当期目录

    2015年 第35卷 第8期 刊出日期:2015-08-10
    网络与通信
    IPv4网络与IPv6互联网的无状态通信机制
    韩国梁, 盛茂家, 包丛笑, 李星
    2015, 35(8):  2113-2117.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2113
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    在IPv4/IPv6过渡进程中,针对一些尚未升级到IPv6的IPv4网络仍需要与IPv6互联网互联互通的问题,提出了一种无状态的双向通信机制,完善了目前IPv4/IPv6翻译的整体框架。首先,针对IPv4服务器被IPv6用户访问的场景和IPv4网络访问IPv6资源的场景分别提出了相应的通信流程,结合已有的无状态通信机制,形成统一的IPv4/IPv6无状态通信框架。其次,对IPv6到IPv4的单向映射函数的需求进行了分析,提出了三个定量评价标准,并用实际数据对各种哈希函数进行了分析和比较。实验表明,FarmHash哈希算法的处理时间短、冲突频率低、反向查询复杂度低,适合用于IPv4网络与IPv6互联网相互通信的两类场景,从而验证了该机制的可行性;与现有的有状态通信机制相比,该机制具有很好的可扩展性和可溯源性,能够支持双向发起的通信,因此可以有效促进IPv4到IPv6的过渡。

    基于改进型拍卖的软件定义网络交换机迁移机制
    陈飞宇, 汪斌强, 王文博, 王志明
    2015, 35(8):  2118-2123.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2118
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    多控制器软件定义网络(SDN)中交换机迁移策略单一,造成迁移效率低且多次迁移。为此,提出一种基于改进型拍卖的交换机迁移机制PASMM,将交换机的迁移问题优化成为控制器剩余资源的拍卖问题,通过提高处于供不应求状态的控制器资源的交易价格,完成拍卖过程,实现控制器和交换机的重新部署,提高网络效益。仿真实验表明,与典型的交换机迁移策略相比,PASMM达到了较好的控制器负载均衡,PACKET_IN消息的响应时间减少了约13.5%,同时随着交换机流请求的增大,PASMM的迁移时间最少。

    基于USRP2的无线网络MAC协议半实物仿真系统设计与实现
    李佳迅, 张少杰, 赵海涛, 马东堂
    2015, 35(8):  2124-2128.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2124
    摘要 ( )   PDF (896KB) ( )  
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    目前,由于可供网络协议开发的硬件资源极其有限,而且真实性能评估要求硬件上的组网产生了高额的硬件成本。因此,对于大多数网络协议的研究以及性能评估都是基于纯软件系统进行的,其结果仅局限于理论意义。为了解决这些问题,基于GNU Radio平台以及二代通用软件无线电外设(USRP2)设计和实现了分布式无线网络媒体介入控制(MAC)协议的半实物仿真系统。该系统以IEEE802.11分布式协调功能(DCF)为协议框架,结合离散事件仿真技术,依靠较少的硬件资源(一台个人计算机(PC)和两台USRP2)模拟了多个节点的无线通信网络。实现中,MAC层协议使用简洁的Python语言进行系统开发,具有很大的灵活性,而且扩展性和可移植性强;物理层使用高效的C++语言对信号进行模块化处理,并利用USRP2射频硬件在真实信道上进行数据传输。将系统的节点发送概率以及吞吐量实测数据分别与Bianchi算法以及基于时隙分析的饱和吞吐量计算模型进行了对比,对比结果的吻合性说明了网络仿真平台的可靠性。

    基于RobustICA的数字调制混合信号盲源分离算法
    张光宇, 陈红, 蔡晓霞
    2015, 35(8):  2129-2132.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2129
    摘要 ( )   PDF (597KB) ( )  
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    针对含噪环境下数字调制混合信号盲源分离(BSS)误码率(BER)过高的问题,提出了一种基于RobustICA的二阶段盲源分离算法R-TSBS。该算法采用RobustICA算法对阵列响应向量构成的混合矩阵进行估计,然后利用数字调制信号的有限符号集特征,在第二阶段用最大似然估计(MLE)方法估计各个数字调制源信号发送的符号序列,达到盲源分离的目的。实验仿真表明,传统的独立成分分析(ICA)算法如RobustICA算法和FastICA算法误码率很高,在信噪比(SNR)为10 dB时,其误码率达到了3.5×10-2左右,而基于FastICA的二阶段盲源分离算法F-TSBS和基于RobustICA的二阶段盲源分离算法R-TSBS的误码率则下降到了10-3,分离性能得到了明显改善;在较低的信噪比(0~4 dB)下,R-TSBS算法较F-TSBS算法约有2 dB性能提升。

    基于相位调制扩容1090ES的RS校验码设计
    宋妍, 李华琼, 王洪, 孙清清, 黄忠涛
    2015, 35(8):  2133-2136.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2133
    摘要 ( )   PDF (599KB) ( )  
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    对1090 MHz扩展电文(1090ES)信号进行相位调制,可以扩展1090ES数据链容量,为此研究了基于8进制相移键控(8PSK)的1090ES扩容系统中的RS码校验技术。首先,根据RS码特点及1090ES扩容数据链结构,设计RS码的码元总长度为54;然后,通过Matlab仿真,探讨了不同RS码编码效率下的差错性能及其对1090ES扩容系统性能的影响,由此确定了RS码编码效率的最佳选取范围为0.6~0.7;最后,具体分析所选定编码效率范围内RS码的差错性能,进一步确定了信息码元长度,仿真结果表明,信息码元个数可选择为32、34或36。以RS(54,32)为例,进行Matlab仿真分析,结果表明,所设计RS码能有效提高1090ES扩容系统的差错性能。

    先进计算
    团图点删除问题的近似算法
    高文宇, 李华
    2015, 35(8):  2137-2139.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2137
    摘要 ( )   PDF (562KB) ( )  
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    针对团图点删除问题的3-近似算法得到的近似解可能较大的问题,通过对团图点删除问题及团图特性的分析,提出了该问题的一个新的近似算法。新算法通过考察图中节点的一阶和二阶邻点来计算节点关联的P3的数目,然后优先选择P3数最大的节点加入解集,以期尽快消除图中的P3,从而最终获得较小的点删除集。为检验算法效果,设计了多组不同场景的随机实验对新算法和经典的3-近似算法进行了比较。随机实验表明,新算法较经典的3-近似算法有明显的优势。

    随机图的正常均匀全染色算法
    尹波, 李敬文, 代素敏, 胡腾云
    2015, 35(8):  2140-2146.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2140
    摘要 ( )   PDF (847KB) ( )  
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    目前对图的均匀全染色的研究仅限于一些如完全图、正则图等特殊图,还没有发现用于研究一般简单连通图的正常均匀全染色的算法。为了研究一般图的正常均匀全染色,根据正常均匀全染色的点约束、边约束、点边约束和均匀约束四个约束规则,设计了一种新的启发式智能算法。首先,该算法确定四个子目标函数和一个总目标函数;然后,在每个子目标函数内借助染色矩阵及色补集合矩阵逐步迭代交换,直到子目标函数值为0时,子目标染色完成;最后,当每个子目标函数值都为0时,总目标函数值为0,染色成功。实验结果表明,该算法可以生成8个点以内的所有简单连通图,并能对每个生成图进行正常均匀全染色,得到其均匀全色数,且验证得对任意的正整数k,当3≤ k≤ 9时,随机图G都有k-均匀全染色。同时在20到400个点之间选取了72个图,用所提算法对其进行均匀全染色,并依据染色结果绘制了它们的点数-边密度-所需色数关系图。

    团购模式下云制造服务资源组合优化模型与算法
    马书刚, 杨建华
    2015, 35(8):  2147-2152.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2147
    摘要 ( )   PDF (1107KB) ( )  
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    在云制造服务环境中,为了进一步降低需求者的服务成本,提出了一种团购模式下云制造服务资源组合优化模型与算法。在云制造平台发展的初期阶段,以服务需求者的视角分析云制造服务资源组合优化管理问题,通过团购模式研究了资源组合优化模型与算法,模型中考虑团购定价、团购信任度等关键影响因素,对云制造资源组合优化进行综合决策;设计改进的遗传算法进行模型求解,进一步对团购模式下云制造服务资源组合模型进行仿真分析。通过不同规模问题的仿真实验验证了模型与算法的有效性和可行性,仿真结果表明,在团购规模逐渐增大的情况下,团购模式比个体模式更具有成本优势。

    计算集群中一种基于任务运行时间的组合预测方案
    余莹, 李肯立, 徐雨明
    2015, 35(8):  2153-2157.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2153
    摘要 ( )   PDF (972KB) ( )  
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    针对现有单一预测策略不适用于所有异构任务的问题,提出一种基于本地任务与远程任务运行时间的组合预测方案(CPS)和预测精度保证(PAA)的概念。使用GridSim工具集来实现CPS,将PAA作为定量评价由某一特定预测策略提供的预测运行时间精度的标准。仿真实验表明:与本地任务预测策略如Last和滑动窗口中值(SM)相比,CPS的平均相对残差下降了1.58%、1.62%;与远程任务预测策略如平均运行时间(RM)和加权移动平均值(ES)相比,CPS的平均相对残差下降了1.02%、2.9%。因此,PAA能从综合策略所提供的结果中选择接近最优值的预测,CPS增强了计算环境中本地任务和远程任务运行时间的PAA。

    结合云存储的新一代博客系统架构
    张宝军, 潘瑞芳
    2015, 35(8):  2158-2163.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2158
    摘要 ( )   PDF (1000KB) ( )  
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    为解决新一代博客系统海量信息的存储问题,结合云存储技术,提出了一种新的博客系统架构BlogCloud。该架构以分布式存储技术为核心,避免了集中式存储的性能瓶颈问题,可扩展性高;采用半分布式P2P网络拓扑结构,能快速定位网络中的存储资源;只将稳定节点作为存储节点,避免了不稳定节点带来的网络波动问题;遵循就近存储原则,同时在客户端缓存文件,减少了网络传输;允许用户自定义文件分块的大小,对大的文件可分块并行传输,提高了文件传输的速度,对小的文件则不用分块,节省了文件分块、合并的开销;具备数据冗余备份功能,在网络中多个存储节点保留文件副本,并实行异地备份,增强了数据的安全性和可靠性。在虚拟机上对BlogCloud和ZSWIN博客系统进行比较测试,结果显示:BlogCloud的吞吐量明显高于ZSWIN;将不稳定节点作为存储节点会降低BlogCloud的性能;在存储节点和索引节点减少的情况下BlogCloud仍然能够稳定运行,可靠性较高。结果表明,BlogCloud架构能够满足新一代博客系统的存储要求。

    信息安全
    基于朴素贝叶斯分类器的网络安全态势评估方法
    文志诚, 曹春丽, 周浩
    2015, 35(8):  2164-2168.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2164
    摘要 ( )   PDF (778KB) ( )  
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    针对目前网络安全态势评估范围局限、信息来源单一、时空复杂度较高且准确性偏差较大等问题,提出了一个朴素贝叶斯分类器的网络安全态势评估方法,充分考虑了多信息源与多层次异构信息融合,具有快速高效性,从整体动态上展示出网络当前安全状况,准确地反映了网络当前安全态势。最后利用网络实例数据,对所提出的朴素贝叶斯分类器的网络安全态势评估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。

    基于累积效应的网络脆弱性扩散分析方法
    李艳, 黄光球, 张斌
    2015, 35(8):  2169-2173.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2169
    摘要 ( )   PDF (851KB) ( )  
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    网络脆弱性评估是一种主动防范技术,意在攻击发生之前对安全态势进行分析进而制定防御措施,但传统的定量分析模型不能对实体间动态交互关系有很好的展现,而且大都不能得出风险扩散的全局化结果。将脆弱性扩散过程类比于社会网络中影响力传播过程,提出了基于累积效应的网络脆弱性扩散分析方法,定义的脆弱性扩散分析模型给出了细粒度级的主体关系结构,利用攻击效果累积特性提出的分析算法可以更准确地刻画脆弱性扩散规则,保证更好的影响范围。最后对该模型和算法进行了实例验证,在模型描述简洁性、分析结果准确性、安全建议合理性等方面的横向比较分析,验证了模型在评估结果直观性和制定成本最小安全措施等方面的优势。

    基于社团理论的复杂网络级联故障模型
    陆靖桥, 傅秀芬
    2015, 35(8):  2174-2177.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2174
    摘要 ( )   PDF (616KB) ( )  
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    针对目前级联故障研究局限于单个节点或节点的简单邻居关系的问题,充分考虑网络的中观局域特征——社团结构,提出一种考虑社团理论的级联故障模型。依据节点的社团属性,赋予节点动态初始负荷,并采用不同的攻击策略对美国西部电力网络、美国航空网络、IEEE118标准电网和无标度网络(SFN)等不同网络模拟故障过程。经仿真发现,社团因素对节点的初始负荷贡献越大,社团内失效节点引发的故障规模越小,而连接多个社团的特殊"枢纽"节点的失效则会引发严重的级联故障。进一步计算不同属性的Pearson相关系数,表明节点的社团外邻居节点数属性较其他属性与故障规模更相关。

    社会网络子集(θ, k)-匿名方法
    张晓琳, 王萍, 郭彦磊, 王静宇
    2015, 35(8):  2178-2183.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2178
    摘要 ( )   PDF (864KB) ( )  
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    针对目前社会网络邻域隐私保护相关研究并没有考虑对子集的保护,并且邻域子集中的特定属性分布情况也会造成个体隐私泄露这一问题,提出了一种新的(θ, k)-匿名模型。该模型移除社会网络中需要被保护的节点邻域子集标签后,基于k-同构思想,利用邻域组件编码技术和节点精炼方法处理候选集中的节点及其邻域子集信息,完成同构操作,其中考虑特定敏感属性分布问题。最终,该模型满足邻域子集中的每个节点都存在至少k-1个节点与其邻域同构,同时要求每个节点的属性分布在邻域子集内和在整个子集的差值不大于θ。实验结果表明,(θ, k)-匿名模型能够降低匿名成本并且最大化数据效用。

    Web服务访问控制策略研究
    贺正求, 张叶琳, 许俊奎, 孙丹辉
    2015, 35(8):  2184-2188.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2184
    摘要 ( )   PDF (829KB) ( )  
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    Web服务环境中,交互实体通常位于不同安全域,具有不可预见性。Web服务应该基于其他与领域无关的信息而非身份来实施访问控制,以实现对跨域未知用户的访问授权。为此,提出了适应于Web服务的基于上下文的访问控制策略模型。模型的核心思想是将各种与访问控制有关的信息统一抽象表示为一个上下文概念,以上下文为中心来制定和执行访问控制策略,上下文担当了类似基于角色的访问控制(RBAC)中角色的概念。基于描述逻辑语言(DL),定义了基于上下文的访问控制策略公理,建立了访问控制策略知识库,提出了访问控制策略的逻辑推理方法。最后基于Racer推理系统,通过实验验证了方法的可行性和有效性。

    素数阶群上属性可重复的多授权机构基于属性的加密方案
    李作辉, 杨梦梦, 陈性元
    2015, 35(8):  2189-2194.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2189
    摘要 ( )   PDF (948KB) ( )  
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    针对目前多授权机构基于属性的加密方案(MA-ABE)限制每个属性在访问结构中只能出现一次,而属性重复编码必将导致系统效率降低的问题,提出了一种素数阶群上属性可重复的多授权机构密文策略(MA-CP-ABE)方案。首先基于对偶配对空间和线性秘密共享等技术,在素数阶群上构建了一个MA-CP-ABE方案;然后通过引入q-Parallel BDHE假设,解决了经典对偶系统加密证明过程依赖一个统计意义假设,而该假设只有在访问结构中属性不重复出现才能成立的问题,构建一系列两两不可区分的攻击游戏证明该方案在标准模型下是自适应安全的;最后通过性能分析说明,与另两种素数阶群上构建的自适应安全MA-CP-ABE方案相比,在不考虑属性重复的情况下,该方案解密速度随着参与属性数量的增加分别提高了20%~40%和0%~50%,在真实应用环境中的性能优势更大。

    基于组合式爬山算法提高S盒非线性度的方法
    覃冠杰, 马建设, 程雪岷
    2015, 35(8):  2195-2198.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2195
    摘要 ( )   PDF (720KB) ( )  
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    针对三点和四点爬山算法对随机置换盒(S盒)的非线性度进行优化时计算量大及效率低的问题,提出了一种组合式爬山算法(CHC)。该算法把交换S盒两个输出数据的行为定义为一个交换元,利用加权择优函数,筛选出若干个对非线性度的提升贡献较大的交换元,然后通过同时应用多个交换元,达成提高S盒非线性度的目标。实验中利用CHC算法,一次最多交换了12个输出数据,使得大部分8输入8输出随机S盒的非线性度超过了102,最高可达106。实验结果表明,所提出的CHC算法相比于三点和四点爬山算法,不仅降低了计算量,而且对随机S盒的非线性度也有着更为明显的提升作用。

    对两个基于智能卡的多服务器身份认证方案的密码学分析与改进
    屈娟, 李艳平, 伍习丽
    2015, 35(8):  2199-2204.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2199
    摘要 ( )   PDF (896KB) ( )  
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    身份认证是用户访问网络资源时的一个重要安全问题。近来,Xu等(XU C, JIA Z, WEN F, et al. Cryptanalysis and improvement of a dynamic ID based remote user authentication scheme using smart cards [J]. Journal of Computational Information Systems, 2013, 9(14): 5513-5520)提出了一个基于智能卡的动态身份用户认证方案。分析指出其方案不能抵抗中间人攻击和会话密钥泄露攻击,且无法实现会话密钥前向安全性。此外,指出Choi等(CHOI Y, NAM J, LEE D, et al. Security enhanced anonymous multiserver authenticated key agreement scheme using smart cards and biometrics [J]. The Scientific World Journal, 2014, 2014: 281305)提出的基于智能卡和生物特征的匿名多服务器身份认证方案(简称CNL方案)易遭受智能卡丢失攻击、服务器模仿攻击,且不能提保护用户的匿名性。最后,基于生物特征和扩展混沌映射,提出了一个安全的多服务器认证方案,安全分析结果表明,新方案消除了Xu方案和CNL方案的安全漏洞。

    利用Lorenz混沌系统实现红外图像加密的方案
    王聪丽, 陈志斌, 葛勇
    2015, 35(8):  2205-2209.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2205
    摘要 ( )   PDF (887KB) ( )  
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    为保证红外成像系统中红外图像的信息安全,克服采用传统图像加密时方法安全性不高、实时性差的缺陷,在分析红外图像比特为平面特征的基础上,提出了利用Lorenz混沌系统对红外图像进行加密的方案。在方案中,采用Lorenz混沌系统,针对红外图像比特位平面影响因子分布特征,只加密红外图像的最高四个比特位平面,一次性实现图像横、纵坐标和比特位平面加密,将图像加密层次由像素级扩展到比特级。和传统图像加密算法相比,该方案基于红外图像独特的位平面分布特征,加密速度快,性能好,能有效抵抗穷举攻击,具有良好的抗干扰性能和较高的置乱度。该方案可应用于安全级别要求高的红外监控系统中,提高系统安全性,有效防止黑客入侵。

    人工智能
    W-POS语言模型及其选择与匹配算法
    邱云飞, 刘世兴, 魏海超, 邵良杉
    2015, 35(8):  2210-2214.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2210
    摘要 ( )   PDF (877KB) ( )  
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    n-grams语言模型旨在利用多个词的组合形式生成文本特征,以此训练分类器对文本进行分类。然而n-grams自身存在冗余词,并且在与训练集匹配量化的过程中会产生大量稀疏数据,严重影响分类准确率,限制了其使用范围。对此,基于n-grams语言模型,提出一种改进的n-grams语言模型——W-POS。将分词后文本中出现概率较小的词和冗余词用词性代替,得到由词和词性的不规则排列组成的W-POS语言模型,并提出该语言模型的选择规则、选择算法以及与测试集的匹配算法。在复旦大学中文语料库和英文语料库20Newsgroups中的实验结果表明,W-POS语言模型既继承了n-grams语言模型减少特征数量、携带部分语义和提高精度的优点,又克服了n-grams语言模型产生大量稀疏数据、含有冗余词的缺陷,并验证了选择和匹配算法的有效性。

    基于约束的协同设计冲突检测模型
    杨亢亢, 巫世晶, 刘羽劼, 周璐
    2015, 35(8):  2215-2220.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2215
    摘要 ( )   PDF (893KB) ( )  
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    针对协同设计冲突无法准确全面检测的问题,提出了一种基于约束的冲突检测模型。在分析了协同设计中约束分层和约束满足问题的基础上,该检测模型将约束划分为已知约束关系集合和未知约束关系集合两部分,分别对其进行冲突检测。采用区间传播算法验证已知约束关系集合;提出用免疫算法优化反向传播(BP)神经网络来模拟未知约束关系集合进行冲突检测,并与遗传算法优化BP神经网络进行对比,收敛速度提高了62.96%,证明了算法具有较快的收敛速度和较强的全局收敛能力。为实现计算机支持的冲突检测,研究了基于可扩展标记语言(XML)文档的约束关系集合表达方法,设计了基于约束满足的冲突检测系统的架构体系,并以C#和Matlab为平台开发了行星齿轮箱协同设计冲突检测系统。最后,通过实例验证了冲突检测模型的可行性和有效性。

    面向贯序不均衡数据的混合采样极限学习机
    毛文涛, 王金婉, 何玲, 袁培燕
    2015, 35(8):  2221-2226.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2221
    摘要 ( )   PDF (882KB) ( )  
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    针对现有机器学习算法难以有效提高贯序不均衡数据分类问题中少类样本分类精度的问题,提出一种基于混合采样策略的在线贯序极限学习机。该算法可在提高少类样本分类精度的前提下,减少多类样本的分类精度损失,主要包括离线和在线两个阶段:离线阶段采用均衡采样策略,利用主曲线分别构建多类和少类样本的可信区域,在不改变样本分布特性的前提下,利用可信区域扩充少类样本和削减多类样本,进而得到均衡的离线样本集,建立初始模型;在线阶段仅对贯序到达的多类数据进行欠采样,根据样本重要度挑选最具价值的多类样本,进而动态更新网络权值。通过理论分析证明所提算法在理论上存在损失信息上界。采用UCI标准数据集和实际的澳门空气污染预报数据进行仿真实验,结果表明,与现有在线贯序极限学习机(OS-ELM)、极限学习机(ELM)和元认知在线贯序极限学习机(MCOS-ELM)算法相比,所提算法对少类样本的预测精度更高,且数值稳定性良好。

    基于量子粒子群优化算法的新型正交基神经网络分数阶混沌时间序列单步预测
    李瑞国, 张宏立, 王雅
    2015, 35(8):  2227-2232.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2227
    摘要 ( )   PDF (975KB) ( )  
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    针对分数阶混沌时间序列预测精度低、速度慢的问题,提出了基于量子粒子群优化(QPSO)算法的新型正交基神经网络预测模型。首先,在Laguerre正交基函数的基础上提出一种新型正交基函数,并结合神经网络拓扑构成新型正交基神经网络;其次,利用QPSO算法优化新型正交基神经网络参数,将参数优化问题转化为多维空间上的函数优化问题;最后,根据已优化参数建立预测模型并进行预测分析。分别以分数阶Birkhoff-shaw和Jerk混沌系统为模型,利用Adams-Bashforth-Moulton预估-校正法产生混沌时间序列作为仿真对象,进行单步预测对比实验。仿真表明,与反向传播(BP)神经网络、径向基函数(RBF)神经网络及普通的新型正交基神经网络相比,基于QPSO算法的新型正交基神经网络的平均绝对值误差(MAE)、均方根误差(RMSE)明显减小,决定度系数(CD)更接近于1,平均建模时间(MMT)明显缩短。实验结果表明,基于QPSO算法的新型正交基神经网络提高了分数阶混沌时间序列预测的精度和速度,便于该预测模型的应用和推广。

    基于主题模型的多示例多标记学习方法
    严考碧, 李志欣, 张灿龙
    2015, 35(8):  2233-2237.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2237
    摘要 ( )   PDF (767KB) ( )  
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    针对现有的大部分多示例多标记(MIML)算法都没有考虑如何更好地表示对象特征这一问题,将概率潜在语义分析(PLSA)模型和神经网络(NN)相结合,提出了基于主题模型的多示例多标记学习方法。算法通过概率潜在语义分析模型学习到所有训练样本的潜在主题分布,该过程是一个特征学习的过程,用于学习到更好的特征表达,用学习到的每个样本的潜在主题分布作为输入来训练神经网络。当给定一个测试样本时,学习测试样本的潜在主题分布,将学习到的潜在主题分布输入到训练好的神经网络中,从而得到测试样本的标记集合。与两种经典的基于分解策略的多示例多标记算法相比,实验结果表明提出的新方法在现实世界中的两种多示例多标记学习任务中具有更优越的性能。

    改进蚁群算法在基于服务质量的Web服务组合优化中的应用
    倪志伟, 方清华, 李蓉蓉, 李一鸣
    2015, 35(8):  2238-2243.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2238
    摘要 ( )   PDF (1051KB) ( )  
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    为了克服基础蚁群算法存在的前期搜索速度较慢、后期极易陷入局部最优解的缺点,提出初始信息素分布策略和局部优化策略;同时还提出了依赖解的质量的信息素更新依据,以增强算法过程中信息素的有效积累。将该改进蚁群算法应用于基于服务质量(QoS)的Web服务组合优化问题中,通过在数据集QWS2.0上的实验对改进蚁群算法的可用性和有效性进行了验证。结果表明改进的蚁群算法与基础蚁群算法、利用解与理想解距离更新信息素的改进蚁群算法以及用支配程度作为解的个体评价的改进遗传算法相比,能够找到更多的非劣解,寻优能力更优,表现出了较稳定的性能。

    完备的无参数近邻保持及最大化非近邻算法
    林玉娥, 陈静逸, 许光宇, 梁兴柱
    2015, 35(8):  2244-2248.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2244
    摘要 ( )   PDF (747KB) ( )  
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    无参数保持投影算法无需参数设置且识别性能稳定,但算法不能有效地保持样本的局部结构,且忽略了非局部样本所起的作用,而且存在着小样本(SSS)问题,为此提出了一种完备的无参数近邻保持及最大化非近邻算法。算法以样本间余弦距离0.5为分界点将样本分成近邻及非近邻样本,为了充分利用近邻样本及非近邻样本,分别构造了近邻散度矩阵及非近邻散度矩阵,因此算法的目标函数就是求取能够最小化近邻散度矩阵的同时,最大化非近邻散度矩阵的投影矩阵。对于目标函数的求解,可先将高维样本通过主成分分析(PCA)算法降至一个低维的子空间,并通过两个定理证明了这种处理方法没有损失任何有效的判别信息;然后将目标函数转换为差形式,从而有效地解决了小样本问题。在人脸库及掌纹库上的实验结果表明,与无参数局部保持投影算法相比,所提算法平均识别率更高,验证了算法的有效性。

    基于修补策略的约束多目标动态环境经济调度优化算法
    钱淑渠, 武慧虹, 徐国峰
    2015, 35(8):  2249-2255.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2249
    摘要 ( )   PDF (967KB) ( )  
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    针对传统的优化算法求解多目标动态环境经济调度(MODEED)模型时极难获得高质量的可行解,且收敛速度慢等问题,根据MODEED模型约束特征,设计了一种约束修补策略;然后将该策略嵌入非支配排序算法(NSGAⅡ),进而提出一种修补策略的约束多目标优化算法(CMEA/R);接着借助模糊决策理论给出了多目标问题的最优决策向量;最后,以经典的10机系统为例,验证了CMEA/R的求解能力,并比较了不同群体规模下CMEA/R与NSGAⅡ的性能。仿真结果表明,在不同群体规模下,与NSGAⅡ相比,CMEA/R的污染排放平均减少了480 lb(217.7 kg),燃料成本平均减少了7 800美元,执行时间平均减少了0.021 s;覆盖率(HR)性能优于NSGAⅡ,且收敛速度较NSGAⅡ快。

    基于改进模糊算法的移动机器人避障
    彭玉青, 李木, 张媛媛
    2015, 35(8):  2256-2260.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2256
    摘要 ( )   PDF (779KB) ( )  
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    为了提高移动机器人在连续障碍物环境下的避障性能,提出了一种具有速度反馈的模糊避障算法。移动机器人利用超声传感器感知周围环境,在模糊控制的基础上通过障碍物分布情况调整自身速度,进而引入优雅降级并把改进的模糊避障融入其中,增强了移动机器人的鲁棒性。实验结果表明,该方法能通过与环境交互调整机器人移动速度,控制机器人成功避障并优化避障路径,具有良好的有效性。

    一种改进的AdaBoost检测算法
    刘苹光, 文成玉, 杜鸿
    2015, 35(8):  2261-2265.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2261
    摘要 ( )   PDF (790KB) ( )  
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    针对传统AdaBoost算法在人脸图片训练过程中可能会出现退化现象和训练目标类权重分布过适应的问题,提出一种基于调整正负误差比和设定阈值的改进AdaBoost算法。该算法首先把设定的阈值和当前分类错误样本的权值比较来更新样本的权值,其次通过调整正误差和负误差之间的偏重关系来控制训练样本的偏重。经过实验表明,不同人脸图像库和不同正负样本比不影响该算法的有效性,在LFW非受限人脸图像库正负样本比例为1:1情况下,检测率为86.7%,高于传统AdaBoost算法;弱分类器数目为116,比传统AdaBoost算法多15个。实验结果可以看出所提算法抑制了退化和训练目标类权重过适应现象,有效地提高了人脸图片检测率。

    虚拟现实与数字媒体
    基于密切多项式近似的多项式插值算法框架
    赵小乐, 吴亚东, 张红英, 赵静
    2015, 35(8):  2266-2273.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2266
    摘要 ( )   PDF (1379KB) ( )  
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    多项式插值技术是近似理论中一种常见的近似方法,被广泛用于数值分析、信号处理等领域。但传统的多项式插值技术大多是基于数值分析与实验结果相结合得到的,没有统一的理论描述和规律性的解决方案。为此,根据密切多项式近似理论为图像的多项式插值算法提出一个统一的理论框架。密切多项式近似的理论框架包括采样点数目、密切阶数和导数近似规则三个部分,它既可以用于分析现有的多项式插值算法,也可以用于开发新的多项式插值算法。分析了主流多项式插值技术在密切多项式近似理论框架下的表现形式,并以四点二阶密切多项式插值算法为例详细描述了利用密切多项式插值的理论框架开发新的多项式插值算法的一般流程。理论分析和数值实验表明大多数主流插值算法都属于密切多项式插值算法,它们的处理效果与采样点数目、密切阶数和导数近似规则有紧密的关系。

    基于均匀尺度不变局部三元模式的背景建模及其在Intel HD显卡上的并行实现
    林泽诚, 朱建清, 廖胜才, 李子青
    2015, 35(8):  2274-2279.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2274
    摘要 ( )   PDF (934KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对尺度不变局部三元模式(SILTP)背景建模算法复杂度较高、计算速度较慢,不利于高速视频处理的问题,提出了一种新的均匀尺度不变局部三元模式(USILTP)背景建模并行算法。首先,通过规范SILTP编码的跳变次数得到USILTP纹理特征,实现了SILTP特征降维;其次,设计并实现基于英特尔核芯显卡(Intel HD)及开放式计算语言(OpenCL)的USILTP背景建模并行算法,进一步加速了USILTP背景建模算法;最后,通过融合多颜色通道模型结果,优化了USILTP背景建模算法的前景效果。实验结果表明,在Intel HD 4600上处理320×240分辨率的视频,该算法将速度提升至98 frame/s,比SILTP背景建模算法快4倍;在前景检测方面,该算法在背景公开数据库上的性能比SILTP背景建模算法提升了2.1%。

    周期性动态图像的傅里叶表达、渲染及应用
    律睿慜, 陈伟, 孟磊, 陈丽芳, 吴昊天, 李静远
    2015, 35(8):  2280-2284.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2280
    摘要 ( )   PDF (896KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    为了生成新颖的艺术效果,提出了周期性动态图像模型,其每个像素都是一个时域周期函数。首先,提出了周期性动态图像的傅里叶表达,具体是将图像中每个像素对应的周期函数以一系列傅里叶系数来表达,并在实时运行中以傅里叶级数求和的结果作为每个像素的动态输出。其次,提出了三种渲染风格,使得图像的动态输出以不同的方式渲染显示。这三种渲染风格演示了三种应用,包括动态数字绘画、动态图像扭曲特效和动态对白气泡。最后,构建了原型绘画系统,并进行了有关艺术效果的心理评价实验,结果显示其生成的视觉效果新颖而多样化,且易于实现笔式交互编辑。这种图像模型可作为一种新型的艺术媒介。

    融合深度信息的BRISK改进算法
    张恒, 刘大勇, 刘艳丽, 聂晨曦
    2015, 35(8):  2285-2290.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2285
    摘要 ( )   PDF (1012KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    为了有效地利用RGB-D图像的深度信息,提高BRISK算法的尺度不变性和旋转不变性,提出一种融合深度信息的BRISK改进算法。首先,采用FAST算法提取特征点,并计算每个特征点的Harris角点响应值;然后,将整个图像划分为大小相同的网格,每个网格保留Harris角点响应值最大的特征点;其次,根据图像的深度信息直接计算特征点的尺度因子;最后,计算以特征点为中心的圆的灰度矩心,通过灰度矩心和特征点的位置偏差确定特征点主方向。从尺度不变性和旋转不变性两方面对几种算法进行了对比实验分析。实验结果表明,相比BRISK算法,改进后的算法在图像尺度变化时正确匹配特征点数提高了90%以上,在图像旋转时正确匹配特征点数提高了至少70%。

    基于物理模型的单幅图像对比复原算法
    王帆, 杨燕, 白海平
    2015, 35(8):  2291-2294.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2291
    摘要 ( )   PDF (912KB) ( )  
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    基于图像复原的去雾算法中参数的估计容易造成去雾图像场景信息的丢失,对此,提出一种图像去雾新算法。在暗通道先验的基础上,通过对大气散射模型的分析,总结出雾气分布对暗通道图像的影响,并依此对外景图像进行加雾操作,利用加雾后的参考图像与外景图像中各点的景深关系完成透射率的估计,进而达到去雾目的。算法利用物理模型和多幅图像实现参数的估计,能够更好地保留场景信息。实验结果表明,该算法不仅去雾效果优于对比算法,在处理速度上也有明显改善。

    有效保留模型特征的自适应分层算法
    李文康, 陈长波, 吴文渊
    2015, 35(8):  2295-2300.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2295
    摘要 ( )   PDF (941KB) ( )  
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    针对3D打印中已有自适应分层算法不能有效保留模型特征的问题,提出了一种新的识别和保留模型特征的自适应分层算法。首先,扩展了模型特征的定义,引入了模型特征丢失和偏移的概念;然后,提出了一种特征识别的方法,其识别模型特征的关键在于利用了模型特征出现的地方必然伴随着模型表面复杂度或切片轮廓数的变化这一性质;最后,在已有自适应分层算法的基础上,通过在特征附近用最小的分层厚度处理模型来保留模型的特征。在自主开发的软件Slicer3DP上实现了均匀分层、自适应分层和所提的分层算法,对比发现所提算法能有效解决模型特征的丢失和偏移,兼顾了分层精度和效率。仿真表明该算法可以用于对模型精度要求较高的3D打印中。

    基于物理模型的低照度图像增强算法
    王小元, 张红英, 吴亚东, 刘言
    2015, 35(8):  2301-2304.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2301
    摘要 ( )   PDF (825KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对低照度图像反转后为与雾天图像相似的伪雾图,其雾的浓度由光照情况而非景深决定这一特点,提出一种基于物理模型的低照度图像增强算法。该算法根据光照情况给出一种更加准确且快速的新方法估计伪雾图的透射率。首先,采用暗原色先验规律对伪雾图的环境光值进行估计,并基于光照情况对透射率进行估计;然后,基于大气散射模型还原出无雾图像;最后,对无雾图像反转得到低照度图像的增强结果,并对该结果进行细节补偿得到最终的增强图像。大量实验表明,与基于暗原色先验的增强算法、基于去雾技术的增强算法及带色彩恢复的多尺度Retinex算法相比,该算法处理效率更高且效果良好,信息不会丢失,可有效提高图像分析识别等系统的工作效率。

    基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法
    袁华, 庞建铿, 莫建文
    2015, 35(8):  2305-2310.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2305
    摘要 ( )   PDF (1005KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对三维点云数据模型在去噪光顺中存在不同尺度噪声的问题,提出一种基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法。该算法首先将噪声细分为大尺度和小尺度噪声,并使用统计滤波结合半径滤波对大尺度噪声进行去除;然后对三维点云数据进行曲率估计,并对现有点云双边滤波进行改进,增强其鲁棒性和保特征性;最后使用改进的双边滤波对小尺度噪声进行光顺,实现三维点云数据模型的去噪、光顺。与单独使用双边滤波、Fleishman双边滤波相比,改进算法在三维点云数据模型光顺平均误差指标上分别降低了50.53%和21.67%。实验结果表明,该改进算法对噪声进行尺度的细分既提高了计算效率,又避免了过光顺和细节失真,较好地保持模型中的几何特征。

    基于道路环境上下文的行人跟踪方法
    方义, 嵇智源, 盛浩
    2015, 35(8):  2311-2315.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2311
    摘要 ( )   PDF (992KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对目前城市交通中人车混行场景中行人跟踪效果不佳的问题,提出了一种基于道路环境上下文的行人跟踪方法。首先通过对道路环境上下文进行分析,建立道路模型;其次在道路模型的约束下建立行人与环境的交互运动模型;最后利用该模型进行行人的跟踪。在真实场景中的实验表明使用了道路上下文信息的跟踪方法与连续离散连续能量最小化的多行人跟踪方法相比,多目标跟踪准确度从47.6%提升至63.2%,多目标跟踪精度从68.8%提升至74.3%。数值结果表明道路上下文信息对于提高人车混行场景中行人跟踪效果的有效性。

    网络化人体运动跟踪系统研究
    陈鹏展, 李杰, 罗漫
    2015, 35(8):  2316-2320.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2316
    摘要 ( )   PDF (942KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对目前基于惯性传感的动作捕捉系统存在的姿态漂移、实时性不强和价格较高的问题,设计了一种低功耗、低成本,能够有效克服姿态数据漂移的人体实时动作捕捉系统。首先通过人体运动学原理,构建分布式关节运动捕捉节点,各捕捉节点采用低功耗模式,当节点采集数据低于预定阈值时,自动进入休眠模式,降低系统功耗;结合惯性导航和Kalman滤波算法对人体运动姿态进行实时的解算,以降低传统的算法存在的数据漂移问题;基于Wi-Fi模块,采用TCP-IP协议对姿态数据进行转发,实现对模型的实时驱动。选取多轴电机测试平台对算法的精度进行了评估,并对比了系统对真实人体的跟踪效果。实验结果表明,改进算法与传统的互补滤波算法相比具有更高的精度,基本能将角度漂移控制在1°以内;且算法的时延相对于互补滤波没有明显的滞后,基本能够实现对人体运动的准确跟踪。

    基于三维模型的Android手机端人脸姿态实时估计系统
    王海鹏, 王正良, 许威威, 范然
    2015, 35(8):  2321-2326.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2321
    摘要 ( )   PDF (926KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    针对人脸姿态估计对系统性能要求高、在手机上运行无法满足实时性要求等问题,实现了一种Android手机端的人脸姿态实时估计系统。首先,由摄像头获得一幅正面和一幅偏移一定角度的人脸图像,利用从运动中构建结构(SfM)算法建立简单三维人脸模型;然后,提取实时人脸图像中与三维人脸模型相互对应的特征点,基于缩放正投影位姿估计(POSIT)算法估计人脸姿态角度;最后将三维人脸模型通过开放图形开发库(OpenGL)实时显示在手机屏幕上。实验结果表明,实时视频中检测人脸姿态并显示的速度可以达到20 frame/s,接近计算机端的基于仿射对应的三维人脸姿态估计算法,而且针对大量图片序列的检测可以达到50 frame/s,能够满足Android手机端的性能和检测人脸姿态的实时性要求。

    高效率视频编码快速帧内预测算法
    张峻, 董兰芳, 余家奎
    2015, 35(8):  2327-2331.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2327
    摘要 ( )   PDF (854KB) ( )  
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    针对高效率视频编码(HEVC)帧内预测过程中,编码单元四叉树划分算法计算复杂度极高的问题,提出一种基于多重纹理特征的HEVC帧内编码单元快速划分算法,该算法能够缩小划分的深度区间。首先,使用自定义的纹理提取方法提取出编码单元中的多重纹理特征;其次,使用支持向量机(SVM)对多重纹理特征参数进行训练,得出决策函数;最后,根据决策函数,跳过前面不必要的划分和提前终止划分。实验结果表明,同原始HM 12.0相比,快速划分算法编码时间平均减少43.23%,码率平均增加0.84%,明显提高了帧内编码效率。此外,所提算法容易与其他算法进行融合,进一步降低HEVC的帧内计算复杂度。

    消除局部极值的多尺度形态学肝脏肿瘤CT图像分割方法
    陈璐, 王小鹏, 张华卫, 吴双
    2015, 35(8):  2332-2335.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2332
    摘要 ( )   PDF (729KB) ( )  
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    针对肝脏CT图像中因灰度不均、边缘模糊等造成肿瘤难以准确分割的问题,提出了一种消除局部极值的多尺度形态学分割方法。首先利用面积算子对图像进行预处理,在平滑图像的同时,保持目标区域的边缘信息;其次融合梯度图像中不同极值的邻域统计信息和形态属性(深度和尺度)区分极值,通过设定不同大小的结构元素,对不同极值采用多尺度结构元素进行闭运算,在消除伪局部极值的同时实现图像的自适应修正;最后利用分水岭变换分割肝脏肿瘤。实验结果表明,该方法能够在保持图像边缘的同时,有效减轻过分割现象,实现肝脏肿瘤的准确分割。

    基于奇异谱分析和维纳滤波的语音去噪算法
    靳立燕, 陈莉, 樊泰亭, 高晶
    2015, 35(8):  2336-2340.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2336
    摘要 ( )   PDF (727KB) ( )  
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    针对维纳滤波算法对非平稳语音信号去噪存在的信号失真、信噪比(SNR)不高的问题,提出了一种奇异谱分析(SSA)和维纳滤波(WF)相结合的语音去噪算法SSA-WF。通过奇异谱分析将非线性、非平稳的语音信号初步去噪,提高含噪语音的信噪比以获取尽可能平稳的语音,并将其作为维纳滤波的输入,以剔除其中仍存在的高频噪声,最终获取纯净的去噪语音。在不同强度的背景噪声下进行仿真实验,结果表明SSA-WF算法在SNR和均方根误差(RMSE)等方面都要优于传统的语音去噪算法,能够有效去除背景噪声,降低有用信号的失真,适用于非线性、非平稳语音信号的去噪。

    基于麦克风小阵的多噪声环境语音增强算法
    马金龙, 曾庆宁, 胡丹, 龙超, 谢先明
    2015, 35(8):  2341-2344.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2341
    摘要 ( )   PDF (591KB) ( )  
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    针对助听器等设备在非平稳或多种噪声并存环境下使用效果急剧下降的问题,提出一种基于小尺寸麦克风阵的相干滤波广义旁瓣抵消(CF-GSC)语音增强算法。该算法结合麦克风阵采集信号的特点,对各阵元间采集时表现为弱相关的海浪、风扇等近似白噪声,以及采集时表现为强相关的点源信号及其他竞争噪声,分别利用相干滤波和传统广义旁瓣抵消(GSC)结构对弱相关与强相关噪声的良好滤除效果,结合语音活动检测(VAD)在噪声段进行联合处理。仿真实验表明在多类噪声存在环境下,该算法能取得相对改进的通道间相干函数滤波算法及传统广义旁瓣抵消算法2 dB左右的增强效果提升,同时能获得良好的话音可懂度。

    数据技术
    强偏序时态模式中混合依赖集的成员籍问题
    万静, 刘芳
    2015, 35(8):  2345-2349.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2345
    摘要 ( )   PDF (919KB) ( )  
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    有效的模式分解算法设计中应着重考虑和解决成员籍问题,时态类型间偏序关系在强偏序时态模式中的存在给解决成员籍问题带来了困难。为了有效解决强偏序时态模式中混合依赖集的成员籍问题,提出了给定时态类型上的偏序混合依赖基、强偏序模式混合依赖基、偏序时态函数依赖和偏序时态多值依赖的混合集闭包、强偏序模式混合闭包等概念,给出了求混合依赖集中属性的依赖基、属性集的闭包的算法,并在此基础上给出了强偏序模式混合依赖集成员籍问题的算法,证明了其正确性及可终止性,对该算法的时间复杂度进行了分析。应用实例表明相关理论和算法能解决强偏序混合依赖集中成员籍问题的判定问题,为解决强偏序时态模式规范化问题以及时态数据库设计提供了理论基础。

    区间值模糊软集的信息测度及其聚类算法
    彭新东, 杨勇
    2015, 35(8):  2350-2354.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2350
    摘要 ( )   PDF (793KB) ( )  
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    针对区间值模糊软集信息测度难以精确定义的问题,提出了区间值模糊软集的距离测度、相似度、熵、包含度、子集度的公理化定义,给出了区间值模糊软集的信息测度公式,并讨论了它们的转换关系。然后提出了一个基于相似度的聚类算法,该算法结合区间值模糊软集的特性,着重对给出评价对象的具有相似知识水平的专家进行聚类,同时讨论了算法的计算复杂度。最后通过实例说明该算法能有效地处理专家聚类问题。

    基于粗糙集的非监督快速属性选择算法
    白鹤翔, 王健, 李德玉, 陈千
    2015, 35(8):  2355-2359.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2355
    摘要 ( )   PDF (773KB) ( )  
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    针对"大数据"中常见的大规模无监督数据集中特征选择速度难以满足实际应用要求的问题,在经典粗糙集绝对约简增量式算法的基础上提出了一种快速的属性选择算法。首先,将大规模数据集看作一个随机到来的对象序列,并初始化候选约简为空集;然后每次都从大规模数据集中无放回地随机抽取一个对象,并且每次都判断使用当前候选约简能否区分这一对象和当前对象集中所有应当区分的对象,并将该对象放入到当前对象集中,如果不能区分则向候选约简中添加合适的属性;最后,如果连续I次都没有发现无法区分的对象,那么将候选约简作为大规模数据集的约简。在5个非监督大规模数据集上的实验表明,所求得的约简能够区分95%以上的对象对,并且求取该约简所需的时间不到基于区分矩阵的算法和增量式约简算法的1%;在文本主题挖掘的实验中,使用约简后的数据集挖掘出的文本主题同原始数据集挖掘出的主题基本一致。两组实验结果表明该方法能够有效快速对大规模数据集进行属性选择。

    基于可变容差关系的变精度粗糙集模型
    郑树梅, 续欣莹, 谢珺, 闫高伟
    2015, 35(8):  2360-2365.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2360
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    针对已有不完备信息系统扩展粗糙集模型对噪声鲁棒性差的局限性,首先分析了调节基本知识粒大小的同时引入相对错误分类度的必要性;然后结合系统属性值的缺失定义了对象联系度权值矩阵,并以此为基础提出了基于可变容差关系的变精度粗糙集模型(VPRS-VPTR);接着讨论了模型的性质,分析了模型中相关参数(基本知识粒大小、相对错误分类度)对分类精度的影响,给出了分类精度随模型中相关参数变化的求解算法与时间复杂度分析;最后通过仿真实验与相关研究的扩展粗糙集模型进行对比。仿真结果显示,VPRS-VPTR分类精度更高,而且针对UCI数据库上的几组不完备数据集进行仿真实验的结果还表明,相同参数下各不完备数据集的测试集和训练集分类精度变化趋势相同,进而验证了模型的有效性、灵活性及所提算法的可行性。

    新的基于区分对象集的邻域粗糙集属性约简算法
    梁海龙, 谢珺, 续欣莹, 任密蜂
    2015, 35(8):  2366-2370.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2366
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    基于正域的属性约简算法是利用"下近似"思想,仅考虑被正确区分样本数的约简算法。借鉴"上近似"的思想,利用"邻域信息粒"的概念定义了区分对象集,探讨了其基本性质,并提出了基于区分对象集的属性重要度度量及启发式属性约简算法。该约简算法既考虑信息决策表的相对正域,也考虑以核属性为启发信息逐个增加条件属性时对边界域样本的影响。通过实例分析,说明了所提算法的可行性,并且以6个UCI标准数据集为实验对象,与基于正域的属性约简算法进行对比实验。实验结果说明,采用提出的约简算法得到的约简属性集,与基于正域的属性约简算法相比,在进行分类任务时的分类精度能够保持不变或有所提高。

    计算机软件技术
    分簇VLIW DSP上支持单双字模式选择的SIMD编译优化
    黄胜兵, 郑启龙, 郭连伟
    2015, 35(8):  2371-2374.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2371
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    BWDSP100是一款采用超长指令字(VLIW)和单指令多数据流(SIMD)架构的针对高性能计算领域而设计的32位静态标量数字信号处理器,其指令级并行(ILP)主要是通过其特殊的分簇体系结构和SIMD指令来实现,然而现有的编译框架无法对这些特殊的SIMD指令提供支持。由于BWDSP100拥有丰富的SIMD向量化资源,且其所运用的雷达数字信号处理领域对程序的性能要求极高,因此针对BWDSP100结构的特点,在传统Open64编译器中SIMD编译优化框架的基础上提出并实现了一种支持单双字模式选择的SIMD编译优化算法,通过该算法可以显著提高一些在DSP上有着广泛运用计算密集型程序的性能。实验结果表明,与优化前相比,该算法方案在BWDSP编译器上的实现能够平均取得5.66的加速比。

    基于微重启和部分客观马尔可夫决策模型的智能水下机器人软件自修复方法
    张汝波, 孟雷, 史长亭
    2015, 35(8):  2375-2379.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2375
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    针对智能水下机器人(AUV)软件故障修复过程中存在的修复代价过高和系统环境只有部分可观察的问题,提出了一种基于微重启技术和部分客观马尔可夫决策(POMDP)模型的AUV软件故障修复方法。该方法结合AUV软件系统分层结构特点,构建了基于微重启的三层重启结构,便于细粒度的自修复微重启策略的实施;并依据部分可观马尔可夫决策过程理论,给出AUV软件自修复POMDP模型,同时采用基于点的值迭代(PBVI)算法求解生成修复策略,以最小化累积修复代价为目标,使系统在部分可观环境下能够以较低的修复代价执行修复动作。仿真实验结果表明,基于微重启技术和POMDP模型的AUV软件故障修复方法能够解决由软件老化及系统调用引起的AUV软件故障,同与两层微重启策略和三层微重启固定策略相比,该方法在累积故障修复时间和运行稳定性上明显更优。

    基于证据理论信任模型的众包质量监控
    阮闪闪, 王小平, 薛小平
    2015, 35(8):  2380-2385.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2380
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    针对现有众包系统不能快速有效地检测众包交互过程中的恶意行为现状,从信誉角度提出基于证据理论的信任评估模型(DS_CQC)来实现众包平台的质量监控。首先,基于时间窗口获得持续可信证据序列和持续不可信证据序列;其次,从证据重要性、证据间关联和证人可信度三方面对原始D-S证据理论进行改进,获得改进的基本概率信度函数;最后,利用改进的D-S证据理论对证据序列进行融合,计算其直接信誉和间接信誉,最终获得接包方的综合信誉。模型中引入奖惩机制,用以激励接包方参与众包并提供高质量众包,同时遏制恶意的接包方。通过仿真实验和对真实众包数据的实验表明,与基于概率的信任模型相比,DS_CQC检测出持续恶意工作者、策略性恶意工作者的速度和效率至少分别提高了50%和3.1%,具有较强的抗攻击能力。

    基于对象跟踪的J2EE程序动态污点分析方法
    曾祥飞, 郭帆, 涂风涛
    2015, 35(8):  2386-2391.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2386
    摘要 ( )   PDF (937KB) ( )  
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    Web程序的安全威胁主要是由外部输入未验证引发的安全漏洞,如数据库注入漏洞和跨站脚本漏洞,动态污点分析可有效定位此类漏洞。提出一种基于对象跟踪的动态分析方法,与现有动态方法跟踪字符和字符串对象不同,追踪所有可能被污染的Java对象。方法应用对象哈希值表示污点对象,定义方法节点和方法坐标记录污点传播时的程序位置,支持污点传播路径追踪,针对Java流对象装饰模式提出流家族污点传播分析。方法设计一种语言规范对Java类库中污点传播相关的方法集合以及用户自定义方法建模,按照污点引入、传播、验证和使用,对方法集分类后设计和形式化定义各类方法的污点传播语义。在SOOT平台实现对J2EE源码或字节码插桩框架,使用静态分析计算可达方法集以减少插桩规模,应用原型系统对真实网站的测试结果表明该方法可有效发现注入漏洞。

    基于虚拟化技术的仿真系统容错优化方法
    陈志佳, 朱元昌, 邸彦强, 冯少冲
    2015, 35(8):  2392-2396.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2392
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    节点崩溃或者仿真资源不足导致的分布式仿真系统故障,降低了仿真系统可靠性。为保证系统容错效果,降低容错开销,提出了一种基于虚拟化技术的仿真系统容错方法,按照系统故障发生的位置,对不同类型故障动态采用不同类型的容错策略。分析了检查点容错策略的优化方法,给出了最优设置间隔;结合虚拟化技术的优势,解决了副本容错策略的节点选择、副本数量以及位置分布问题;同时,引入基于虚拟机迁移的容错策略,并将其作为检查点容错策略和副本容错策略的补充,以降低容错开销。通过仿真实验数据对比,分析了动态容错策略与普通容错策略的性能,可知动态容错策略保证了系统容错性能,容错开销也保持在较低水平。

    行业与领域应用
    基于分段线性表示和高斯过程分类的股票转折点概率预测
    李丰, 高峰, 寇鹏
    2015, 35(8):  2397-2403.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2397
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    针对股票交易过程中价格转折点的预测问题,提出了一种基于分段线性表示(PLR)与高斯过程分类(GPC)相结合的股票价格转折点预测算法PLR-GPC。该算法通过PLR提取股票历史价格序列的转折点,对转折点进行分类标记,建立基于GPC的股票价格转折点预测模型,以上述股票历史价格序列对模型进行训练,最终由预测模型对股票价格转折点进行预测,并对预测结果进行概率解释。将PLR-GPC与基于BP神经网络(BPN)的PLR-BPN算法、基于加权支持向量机支持向量机(WSVM)的PLR-WSVM算法进行实验对比:PLR-GPC在预测准确率上高于PLR-BPN与PLR-WSVM;在投资收益率上高于PLR-BPN,与PLR-WSVM持平。实验结果表明PLR-GPC在股票价格转折点的预测上是有效的,并且可以应用在实际股票投资交易中。

    基于无人机图像的输电线断股与异物缺陷检测方法
    王万国, 张晶晶, 韩军, 刘俍, 朱铭武
    2015, 35(8):  2404-2408.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2404
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    为提高无人机(UAV)巡检输电线路的效率,提出一种基于线结构感知的输电线断股与异物缺陷的检测方法。由于无人机巡检的图像受背景纹理及光线影响较大,采用能检测线宽度的水平与垂直方向的梯度算子提取巡检图像上的线对象,进而研究感知定律中的共线性、近似性、连续性的计算,将断续线段连接成长的线段,通过长线段的平行性计算,识别出输电线路结构中显著的平行导线组。为识别导线上安装的防振锤与间隔棒连接部件,提出一种基于局部轮廓特征的形状部件识别方法。在识别出这些连接部件的基础上,对导线进行分段分析,计算分段导线的宽度变化、灰度相似度来检测导线上的断股与异物缺陷。通过对无人机巡检采集的输电线路图像的测试,验证了这种方法在复杂的背景条件下能有效地检测导线上断股与附着异物缺陷。

    基于图像处理的公交车紧急状况检测
    李艳艳, 吴薇
    2015, 35(8):  2409-2414.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.08.2409
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    针对公交车内的车载监控技术不完善且很少有紧急状况检测技术的问题,提出了一种实时检测车内紧急状况(主要体现为人的快速移动)的图像处理算法。首先,根据乘客的运动轨迹划分出人群的主要活动区域;其次,运用改进的前景提取算法提取运动前景;然后,通过Harris算子对运动前景区域提取特征点,应用光流约束的光流法对特征点建立运动矢量场;最后,通过建立KPA模型来判断是否有紧急状况发生。从理论分析和实验表明,所提算法在不同环境下检测紧急状况的成功率达83.9%以上,在实际工程应用中有实时检测的优势。

2022年 42卷 3期
刊出日期: 2022-03-10
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