及的数据比较大时,运算效率特别低的问题,提出一种结合数据分块方法以及仅需要在GF(2)上的异或运算的秘密分享方案,并应用于大规模数据的安全保护机制。理论分析与实验结果表明,与传统基于插值多项式的秘密分享方法相比,所提方法在运行效率上提升了19.3%。

基于信息融合的网络安全态势评估模型

李方伟, 张新跃, 朱江, 张海波

2015, 35(7): 1882-1887. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1882

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针对分布式拒绝服务(DDoS)攻击评估不准确和网络安全态势评估不全面的问题,提出了一种基于信息融合的网络安全态势评估模型。首先,提出了以数据包信息为原始数据的DDoS攻击威胁评估方法,提高了评估的准确性;然后,对原有的通用弱点评价体系(CVSS)进行改进并对漏洞脆弱性进行评估,使得评估更加全面;其次,结合客观权重和主观权重,并以序列二次规划(SQP)算法对组合权重进行寻优,降低了融合的不确定性;最后,将三者进行融合得到网络的安全态势。通过搭建入侵检测平台,利用不同的规则库,针对相同DDoS 攻击的报警数会相差3 个数量级,与依赖报警数评估方法相比,以数据包信息评估DDoS 攻击的方法可得到准确的DDoS攻击威胁态势。仿真对比结果表明,提出的模型和方法能够提高评估结果准确度。

相关向量机超参数优化的网络安全态势预测

肖汉杰, 桑秀丽

2015, 35(7): 1888-1891. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1888

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针对当前网络安全态势预测方法存在的过学习与欠学习、自由参数多、预测精度不高等问题,提出使用一种改进模拟退火法优化的相关向量机模型(PSA-RVM)来解决网络安全态势预测问题。在预测过程中,首先对网络安全态势样本数据进行相空间重构形成训练样本集;然后,利用Powell算法改进模拟退火(PSA)法,并将相关向量机(RVM)嵌入到PSA算法的目标函数计算过程中,优化RVM超参数,以得到学习能力、预测精度提升的网络安全态势预测模型。仿真实例表明,所提方法具有较高的预测精度,平均相对误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别为0.39256和0.01261,均优于Elman和PSO-SVR模型;所提方法能够较好地刻画网络安全态势的变化趋势,有助于网络管理人员把握未来网络安全态势发展趋势,从而提前主动采取相应的网络防御措施。

基于统计特征的隐匿P2P主机实时检测系统

田朔玮, 杨岳湘, 何杰, 王晓磊, 江志雄

2015, 35(7): 1892-1896. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1892

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针对当前隐匿恶意程序多转为使用分布式架构来应对检测和反制的问题,为快速精确地检测出处于隐匿阶段的对等网络(P2P)僵尸主机,最大限度地降低其危害,提出了一种基于统计特征的隐匿P2P主机实时检测系统。首先,基于3个P2P主机统计特征采用机器学习方法检测出监控网络内的所有P2P主机;然后,再基于两个P2P僵尸主机统计特征,进一步检测出P2P僵尸主机。实验结果证明,所提系统能在5 min内检测出监控网内所有隐匿的P2P僵尸主机,准确率高达到99.7%,而误报率仅为0.3%。相比现有检测方法,所提系统检测所需统计特征少,且时间窗口较小,具备实时检测的能力。

基于动态重加密的云存储权限撤销优化机制——DR-PRO

杜明, 郝国生

2015, 35(7): 1897-1902. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1897

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针对云存储服务中用户访问权限撤销计算与带宽代价过大、复杂度过高等问题,提出一种基于动态重加密的云存储权限撤销优化机制(DR-PRO)。首先,以密文策略的属性加密体制(CP-ABE)的密文访问控制方案作为理论背景,利用(k,n)门限方案,将数据信息划分成若干块,动态地选取某一数据信息块实现重加密;然后,依次通过数据划分、重构、传输、提取以及权限撤销等子算法完成用户访问权限撤销实现过程。理论分析与测试仿真表明,在保证云存储服务用户数据高安全性的前提下:与懒惰重加密机制相比,DR-PRO的用户访问权限撤销的计算与带宽代价在数据文件变化情况下的平均下降幅度是5%;与完全重加密机制相比,DR-PRO的用户访问权限撤销的计算与带宽代价在共享数据块变化情况下的平均下降幅度是20%。实验结果表明,DR-PRO在云存储服务中能够有效提高用户访问权限撤销的性能与效率。

基于纠错码的健壮性图像信息隐藏算法

任方, 郑东

2015, 35(7): 1903-1907. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1903

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针对空域图像信息隐藏(IH)算法健壮性较差的缺陷,研究了基于纠错码的图像信息隐藏算法。利用纠错码能够纠正随机错误的特性提高空域信息隐藏算法抵抗攻击者修改载体的能力。给出了两类不同的算法:基于纠错码的最低有效位(LSB)信息隐藏算法与基于纠错码的灰度位信息隐藏算法。前者将秘密信息进行编码并以LSB的形式进行嵌入,能够在低密度噪声的情况下实现较高的健壮性;后者利用图像像素灰度值的结构特点,以Hamming码的形式对每一个已嵌入秘密信息的像素灰度值进行编码,可以达到独立纠正一个错误的目的。理论分析和实验结果表明,在相同的噪声密度和噪声幅度下,这两类算法恢复的秘密信息百分比均高于基本的LSB算法,是两种具有较高健壮性的信息隐藏算法。

结合均值调整整数变换的迭代自适应可逆图像水印算法

陈文鑫, 邵利平, 师军

2015, 35(7): 1908-1914. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1908

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现有的均值调整整数变换可逆水印算法的阈值需人工选择,位置图生成策略不完备可能导致压缩后位置图数据过大,对嵌入矢量强制划分可能导致容量足够却无法嵌入。针对以上问题,提出一种结合均值调整整数变换的迭代自适应可逆图像水印算法。首先,根据负载数据大小以及整数矢量对峰值信噪比(PSNR)的影响,采用迭代自适应算法选择调整平移量以达到水印嵌入容量和嵌入载体视觉质量的平衡;然后,结合邻近像素值相近原则给出了完备位置图生成策略以提高位置图压缩性能;最后,采用分层有序嵌入策略将负载数据依次嵌入到最低、次低和第3低有效位以避免容量足够却无法嵌入的情况。实验结果表明,与传统均值调整整数变换可逆水印算法相比,所提算法无需预先设定阈值,但依然能保持大的嵌入容量,嵌入水印后掩体视觉质量更优,位置图生成策略性能优于传统均值调整整数变换可逆水印算法生成策略且压缩后的位置图数据更小,从而间接提高了嵌入容量,在实验样例上相对于比较算法,PSNR平均提高14.4%。

基于增量计算的信息系统属性粒结构计算方法

郝彦彬, 郭晓, 杨乃定

2015, 35(7): 1915-1920. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1915

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针对不可分离信息系统的属性粒结构计算问题,提出一种利用分治和增量计算相结合的计算方法。首先,研究了在信息系统函数依赖集上增加新的函数依赖(FD)后,信息系统属性粒结构的变化规律,证明了信息系统结构增量定理;其次,通过移除部分函数依赖,使不可分离信息系统成为可分离信息系统,利用分解定理计算出可分离信息系统结构;然后,将移除的函数依赖加入可分离信息系统,利用增量定理计算出原信息系统结构;最后,给出了计算不可分离信息系统属性粒结构的算法,分析了算法复杂度。与直接计算不可分离信息系统的粒结构相比,该计算方法可将计算复杂度从O(n×m×2ⁿ)降低到小于O(n×k×2ⁿ)(k<m),并且当k=1,2时,可进一步降低为O(n₁×m₁×2^n₁)+O(n₂×m₂×2^n₂)(n=n₁+n₂,m=m₁+m₂)。理论分析和实例计算表明,所提方法能有效降低不可分离信息系统属性粒结构的计算复杂度。

基于模式增长的不确定数据的频繁模式挖掘算法

王乐, 常艳芬, 王水

2015, 35(7): 1921-1926. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1921

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为提高不确定数据频繁模式(FP)挖掘算法的时空效率,提出了基于最大概率的不确定频繁模式挖掘(UFPM-MP)算法。首先,利用事务项集中的最大概率值预估期望支持数;然后,使用该期望支持数与最小期望支持数阈值进行比较,以确定某一项集是否为候选频繁项集,并对候选项集建立子树以递归挖掘频繁模式。实验中,UFPM-MP算法与AT-Mine算法进行了对比,并在6个典型的数据集上进行实验验证。实验结果表明,UFPM-MP算法的时空效率得到了提高,稀疏数据集上提高约30%,稠密数据集上的效率提高更为明显(约3~4倍)。预估期望支持数的策略有效地减少了子树和头表项的数量,从而提高了算法的时空效率;且最小期望支持数越小,或需要挖掘的频繁模式越多的时候,算法的时间效率提高越多。

基于近邻传播与密度相融合的进化数据流聚类算法

邢长征, 刘剑

2015, 35(7): 1927-1932. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1927

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针对目前数据流离群点不能很好地被处理、数据流聚类效率较低以及对数据流的动态变化不能实时检测等问题,提出一种基于近邻传播与密度相融合的进化数据流聚类算法(I-APDenStream)。此算法使用传统的两阶段处理模型,即在线与离线聚类两部分。不仅引进了能够体现数据流动态变化的微簇衰减密度以及在线动态维护微簇的删减机制,而且在对模型采用扩展的加权近邻传播(WAP)聚类进行模型重建时,还引进了异常点检测删除机制。通过在两种类型数据集上的实验结果表明,所提算法的聚类准确率基本能保持在95%以上,其纯度对比实验等其他相关测试都有较好结果,能够高实效、高质量、高效率地处理数据流数据聚类。

基于动态功能连接的运动任务大脑状态表达

张欣, 胡新韬, 郭雷

2015, 35(7): 1933-1938. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1933

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针对传统静态功能连接分析技术不能准确反映大脑动态功能状态的问题,提出了一种基于全脑动态功能连接(DFC)分析对大脑的状态变化进行表达的方法。首先,利用个体的弥散张量成像(DTI)数据构建高精确度全脑网络,将运动任务下功能磁共振成像(fMRI)数据映射到相应DTI空间后,提取各节点fMRI信号;然后,采用滑动时间窗口方法计算随时间变化的全脑功能连接强度矩阵,并提取动态功能连接向量(DFCV)样本;最后,将所有个体的DFCV样本通过基于Fisher准则的字典学习(FDDL)算法进行稀疏表达和分类。共得到8个该运动任务下全脑功能连接状态模式,各模式的功能连接强度空间分布具有明显差异,模式1、模式2和模式3占据了大部分样本分布(77.6%),且与平均静态功能连接强度矩阵之间的相似度明显高于其他5个模式。此外,大脑在各模式之间的状态迁移遵循一定的规律。实验结果表明,采用全脑DFC和FDDL学习相结合的方法,能够有效地对任务态下大脑的功能状态变化进行表达,为研究脑动态信息处理机制提供基础。

多标记数据特征提取方法的核改进

李华, 李德玉, 王素格, 张晶

2015, 35(7): 1939-1944. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1939

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针对多标记数据特征提取方法中输出核函数没有准确刻画标记间的相关性的问题,在充分度量标记间相关性的基础上,提出了两种新的输出核函数构造方法。第一种方法首先将多标记数据转化为单标记数据,并使用标记集合来刻画标记间的相关性;然后从损失函数的角度出发定义新的输出核函数。第二种方法是利用互信息来度量标记间的两两相关性,在此基础上进一步构造新的输出核函数。3个多标记数据集上2种分类器的实验结果表明,与原有核函数对应的多标记特征提取方法相比,基于损失函数的输出核函数对应的特征提取方法性能最好,5个评价指标的性能平均提高了10%左右, 尤其在Yeast数据集上,Coverage指标下降幅度达到了30%左右;基于互信息的输出核函数次之,性能平均提高了5%左右。实验结果表明,基于新的输出核函数的特征提取方法能够更加有效地提取特征,并进一步简化分类器的学习过程,提高分类器的泛化性能。

服装类商品属性实体识别

周详, 李少波, 杨观赐

2015, 35(7): 1945-1949. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1945

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针对服装类商品标题中的商品属性实体识别问题,提出了一种边界探测规则与条件随机场(CRF)相结合的混合方法。首先,使用统计方法挖掘隐蔽的实体提示字信息;然后,以字为粒度对三种统计成词指标及其内涵进行了阐释;接着,基于统计成词指标和提示字信息设计了实体边界探测规则;最后,基于经验风险最小化给出了规则中阈值的确定方法。在与字标注的CRF模型的对比实验中,总体准确率、召回率、F1值分别提升了1.61%、2.54%和2.08%,验证了对于实体边界探测规则的有效性。所提方法可用于电子商务信息检索(IR)、电子商务信息抽取(IE)、查询意图识别等任务。

基于LIBSVM的“就是”句句间关系判别方法

周建成, 吴铤, 王荣波, 常若愚

2015, 35(7): 1950-1954. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1950

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针对使用规则和机器学习方法判别句间关系时出现因机器学习多次迭代而导致规则权值削弱现象,进而导致判别正确率偏低的问题,提出了在规则和机器学习相结合过程中对导入的明显规则特征进行加强处理的方法。首先,抽取依存词汇、语义、句子结构等具有明显规则的特有特征;然后,基于一些句间关系指示词提取普适的特征;其次,将特征写入待输入的数据向量,并且增加一维向量用来存储出现的明显规则特征;最后,运用LIBSVM模型结合规则和机器学习进行实验。实验结果表明,加强后的实验正确率较之加强前平均提高了两个百分点,各句间关系准确率、召回率、F1值整体上都取得了较好的结果,平均值达到了82.02%、88.95%、84.76%。实验思路和方法对研究句子间联系紧密度具有重要价值。

基于云模型重叠度的相似性度量

孙妮妮, 陈泽华, 牛昱光, 阎高伟

2015, 35(7): 1955-1958. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1955

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云模型相似性是用来度量同类概念不同语言值的多个云之间关联程度的方法,相似云及其度量分析方法的提出是对云模型理论的扩展。针对目前相似性度量方法中时间复杂度过高和结果不稳定等不足,提出了一种基于云模型重叠度的相似性度量算法。首先,根据云模型期望、熵、超熵三个数字特征,定义两个云模型的位置关系和逻辑关系;其次,利用两个云的位置和形状特性,计算得到它们间的重叠度;最后,结合云模型重叠度与相似度的关系,将云模型的相似性度量转化为相应重叠部分的定量化描述。通过对时间序列分类实例的应用,验证了该算法在保证结果稳定度和正确率的前提下,与目前时间消耗较低的云模型相似度计算方法(LICM)相比,计算复杂度降低了50%,表明该算法具有可行性和有效性。

面向不平衡微博数据集的转发行为预测方法

赵煜, 邵必林, 边根庆, 宋丹

2015, 35(7): 1959-1964. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1959

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针对微博转发预测方法研究中的数据集不平衡问题,提出了一种融合过采样技术和随机森林(RF)算法的微博转发行为预测方法。首先,定义了个体信息、社交关系和微博主题3类与微博转发行为相关的特征,并基于信息增益算法实现了关键特征选取;其次,综合微博特征数据的特点来改进少数类样本合成过采样技术(SMOTE),对原始数据集进行非参数概率分布估计,并根据近似概率分布对数据集进行过采样处理,从而使正反例数据量达到平衡;最后,利用随机森林算法,依据微博转发关键特征进行分类器训练,并利用袋外(OOB)数据误差估计来分析和设置随机森林算法的相关参数。通过与基于决策树(DT)、支持向量机(SVM)、朴素贝叶斯(NB)和随机森林等算法的微博转发预测方法进行对比,所提方法整体性能优于基准方法中性能最优的SVM方法,召回率提高了8%,F值提高了5%。实验结果表明,所提方法在实际应用中能够有效提高微博转发行为预测的准确率。

中文口语理解弱监督训练方法

李艳玲, 颜永红

2015, 35(7): 1965-1968. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1965

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标注数据的获取一直是有监督方法需要面临的一个难题,针对中文口语理解任务中的意图识别研究了结合主动学习和自训练、协同训练两种弱监督训练方法,提出在级联框架下,从关键语义概念识别中获取语义类特征子集和句子本身的字特征子集分别作为两个"视角"的特征进行协同训练。通过在中文口语语料上进行的实验表明:结合主动学习和自训练的方法与被动学习、主动学习相比较,可以最大限度地降低人工标注量;而协同训练在很少的初始标注数据的前提下,利用两个特征子集进行协同训练,最终使得单一字特征子集上的分类错误率平均下降了0.52%。

基于动态评价选择策略的改进人工蜂群算法

徐向平, 鲁海燕, 程毕芸

2015, 35(7): 1969-1974. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1969

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针对标准人工蜂群(ABC)算法易陷入局部极值的问题,对标准ABC算法的轮盘赌选择机制进行了修改,提出了一种基于动态评价选择策略的改进人工蜂群(DSABC)算法。首先,根据到当前为止一定迭代次数内蜜源位置的连续更新或停滞次数,对每个蜜源位置进行动态评价;然后,利用所得的评价函数值为蜜源招募跟随蜂。在6个经典测试函数上的实验结果表明:与标准ABC算法相比,动态评价选择策略改进了标准ABC算法的选择机制,使得DSABC算法的求解精度有较大幅度提高,特别是对于两种不同维数的Rosenbrock函数,所得最优值的绝对误差分别由0.0017和0.0013减小到0.000049和0.000057;而且,DSABC算法克服了进化后期因群体位置多样性丢失较快而产生的早熟收敛现象,提高了整个种群的收敛精度及解的稳定性,从而为函数优化问题提供了一种高效可靠的求解方法。

面向文献搜索系统的用户实时需求发现方法

徐浩, 陈雪, 胡晓峰

2015, 35(7): 1975-1978. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1975

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针对当前文献搜索系统不能理解用户实时需求的问题,提出了一种面向文献搜索系统的用户实时需求发现方法。首先,分析用户浏览、下载等个性化搜索行为;其次,根据用户搜索行为与用户需求的关系构建用户实时需求文档(RD);然后,从用户需求文档中提取用户需求关键词网络;最后,运用随机游走的方法提取出关键词网络的核心节点构成用户需求图。实验结果表明:在模拟用户需求的环境下,提取需求图的方法比K-medoids算法在检索指标F值上平均高2.5%;在用户搜索文献真实情况下,提取需求图的方法比DBSCAN算法在检索指标F值上平均高5.3%,因此,在用户需求比较稳定的文献搜索中,该方法能够获取用户需求从而提升用户体验。

融合朋友关系和标签信息的张量分解推荐算法

丁小焕, 彭甫镕, 王琼, 陆建峰

2015, 35(7): 1979-1983. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1979

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针对大众标注网站项目推荐系统中存在数据矩阵稀疏性影响推荐效果的问题,考虑矩阵奇异值分解(SVD)能有效地平滑数据矩阵中的数据,以及朋友圈能够反映出一个人的兴趣爱好,提出了一种融合朋友关系和标签信息的张量分解推荐算法。首先,利用高阶奇异值分解(HOSVD)方法对用户-项目-标签三元组信息进行潜在语义分析和多路降维,分析用户、项目、标签三者间关系;然后,再结合用户朋友关系、朋友间相似度,修正张量分解结果,建立三阶张量模型,从而实现推荐。该模型方法在两个真实数据集上进行了实验,结果表明,所提算法与高阶奇异值分解的方法比较,在推荐的召回率和精确度指标上分别提高了2.5%和4%,因此,所提算法进一步验证了结合朋友关系能够提高推荐的准确率,并扩展了张量分解模型,实现用户个性化推荐。

基于三度影响力的社交好友推荐机制

王名扬, 贾冲冲, 杨东辉

2015, 35(7): 1984-1987. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1984

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针对社交网络中的好友推荐问题,提出了一种基于三度影响力理论的好友推荐算法。社交网络用户节点间的联系除了共同好友外,还存在其他不同长度的连通关系。该算法不再局限于仅以用户间共同好友的数量作为好友推荐的主要依据,而是在此基础上引入三度影响力理论进一步拓展关系连接,即把用户间距离三度以内的强连接用户都考虑进来,并通过为不同距离长度的连通关系分配相应的权重,实现好友关系强度的计算,来进行推荐。通过在新浪微博和Facebook社交网站上的实验结果表明,该算法比仅依据用户间共同好友数量的推荐算法在查准率和查全率上分别提高了约5%和0.8%,显著提升了社交平台好友推荐的效果,从而为社交平台改进推荐机制,以进一步增强用户体验提供了理论支撑。

基于多属性效用的协同过滤推荐系统

邓峰, 张永安

2015, 35(7): 1988-1992. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1988

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针对基于多标准的协同过滤(MC-CF)推荐系统中用户负担重、超高维问题,提出了基于多属性效用的协同过滤(MAU-CF)推荐系统。首先,依据用户浏览行为挖掘属性权重和属性值效用,构造用户的多属性效用函数,获取用户对项目的隐式评分;其次,采用遗传算法(GA)寻找用户偏好的属性值集合;然后,根据属性值集合中属性权重和属性值效用的相似度,寻找最近邻;最后,根据相似度预测最近邻浏览或购买过的项目对目标用户的效用,向目标用户推荐效用大的项目。通过比较实验发现,相对于MC-CF,MAU-CF挖掘的隐式效用能够替代显式效用,计算维度减少了44.16%,时间消耗减少了27.36%,平均绝对误差(MAE)减少了5.69%,用户满意度提高了13.44%。实验结果表明,MAU-CF推荐系统在减少用户负担和计算维度、提高推荐质量方面比MC-CF推荐系统表现得更优越。

面向服务集成的工作流模型及其实现方法

张型龙, 李松犁, 肖俊超

2015, 35(7): 1993-1998. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1993

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针对现有工作流系统集成已有软件服务时存在的两个问题:1)对于业务流程中所集成服务的描述信息不足,无法满足服务集成需要;2)流程定制时可选择节点类型少,节点不具有业务含义,导致其定制过程复杂;提出一种新的工作流模型。首先,通过分析服务集成环境下的实际业务流程确定了模型的三部分信息:结构信息、服务信息和人员信息;其次,将模型中各部分信息与JPDL作了对应说明,表明了模型的完备性;最后,详细介绍了三部分信息的关键要素。实验结果表明,基于35种服务可以快速搭建出满足实际业务需求的48种业务流程。模型中丰富的服务信息为流程运行提供了保障,流程运行正确率100%;流程定制更加简便快捷,流程从定制到运行平均时间小于2 min。通过该模型可以快速地基于已有服务构建新的业务流程,降低了为新需求开发软件的成本。

基于句法分析的代码摘要技术

王金水, 薛醒思, 翁伟

2015, 35(7): 1999-2003. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.1999

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针对词袋模型忽略了词条之间语义关系和概念结构的问题,提出一种基于句法分析的代码摘要技术。首先,该技术利用词性标注识别出最有可能体现代码特性的关键词;然后,通过块分析修正在词性标注过程中可能引入的错误;其次,对标识出的关键词进行降噪,以减少文本噪声带来的不利影响;最后,从关键词中选取若干个权值最高的词以组成代码摘要。实验结果表明,与基于词频-逆文档频率(TF-IDF)和基于TF-IDF扩展的代码摘要技术对比,所提技术生成的代码摘要与参考答案的重叠率(overlap)至少分别提高了9%和6%,说明该技术能够生成更加准确的代码摘要。

基于全同步对覆盖的线程调度序列生成方法

石存沣, 李征, 郭俊霞, 赵瑞莲

2015, 35(7): 2004-2008. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2004

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针对多线程并发程序生成覆盖同步语句的线程调度序列(TSS)效率低问题,提出了一种基于全同步对覆盖(APSC)准则的TSS生成(TGBA)方法。首先,对并发程序中的同步语句,定义了同步对及APSC;然后,给出了一个同步对-线程关联图(SPTG)构建方法;在此基础上,生成满足APSC的TSS;最后,使用JPF检测工具,对4个Java类库并发程序进行了TSS生成实验,并与常用的默认线程调度(DS)、抢占式线程调度(PS)和交叉线程调度(CS)序列生成方法在生成效率方面进行了对比分析。实验结果表明,与DS、CS方法相比,TGBA方法生成的TSS能够覆盖全部同步对;当满足APSC时,与PS方法相比,TGBA方法测试生成所需要的状态数、迁移数至少减少了19889和44352,并且生成效率平均提升了1.95倍,因此TGBA方法能够降低状态空间的规模开销,提高TSS的生成效率。

基于UML图依权限有序的Web链接测试用例生成方法

张钜, 王曙燕, 孙家泽

2015, 35(7): 2009-2014. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2009

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针对传统Web测试用例生成方法因缺少权限性和时序性考虑而产生的误判断问题,提出结合基于统一建模语言(UML)活动图与状态图,根据不同用户权限及交互活动流程分析Web页面链接而生成测试用例的方法。该方法生成含信息元素的扩展状态图,通过对扩展状态图的转换及相应路径的时序重排得到最终具有权限与时序性质的Web链接测试用例。通过实验分析,与缺少权限性和时序性考虑的Web测试用例生成方法相比,该方法有效地避免了测试中的误判断,在测试覆盖率、正确率及测试效率三方面均有明显的优势。实验结果表明,该方法有效地提高了Web测试的测试效率,增强了测试的可靠性与可行性。

基于改进Contourlet变换的遥感图像融合算法

陈利霞, 邹宁, 袁华, 欧阳宁

2015, 35(7): 2015-2019. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2015

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针对基于Contourlet变换的遥感融合图像空间分辨率较低的问题,提出了一种基于改进的Contourlet变换(MCT)的遥感图像融合方法。首先,对多光谱图像进行亮度-色调-饱和度(IHS)变换,得到其亮度、色调、饱和度三个分量;其次,取多光谱图像的亮度分量,与直方图匹配后的全色图像进行改进的Contourlet变换,分别获得低频子带系数与高频子带系数;然后,对低频子带系数采用平均法进行融合,对高频子带系数采用新改进的拉普拉斯能量和(NSML)作为融合规则进行融合;最后,把融合结果作为多光谱图像的亮度分量,通过IHS逆变换得到融合的遥感图像。将所提方法与基于主成分分析(PCA)和Shearlet的方法、基于PCA与小波的方法以及基于非下采样Contourlet变换(NSCT)的方法相比,所提方法在清晰度评价指标平均梯度上分别提高了7.3%、6.9%和3.9%。实验结果表明,所提方法提高了Contourlet变换的频率局部化特性和分解系数利用率,在保持多光谱信息的基础上,有效地提高了遥感融合图像的空间分辨率。

结合粗糙集与分层思想的彩色图像分割算法

韩建栋, 朱婷婷, 李月香

2015, 35(7): 2020-2024. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2020

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针对彩色图像分割算法中小目标区域容易错分割以及计算复杂度高的问题,提出一种基于HSI空间的结合粗糙集理论与分层思想的彩色图像分割方法。首先,由于彩色图像HSI空间的奇异点对应于RGB空间的灰色像素点,为了消除奇异点,在RGB空间寻找"灰色区域"进行分割与标记;然后,将图像转换到HSI颜色空间,在强度I分量上,考虑到空间邻域信息以及区域分布差异,设计了变阈值渐变性同质函数对原始直方图进行加权,将加权直方图和原始直方图分别作为粗糙集的上、下近似集,构造了新的粗糙度函数进行分割;其次,针对初分割得到的每个区域,在色调H分量上采用直方图阈值化完成细分割;最后,为了避免过分割,在RGB空间上进行区域合并。相比Mushrif等提出的粗糙集分割算法(MUSHRIF M M, RAY A K. Color image segmentation: rough-set theoretic approach. Pattern Recognition Letters, 2008, 29(4): 483-493),该算法更容易分割出图像中的小目标区域,避免了因RGB三个分量的相关性造成的错误分割,算法运行速度提高了5~8倍。实验结果表明:该算法分割效果较好,具有一定的抗噪性与鲁棒性。

基于双准则自适应融合的目标跟踪算法

张灿龙, 唐艳平, 李志欣, 蔡冰, 马海菲

2015, 35(7): 2025-2028. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2025

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针对单一评判准则较难适应复杂环境下的目标跟踪问题,提出了一种基于双评判准则自适应融合的跟踪算法。在该算法中,空间直方图被用作目标表示模型,候选目标与目标模板之间的相似度、以及候选目标与其邻近背景区域之间的对比度被作为目标评判双准则,而目标函数(或似然函数)则由两个准则的加权融合而成。算法是在粒子滤波框架下实现的目标搜索,并采用了模糊逻辑对相似度和对比度的权值进行自适应调节。对人、动物等多个挑战性运动目标的跟踪结果表明,与增量学习跟踪、ι₁跟踪等最新跟踪器相比,所提算法在处理目标的遮挡、形变、旋转以及表观变化方面的综合性能更好,其成功率和平均重叠率指标分别在80%和0.76以上。

基于视觉背景提取的自适应运动目标提取算法

吕嘉卿, 刘立程, 郝禄国, 张文忠

2015, 35(7): 2029-2032. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2029

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在复杂场景下的视频运动目标提取是视频分析技术的首要工作。为了解决前景运动目标提取的精确度不高的问题,提出一种基于视觉背景提取(ViBE)的改进视频运动目标提取算法(ViBE⁺)。首先,在背景模型初始化阶段采用像素的菱形邻域来简化样本信息;其次,在前景运动目标提取阶段引入自适应分割阈值来适应场景的动态变化;最后,在更新阶段提出背景重建和调整更新因子方法来处理光照变化的情形。实验结果表明,对于复杂视频场景LightSwitch的运动目标提取结果在相似度指标上,改进后的算法与混合高斯模型(GMM)算法、码本模型算法以及原始ViBE算法相比,分别提高了1.3倍、1.9倍以及3.8倍。所提算法能够在有效时间内对复杂场景具有较好的自适应性,且性能明显优于对比算法。

基于动态阈值的核密度估计前景检测算法

杨大勇, 杨建华, 卢伟

2015, 35(7): 2033-2038. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2033

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为解决煤层气开采(CBM)现场中抽水机往复运动和风吹草动等动态环境对前景检测的干扰及核密度估计(KDE)目标检测法实时性差的问题,提出了一种改进核密度估计前景检测算法。该方法先用背景差分法(BS)融合三帧差算法将图像分割成动态背景区与非动态背景区,对于动态背景区再用核密度算法分割前景。分割前景时提出了一种新的动态阈值求取方法,综合了相邻样本绝对差均值和样本方差来确定窗宽,并用定时更新与实时更新相结合的策略更新第二背景模型,在替换样本时用随机抽取策略代替先进先出(FIFO)方式。仿真结果表明,改进核密度估计算法与核密度估计法和背景差分核密度估计(BS-KDE)法相比,平均每帧图像算法耗时分别降低了94.18%和15.38%,识别的运动目标也更为完整。实验结果表明所提算法在煤层气开采场景中能准确检测到前景,并基本满足标清视频监控实时性要求。

基于高斯尺度空间粗糙度描述子的花粉图像分类识别

谢永华, 徐赵飞, 范文晓

2015, 35(7): 2039-2042. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2039

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针对现有粗糙度描述子大多依赖于灰度值平均值,容易造成图像信息的丢失的问题,提出了一种新的基于高斯尺度空间粗糙度描述子的特征提取方法,并应用于花粉图像的分类和识别。首先,采用高斯金字塔算法,将花粉图像分割成不同层次的尺度空间;然后,在各个尺度空间上提取图像的粗糙度纹理特征;其次,通过计算粗糙度频率直方图的统计分布,提取不同尺度空间的粗糙度描述子(SSRHD);最后,采用欧氏距离计算图像的相似度。通过Confocal和Pollenmonitor图像库上的仿真结果表明,与基于隐马尔可夫模型的轮廓描述子(DHMMD)相比,该描述子在Confocal图像库上的平均正确识别率(CRR)提高了2.32%、平均错误识别率(FRR)降低了0.1%,而在Pollenmonitor图像库上的平均识别率也提高了1.2%。实验结果表明,该描述子能较好地描述花粉颗粒图像的纹理分布,对于花粉图像的旋转和姿态变化也具有良好的鲁棒性。

基于支持向量机与模糊k-均值算法的部位外观模型

韩贵金

2015, 35(7): 2043-2046. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2043

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利用梯度方向直方图(HOG)建立的部位外观模型存在两个缺陷:不同部位采用相同的细胞单元尺寸,以及线性支持向量机(SVM)分类器不能准确表征部位定位状态与外观模型的相似度。为克服这两个缺陷,建立了一种基于SVM和模糊k-均值算法的部位外观模型。部位外观模型由两个分类器构成,线性SVM分类器用于判断部位定位状态是否属于人体部位,相似度分类器由部位定位状态与利用模糊k-均值算法确定的部位聚类中心的归一化欧氏距离来构造,用于计算部位定位状态与外观模型的相似度。仿真实验结果表明,与利用SVM算法和相同细胞单元尺寸建立的基于HOG特征的部位外观模型相比,新模型建立的部位外观模型能更准确地描述真实人体部位的外观特征,用于基于树形图结构模型的人体姿态估计时准确度也更高。

T-Bézier曲线能量法的光顺计算

方永锋, 陈建军, 邱泽阳

2015, 35(7): 2047-2050. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2047

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针对T-Bézier曲线的光顺要求,提出了用能量法对T-Bézier曲线进行光顺。首先通过能量法对T-Bézier曲线修改一个控制顶点使之达到光顺,同时给出了扰动因子α对曲线的影响,由此得到欲移动T-Bézier曲线的一个控制顶点达到光顺,可先确定α,再确定新的控制顶点,就可得到光顺后的新的T-Bézier曲线。对整条曲线进行光顺时先确定扰动因子{α_i}_i=1ⁿ,然后求解一个系数矩阵为实对称三对角矩阵的方程组,再依次确定新的控制点列{P_i}_i=0ⁿ,最后由控制顶点确定光顺后的三次T-Bézier插值曲线,从而使T-Bézier曲线不仅达到整体光顺而且在数据点实现C²连续。最后,给出了3个实例,说明该算法是简单、实用和有效的。

基于主动表观模型的稀疏聚类人脸识别算法

费博雯, 刘万军, 邵良杉, 刘大千, 孙虎

2015, 35(7): 2051-2055. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2051

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在复杂的非人脸成分干扰以及训练样本过大、训练样本之间相似度较高的条件下,原始稀疏表示分类(SRC)算法识别准确率较低。针对上述问题,提出一种基于主动表观模型的稀疏聚类(CS-AAM)人脸识别算法。首先,利用主动表观模型快速、准确地对人脸特征点进行定位,获取主要人脸信息;然后,对训练样本进行K-means聚类,将相似程度高的图像分为一类,计算聚类中心,将该中心作为原子构造过完备字典并进行稀疏分解;最后,计算稀疏系数和重构残差对人脸图像进行分类、识别。将该算法与最近邻(NN)、支持向量机(SVM)、稀疏表示分类(SRC)、协同表示分类(CRC)人脸识别算法在ORL和Extended Yale B人脸数据库上对不同样本数及不同维数的人脸图像分别进行识别率测试,在相同样本数或相同维数情况下CS-AAM算法识别率均高于其他算法。在ORL人脸库中选取样本数为210时,相同维数条件下CS-AAM算法识别率为95.2%;在Extended Yale B人脸库上选取样本数为600时,CS-AAM算法识别率为96.8%。实验结果表明,该算法能够有效地提高人脸图像的识别准确率。

基于Shearlet变换和均匀局部二值模式特征的协作表示人脸识别算法

谢佩, 吴小俊

2015, 35(7): 2056-2061. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2056

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为了获得人脸图像中更丰富的纹理特征以提高人脸识别率,提出了一种基于Shearlet变换和均匀局部二值模式(ULBP)算子提取特征(Shearlet_ULBP特征)的协作表示方法——Shearlet_ULBP CRC用于人脸识别。首先,人脸图像通过Shearlet变换分解,得到多尺度多方向的幅值域图谱,再经过简单的平均融合,获得融合后的幅值域图谱;然后,通过ULBP算子结合分块的方法获得该Shearlet变换后融合图像的直方图特征;最后,结合协作表示的方法来分类所提取到的特征。该方法可以提取到图像更丰富的边缘以及纹理信息,在ORL、Extended Yale B和AR人脸数据库上进行测试,在图像无遮挡的情况下识别率都达到了99%以上,在有遮挡情况下也都达到了91%以上的识别率。实验结果表明,所提方法不仅对于光照、姿态和表情变化具备较强的鲁棒性,同时能在一定程度上处理人脸图像中存在遮挡的情形。

在线融合特征的眼睛状态识别算法

徐国庆

2015, 35(7): 2062-2066. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2062

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针对人脸视频中眼睛定位精度影响眼睛状态识别正确率问题,提出了一种融合在线肤色模型的眼睛状态识别算法。首先,在人脸主动表观模型(AAM)定位的基础上,使用当前用户的肤色特征,建立在线肤色模型;其次,在初步定位的眼睛区域,再次使用在线肤色模型,定位内外眼角点的精确位置,并利用眼角点的位置信息提取精确的眼睛区域;最后,提取眼睛区域的局部二值特征(LBP),使用支持向量机(SVM)算法,实现对眼睛睁闭状态的鲁棒识别。实验结果表明,对比全局定位的眼角点定位算法,该算法可以进一步降低眼角点的对齐误差,在低分辨人脸中使用在线融合特征的睁闭眼状态的准确识别率分别为95.03%及95.47%,分别比直接使用Haar特征和Gabor特征的识别率提升2.9%和4.8%,在实时人脸视频中,使用在线特征可以明显提高眼睛状态识别效果。

服务率不确定的单站点传送带给料加工站系统鲁棒优化控制

黄浩, 唐昊, 周雷, 程文娟

2015, 35(7): 2067-2072. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2067

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研究了服务率不确定情况下的单站点传送带给料加工站(CSPS)系统的鲁棒优化控制问题。在仅知服务率区间的条件下,以CSPS系统的前视距离作为控制变量,将鲁棒优化控制问题建模成不确定参数的半马尔可夫决策过程(SMDP)的极大极小优化问题,在状态相关的情况下,给出全局优化算法进行鲁棒控制策略求解。首先,运用遗传算法求解固定策略下的最差性能值;其次,根据求解得到的最差性能值,运用模拟退火算法求解最优鲁棒控制策略。仿真结果表明,服务率不确定的CSPS系统的最优鲁棒性能代价与服务率固定为区间中值系统的最优性能代价相差不大,并且随着不确定区间的缩小,两者的差值越小,说明了全局优化算法的有效性。

基于物联网的纺织车间环境智能测控系统

刘向举, 李敬兆, 刘丽娜

2015, 35(7): 2073-2076. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2073

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为了改善纺织厂车间环境,提高对环境的自动控制水平,提出了一种基于物联网(IoT)的纺织车间环境智能测控系统。给出了该系统的总体设计方案,设计了单跳多汇集节点的无线网络拓扑结构,以降低汇集节点的传输负载,提高网络的数据传输率。详细阐述了该系统感知节点、控制节点等节点硬件设计的具体实施方案和软件工作流程,并利用改进的牛顿插值算法作为拟合函数对检测的数据进行处理,提高了系统检测与控制准确度。应用结果表明,该系统结构简单、稳定可靠、成本低、易于维护和升级,取得了良好的应用效果。

特征滞后计算的股市波动预测

姚宏亮, 李大光, 李俊照

2015, 35(7): 2077-2082. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2077

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针对股票价格波动拐点难以有效预测导致预测精度不高的问题,提出一种特征滞后程度计算的均值门限广义自回归条件异方差(LRD-TGARCH-M)模型。首先,基于股价波动与指标变化出现的不一致性,给出了滞后性的定义,并引入能量波动概念,从能量角度提出特征滞后程度(LD)计算模型;然后,用LD度量拐点出现之前的风险大小,将其加入到股价均值方程中,克服均值门限广义自回归条件异方差(TGARCH-M)模型对拐点预测的不足;其次,根据拐点附近波动相对剧烈,将LD加入到误差项的方差方程中,优化方差的变化,提高模型的预测精度;最后,给出了LRD-TGARCH-M模型的波动预测公式和精度分析,并在股票数据上进行实验,结果表明,与TGARCH-M模型相比,精确度提高了3.76%;与均值指数GARCH(EGARCH-M)模型相比,精确度提高了3.44%,证明了LRD-TGARCH-M模型可以提高股价走势预测精度,减小误差。

基于迭代误差补偿的核极端学习机模型在短期电力负荷预测中的应用

郎坤, 张明媛, 袁永博

2015, 35(7): 2083-2087. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2083

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针对BP神经网络方法制约短期电力负荷预测精度的问题,提出一种基于迭代误差补偿的核极端学习机(KELM-IEC)预测模型。首先,建立短期电力负荷预测模型的输入指标体系,选择月份、日期、星期、周数、是否为节假日、日平均气温、前一日的最大负荷量等影响电力负荷的7个因素作为预测模型的输入;其次,基于新型神经网络模型——核极端学习机(KELM),建立负荷预测模型,引入支持向量机(SVM)的核函数映射作为极端学习机(ELM)的隐含层节点映射,有效结合ELM结构简单、训练简便与SVM泛化能力强的优势,提高负荷预测精度;最后,基于时间序列预测中迭代误差补偿(IEC)技术,建立IEC模型,再次利用KELM对负荷预测模型的预测误差进行学习,从而对预测结果进行补偿和修正,进一步减小模型预测误差,提高预测性能。采用两组实际电力负荷数据进行仿真实验,其中,KELM-IEC模型与BP神经网络模型相比,平均绝对百分误差(MAPE)分别降低了74.39%和34.73%,最大绝对误差(ME)分别降低了58.34%和39.58%;同时与KELM模型相比,平均绝对百分误差分别降低了18.60%和4.29%,最大绝对误差分别降低了0.08%和11.21%,说明误差补偿策略的必要性。实验结果表明,KELM-IEC预测模型能够有效地提高短期电力负荷预测的精度,有利于改善电力系统的计划、运营和管理,保障生产和生活用电,提高经济效益和社会效益。

改进膜蜂群算法求解0-1背包问题

宋潇潇, 王军

2015, 35(7): 2088-2092. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2088

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针对现有算法在求解大规模0-1背包问题时存在的不足,提出一种改进膜蜂群算法(IABCPS)。IABCPS将膜计算(MC)的思想引入人工蜂群(ABC)算法,基于极坐标编码的方式,采用细胞型单层膜结构(OLMS),利用各基本膜中改进人工蜂群算子进行迭代,并结合表层膜实现数据交流;算法通过调整内部参数,实现寻优过程中开发和探索的有效配合。实验结果表明IABCPS在求解小规模背包问题时能准确找到最优解。在求解200个物品的背包问题时,IABCPS相对克隆选择免疫遗传算法(CSIGA)平均结果提高了0.15%,方差降低了97.53%;相对于ABC算法平均结果提高了4.15%,方差降低了99.69%,表现出了良好的寻优能力和稳定性。在与ABCPS求解物品数量为300,500,700,1000的大规模背包问题的比较实验中,IABCPS的平均结果比ABCPS分别高1.25%、3.93%、6.75%和11.21%,且方差与实验次数的商始终维持在个位数,表现出了良好的鲁棒性。

基于多点协作的团队出行路径优化算法

邱吉刚, 李汶隆, 杨佳

2015, 35(7): 2093-2095. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2093

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针对团队出行过程中因信息孤岛导致出行路径非优化和延时等待等问题,提出了一种以团队成员信息共享为基础,以集中式计算为手段的协作式路径优化算法。该算法统筹考虑成员间会合的便捷性、路径/时间最短化等多种因素基础上,通过引入团队会合优先度因子对路径计算进行加权处理,从而实现整个团队出行路径的最优化。理论分析表明,协作式路径优化算法的计算复杂度随团队成员的数量线性增长,与传统的最短路径算法计算复杂度基本相当。仿真结果表明,会合优先度因子值的高低,将会影响会合点及出行路径的选择,因此,可根据实际需求设置会合优先度因子,实现团队会合和路径最短化的动态均衡。最后,以协作式路径优化算法的一个具体的工程应用,阐述团队成员间如何提供支持和帮助,从而安全、高效和有序地到达目的地。

基于多时间窗的油料保障模型

闫华, 高黎, 刘国勇, 王红旗

2015, 35(7): 2096-2100. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2096

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针对军用油料(POL)调拨运输优化问题,通过引入保障时间窗,考虑了油料保障过程中复杂的时间窗约束和运力约束,提出了基于多时间窗的油料调拨运输的约束满足问题(CSP)模型及其求解算法。首先,对油料保障点、油料需求点、保障时间窗、油料保障需求及油料保障任务等要素进行了形式化描述;在此基础上,建立了油料保障CSP模型,并采用理想点法,将模型中的多目标转化为单目标规划问题;设计了基于粒子群优化(PSO)算法的模型求解方法和步骤,并通过算例介绍了模型的具体运用。算例中,将利用所提模型求解得到的优化方案与最大化油料保障量为单一目标的模型优化方案进行比较,两种方案下的运力安排已达最大,但对各油料需求保障时间的安排,所提模型求解方案中每个油料需求的开始保障时间都不晚于单目标模型求解方案中的保障时间。通过对不同优化方案的比较,表明所提模型和算法能够有效解决多目标油料保障优化问题。

基于改进的最大后验概率矢量量化和最小二乘支持向量机集成算法

张俊, 关胜晓

2015, 35(7): 2101-2104. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2101

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针对目前说话人识别系统的效率问题,采用集成算法的策略,提出一种新的说话人识别系统框架。首先,考虑到传统的最大后验概率矢量量化(VQ-MAP)算法中只关注平均矢量而不考虑权重的问题,提出了改进的VQ-MAP算法,使用加权平均向量来代替平均向量;然后,由于支持向量机(SVM)算法相对耗时,故采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)替代SVM算法;最后,在说话人识别系统中,利用改进的VQ-MAP算法所得参数集作为LS-SVM的训练样本。实验结果表明,基于改进的VQ-MAP和LS-SVM的集成算法,与传统的SVM算法相比,在均使用径向基函数(RBF)核函数时,对40人样本数据建模时间上减少接近40%;在阈值为1,测试语音时长为4 s时,与传统的VQ-MAP和SVM算法相比,误识率降低了1.1%,误拒率降低了2.9%,识别率提高了3.9%;在阈值为1,测试语音时长为4 s时,与传统的VQ-MAP和LS-SVM算法相比,误识率降低了3.6%,误拒率降低了2.7%,识别率提高了4.4%。结果表明,集成算法能够有效提高算法识别率,明显减少运算时间,同时降低误识率和误拒率。

基于信号杂波噪声比的认知雷达扩展目标探测波形设计

闫东, 张朝霞, 赵岩, 王娟芬, 杨玲珍, 施俊鹏

2015, 35(7): 2105-2108. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2105

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针对认知雷达在杂波环境下探测扩展目标时,回波信号的信号杂波噪声比(SCNR)较低的问题,提出了一种基于SCNR认知雷达发射波形优化设计方法。首先,不同于以往的点目标模型,通过建立扩展目标探测模型,得到认知雷达回波信号杂波噪声比(SCNR)与发射信号能量谱密度(ESD)间的关系;其次,根据最大SCNR准则推导出发射信号ESD的全局最优解;最后,为了得到有实际意义的时域信号,采用相位调制的方式,结合最小均方误差(MMSE)和迭代算法将最优ESD合成满足雷达发射要求的恒幅时域信号。仿真实验中,该方法所得时域合成信号幅度为1,在匹配滤波器输出端的SCNR为19.133 dB,仅小于理想值0.005 dB。结果表明,所得到的时域波形不仅能够满足恒幅要求,而且能使接收机输出端的SCNR接近理想值,提高了扩展目标探测性能。

基于肌电信号的多模式抓握力估计

张冰珂, 段小刚, 邓华

2015, 35(7): 2109-2112. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.07.2109

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针对大多肌电控制的假肢只研究模式识别而没有对抓握力和抓握模式同步解码的问题,提出一种同时分析抓握模式和抓取力的方法。首先,采用4通道表面电极采集人体手臂肌电信号(EMG),采用力敏电阻(FSR)采集抓取力信号;然后,分别利用线性判别分析(LDA)方法和人工神经网络(ANN)进行抓握模式识别和力估计。在4种抓握模式下分别建立4个肌电信号-力关系,一旦判别出抓取模式,则调用相应模式下肌电信号-力模型估计抓握力大小以实现模式识别和力估计的结合。实验结果表明,当进行模式和力的同步解码时,模式平均分类精度约为77.8%,力估计的准确率约为90%。该方法可以用于假肢的肌电控制,不仅可以解码使用者的抓取动作的意图,还可以解码使用者期望的抓取力,辅助假肢实现稳定抓取。

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