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    2015年 第35卷 第10期 刊出日期:2015-10-10
    第十五届中国机器学习会议(CCML2015)论文
    MTRF:融合空间信息的主题模型
    潘智勇, 刘扬, 刘国军, 郭茂祖, 李盼
    2015, 35(10):  2715-2720.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2715
    摘要 ( )   PDF (1118KB) ( )  
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    针对主题模型中词汇独立性和主题独立性假设忽略了视觉词汇间空间关系的问题,提出了一种融合了视觉词汇空间信息的主题模型,称为马尔可夫主题随机场(MTRF),并且提出了主题在图像处理中的表现形式为对象的组成部件。根据相邻视觉词汇以很大概率产生于同一主题的特点,该算法在产生主题的过程中,通过视觉词汇间是否产生于同一主题,来判断主题产生于马尔可夫随机场(MRF),还是产生于多项式分布。同时,从理论和实验两方面论证了主题并非对象的实例,而是以中层特征的形式表达对象的各个组成部件。与隐狄利克雷分配(LDA)相比,MTRF在Caltech101上的平均准确率提高了3.91%;在VOC2007数据集上的平均精度均值(mAP)提高了2.03%;此外,MTRF更准确地为视觉词汇分配了主题,能产生更有效表达对象的组成部件的中层特征。实验结果表明,MTRF有效地利用了空间信息,提高了模型的准确率。
    中文微博情感分类的简单多标签排序算法
    史绍亮, 文益民, 缪裕青
    2015, 35(10):  2721-2726.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2721
    摘要 ( )   PDF (1000KB) ( )  
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    针对中文微博文本情感分类中每个样本最多只有两种有序情感标签的情形,提出了一种简单的多标签排序算法——TSMLR,该算法采用两步学习和两步分类的策略,通过学习情感标签之间的主次关系,对微博文本的情感进行分类并对情感标签进行排序。首先,将一个多标签排序问题转化为八个多类单标签分类问题,分别对主要情感标签和次要情感标签进行学习;然后,利用得到的分类模型对微博表达的情感进行两步分类,首先给出主要情感标签,再给出次要情感标签。通过在NLP&CC2014的中文微博文本情感分析评测数据集上进行实验,与校准标签排序方法(CLR)相比,TSMLR方法的准确度和平均精度分别提高了8.59%和9.28%,1-错误率相应下降了9.77%,而且TSMLR所需的训练时间相对较少。实验结果表明:TSMLR对标签之间顺序关系的学习能够有效提高对中文微博情感分类的准确率。
    基于top-k显露模式的商品对比评论分析
    刘璐, 王怡宁, 段磊, Jyrki Nummenmaa, 晏力, 唐常杰
    2015, 35(10):  2727-2732.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2727
    摘要 ( )   PDF (994KB) ( )  
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    随着电子商务的发展,许多购物网站都提供商品评论作为用户购物的决策参考。由于商品评论具有海量、冗余、不规范的特点,用户难以在短时间内浏览所有商品评论,更难以基于评论内容发现商品对比特征。对此,设计了top-k显露模式挖掘算法,并将此算法应用于商品评论对比分析,实现了用户购物决策支持系统——ReviewScope。ReviewScope能够从不同商品的评论中发现特定商品的对比评论,并以此作为购物决策可视化地提供给用户。基于京东商城真实商品评论数据的实验结果表明ReviewScope具有有效、灵活、用户友好的特点。
    基于稀疏矩阵面向论文索引排名的启发式算法
    万晓松, 王志海, 原继东
    2015, 35(10):  2733-2736.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2733
    摘要 ( )   PDF (738KB) ( )  
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    为了提高学术论文检索的精准性,进而为学术研究提供便利,提出了针对学术论文检索问题的排名策略。首先,介绍了基于网页排名算法面向论文索引排名的启发式方法,其中利用Hash索引技术有效地减少了稀疏矩阵计算对内存的消耗;其次,定义了论文间引用关系图的密集度均衡值,并通过大量实验阐明了不同排名算法的迭代次数与图密集度均衡值之间的关系;最后,将所提出的基于论文索引排名的启发式算法应用于科学引文索引(SCI)数据库中,并与原被引频次降序的排序结果进行比较与分析。实验结果表明:在三种基于网页排名技术的算法中,基于链接结构分析的随机过程算法比较适合于按关键词搜索得到的相关领域学术论文的排名。
    基于社群发掘构建在线社交网络的高层架构
    邱德红, 许方向, 李源
    2015, 35(10):  2737-2741.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2737
    摘要 ( )   PDF (700KB) ( )  
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    针对在线社交网络的巨大规模和复杂结构造成的网络分析困难问题,提出建立简明的在线社交网络的高层架构。定义在线社交网络高层架构由社群、链接中心及其它们之间的关联关系组成,提出一种基于社群发掘的在线社交网络高层架构构建方法。通过建立定量属性图来表达在线社交网络,综合利用节点和边的属性进行社群发掘。基于社群发掘结果辨识连接中心,生成社群和连接中心之间的关联关系,从而构建起在线社交网络的高层架构,实现对复杂在线社交网络的高层次的简明表达。将该方法用于建立一个商业电子公告板(BBS)在线社交网络的高层架构,在关联强度和社群尺度分别为0.5和3时可获得良好的社群发掘结果,建立的高层架构与实际情况比较一致。
    基于对称非负矩阵分解的重叠社区发现方法
    胡丽莹, 郭躬德, 马昌凤
    2015, 35(10):  2742-2746.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2742
    摘要 ( )   PDF (759KB) ( )  
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    针对重叠社区中的重要节点(重叠节点、中心节点、离群节点)及其固有的重叠社区结构的发现问题,提出了一种新的对称非负矩阵分解算法。首先将误差逼近项和非对称惩罚项的和作为目标函数,然后基于梯度更新的原则及非负约束条件推导出该算法。对5个实际网络进行了仿真实验,结果显示所提算法能将实际网络的重要节点及其固有的社区结构发现出来。从社区发现结果的平均导电率和算法的执行时间看,所提方法优于非负矩阵分解社区发现(CDNMF)方法;从准确率和召回率的调和平均值的加权平均值看,所提方法比较适合较大数据集的重叠社区发现。
    基于概率潜在语义分析的群体情绪演进分析
    林江豪, 周咏梅, 阳爱民, 陈昱宏, 陈晓帆
    2015, 35(10):  2747-2751.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2747
    摘要 ( )   PDF (900KB) ( )  
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    针对群体情绪演进分析中话题内容挖掘及其对应群体情绪分析两个层面的难题,提出了一种基于概率潜在语义分析(PLSA)模型的群体情绪演进分析方法。该方法首先利用PLSA模型抽取时间序列上的子话题,挖掘话题内容随时间的演进规律;再利用句法关系和情感本体库,抽取与话题内容相匹配群体情绪单元,计算情绪单元的强度,形成情绪特征向量;最后,对各子话题下的情绪强度进行求和,细粒度分析子话题和事件的整体群体情绪,深入挖掘群体情绪演进规律,并将群体情绪量化和可视化。在话题情绪单元抽取过程中,引入了句法规则和情感本体库,更细粒度地抽取情绪单元,并提高了话题内容与情绪单元匹配的准确性。实验结果表明,该模型能够实现话题内容及其群体情绪按时序特征的演进分析,验证了所提方法的有效性。
    新颖的判别性特征选择方法
    吴锦华, 左开中, 接标, 丁新涛
    2015, 35(10):  2752-2756.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2752
    摘要 ( )   PDF (666KB) ( )  
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    作为数据预处理的一种常用的手段,特征选择不仅能够提高分类器的分类性能,而且能增加对分类结果的解释性。针对基于稀疏学习的特征选择方法有时会忽略一些有用的判别信息而影响分类性能的问题,提出了一种新的判别性特征选择方法——D-LASSO,用于选择出更具有判别力的特征。首先D-LASSO模型包含一个L1-范式正则化项,用于产生一个稀疏解;其次,为了诱导出更具有判别力的特征,模型中增加了一个新的判别性正则化项,用于保留同类样本以及不同类样本之间几何分布信息,用于诱导出更具有判别力的特征。在一系列Benchmark数据集上的实验结果表明,与已有方法相比较,D-LASSO不仅能进一步提高分类器的分类精度,而且对参数也较为鲁棒。
    基于共轭梯度的极速学习机
    张沛洲, 王熙照, 顾迪, 赵士欣
    2015, 35(10):  2757-2760.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2757
    摘要 ( )   PDF (668KB) ( )  
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    极速学习机(ELM)由于具有较快的训练速度和较好的泛化能力而被广泛的应用到很多的领域,然而在计算数据样例个数较大的情况下,它的训练速度就会下降,甚至会出现程序报错,因此提出在ELM模型中用改进的共轭梯度算法代替广义逆的计算方法。实验结果表明,与求逆矩阵的ELM算法相比,在同等泛化精度的条件下,共轭梯度ELM有着更快的训练速度。通过研究发现:基于共轭梯度的极速学习机算法不需要计算一个大型矩阵的广义逆,而大部分广义逆的计算依赖于矩阵的奇异值分解(SVD),但这种奇异值分解对于阶数很高的矩阵具有很低的效率;因为已经证明共轭梯度算法可通过有限步迭代找到其解,所以基于共轭剃度的极速学习机有着较高的训练速度,而且也比较适用于处理大数据。
    基于标签相关性的K近邻多标签分类方法
    檀何凤, 刘政怡
    2015, 35(10):  2761-2765.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2761
    摘要 ( )   PDF (656KB) ( )  
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    针对K近邻多标签(ML-KNN)分类算法中未考虑标签相关性的问题,提出了一种基于标签相关性的K近邻多标签分类(CML-KNN)算法。首先,计算出标签集合中每对标签间的条件概率;其次,对于即将被预测的标签,将其与已经预测的标签间的条件概率进行排序,求出最大值;最后,将最大值跟对应标签值相乘同时结合最大化后验概率(MAP)来构造多标签分类模型,对新标签进行预测。实验结果表明,所提算法在Emotions数据集上的分类性能均优于ML-KNN、AdaboostMH、RAkEL、BPMLL这4种算法;在Yeast、Enron数据集上仅在1~2个评价指标上低于ML-KNN与RAkEL算法。由实验分析可知,该算法取得了较好的分类效果。
    基于Memetic框架和改进DFP局部搜索的改进差分进化算法
    马震远, 叶树锦, 林智勇, 梁钰彬, 黄翰
    2015, 35(10):  2766-2770.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2766
    摘要 ( )   PDF (881KB) ( )  
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    为提高差分进化(DE)算法对性连续优化问题的求解能力、增强算法的适应性,提出了一种基于局部快速收敛算法的Memetic进化算法。改进了Davidon-Fletcher-Powell方法,得到了具有强搜索能力的局部搜索算法——NDFP。当进化过程中出现具有优秀特质的个体时,NDFP可以使该个体沿着局部最优解的方向快速进化。为综合NDFP和DE的优势,提出局部搜索的执行策略来平衡全局搜索和局部搜索的关系,使得NDFP对DE的优化具有更为广泛的适应性。在CEC2005和CEC2013 Benchmark的53个测试函数上的实验结果表明,同DE/current-to-best/1、SaDE和EPSDE算法相比,NDFP-DE进化算法具有更高的求解精度和稳定性。
    基于边界域的条件信息熵和属性约简
    黄国顺, 文翰
    2015, 35(10):  2771-2776.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2771
    摘要 ( )   PDF (830KB) ( )  
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    为了建立边界域条件信息熵与属性约简之间的关系,证明了边界域和整个论域上的条件信息熵相等,得到信息熵约简的边界域条件信息熵表示。利用严凸函数和Jensen不等式,讨论了边界域条件信息熵的若干性质,给出保持边界域条件信息熵不变的充要条件。为了得到正域约简的边界域条件信息熵表示,给出了保持正域不变的边界域条件信息熵充要条件,从而得到正域约简的边界域条件熵判定方法,它是一致决策表正域约简判定方法的推广形式。最后设计一个数值算例阐述如何应用边界域条件信息熵计算正域约简和信息熵约简。
    基于Spark的蚁群优化算法
    王诏远, 王宏杰, 邢焕来, 李天瑞
    2015, 35(10):  2777-2780.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2777
    摘要 ( )   PDF (721KB) ( )  
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    为应对大数据时代中组合优化问题的求解,基于云计算框架Spark,借助其基于内存、分布式的特定,提出一种并行蚁群优化算法。其思路是通过将蚂蚁构造为弹性分布式数据集,由此给出相应的一系列转换算子,实现了蚂蚁构造解过程的并行化。通过在旅行商问题(TSP)求解的仿真实验结果说明了所提出的并行算法的可行性;并在同等实验环境下对比基于MapReduce的蚁群优化算法,优化速度提升达10倍以上。
    基于Spark的矩阵分解推荐算法
    郑凤飞, 黄文培, 贾明正
    2015, 35(10):  2781-2783.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2781
    摘要 ( )   PDF (570KB) ( )  
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    针对传统矩阵分解算法在处理海量数据信息时所面临的处理速度和计算资源的瓶颈问题,利用Spark在内存计算和迭代计算上的优势,提出了Spark框架下的矩阵分解并行化算法。首先,依据历史数据矩阵初始化用户因子矩阵和项目因子矩阵;其次,迭代更新因子矩阵,将迭代结果置于内存中作为下次迭代的输入;最后,迭代结束时得到矩阵推荐模型。通过在GroupLens网站上提供的MovieLens数据集上的实验结果表明,加速比(Speedup)值达到了线性的结果,该算法可以提高协同过滤推荐算法在大数据规模下的执行效率。
    基于心跳超时机制的Hadoop实时容错技术
    关国栋, 滕飞, 杨燕
    2015, 35(10):  2784-2788.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2784
    摘要 ( )   PDF (754KB) ( )  
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    针对官方的Hadoop软件中提供的节点心跳超时容错机制对短作业并不合理,而且忽略了异构集群中各节点超期时间设置的公平性的问题,提出了公平心跳超时容错机制。首先根据每个节点的可靠性及计算性能构建节点故障误判损失模型,提出公平误判损失(FMJL)算法,使其同时满足长作业和短作业要求;接着,设计并实现了基于FMJL算法的公平超时机制。在实现了公平超时机制的Hadoop上运行大约345 s的短作业时,当出现TaskTracker节点故障时作业完成时间平均大约节省了44%,与自适应超时机制相比,作业完成时间大约节省了23%。实验结果表明,公平超时机制在保证不影响长作业完成时间的情况下缩短了短作业的容错处理时间,提高了Hadoop的实时处理效率。
    结合并行融合的序列化多模态生物特征识别系统框架
    李海霞, 张擎
    2015, 35(10):  2789-2792.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2789
    摘要 ( )   PDF (801KB) ( )  
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    针对多模态生物特征识别系统并行融合模式中使用方便性和使用效率方面的问题,在现有序列化多模态生物特征识别系统的基础上,提出了一种结合并行融合和序列化融合的多生物特征识别系统框架。框架中首先采用步态、人脸与指纹三种生物特征的不同组合方式以加权相加的得分级融合算法进行的识别过程;其次,利用在线的半监督学习技术提高弱特征的识别性能,从而进一步增强系统的使用方便性和识别可靠性。理论分析和实验结果表明,在此框架下,随使用时间的推移,系统能够通过在线学习提高弱分类器的性能,用户的使用方便性和系统的识别精度都得到了进一步提升。
    基于属性约简和支持向量机集成的乳腺癌诊断决策
    卢星凝, 张莉
    2015, 35(10):  2793-2797.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2793
    摘要 ( )   PDF (743KB) ( )  
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    针对遗传算法(GA)与支持向量机(SVM)集成相结合的疾病诊断方法存在属性冗余的问题,提出了一种改进的约简和诊断乳腺癌决策方法。该方法将最小化约简属性个数、最大化区分矩阵可区别属性的个数以及最大化约简属性对决策属性的依赖度这三种目标函数相结合作为GA的适应度函数。在约简属性后取多个子集,以便利用SVM集成学习。在UCI数据库中乳腺癌数据集的实验表明,与原始的SVM算法相比,该方法在分类诊断的准确度以及敏感性方面有一定的提高,其中分类准确度至少提高了2%。
    改进的多类支持向量机递归特征消除在癌症多分类中的应用
    黄晓娟, 张莉
    2015, 35(10):  2798-2802.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2798
    摘要 ( )   PDF (716KB) ( )  
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    为处理癌症多分类问题,已经提出了多类支持向量机递归特征消除(MSVM-RFE)方法,但该方法考虑的是所有子分类器的权重融合,忽略了各子分类器自身挑选特征的能力。为提高多分类问题的识别率,提出了一种改进的多类支持向量机递归特征消除(MMSVM-RFE)方法。所提方法利用一对多策略把多类问题化解为多个两类问题,每个两类问题均采用支持向量机递归特征消除来逐渐剔除掉冗余特征,得到一个特征子集;然后将得到的多个特征子集合并得到最终的特征子集;最后用SVM分类器对获得的特征子集进行建模。在3个基因数据集上的实验结果表明,改进的算法整体识别率提高了大约2%,单个类别的精度有大幅度提升甚至100%。与随机森林、k近邻分类器以及主成分分析(PCA)降维方法的比较均验证了所提算法的优势。
    基于一致度、覆盖度和包含度的感兴趣区域不一致性决策算法
    周涛, 陆惠玲, 马苗, 杨鹏飞
    2015, 35(10):  2803-2807.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2803
    摘要 ( )   PDF (886KB) ( )  
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    医学影像感兴趣区域(ROI)的噪声和疾病误判是一个典型的不一致性决策问题,同时也是困扰临床诊断的一个难题。针对这个问题,基于宏观与微观结合、全局与局部相结合的思想,提出了基于一致度、覆盖度和包含度的磁共振成像(MRI)前列腺肿瘤ROI不一致决策算法(ItoC-CIC)。首先提取MRI前列腺肿瘤ROI的高维特征,得到完备不一致决策信息表;然后通过计算不一致度找到不一致样本所在的等价类;再计算不一致等价类的覆盖度和包含度得到Score值,利用Score值筛选不一致样本,实现不一致性决策向一致性决策的转换;最后通过典型算例、UCI数据集和实验提取的前列腺肿瘤ROI特征构成的不一致决策信息表等进行验证。实验结果表明,所提算法能有效地找到并筛选掉不一致性样本。
    基于单核苷酸统计和支持向量机集成的人类基因启动子识别
    徐文轩, 张莉
    2015, 35(10):  2808-2812.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2808
    摘要 ( )   PDF (756KB) ( )  
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    为高效地判别人类基因启动子,提出了一种基于单核苷酸统计和支持向量机集成的人类基因启动子识别算法。首先通过基因单核苷酸统计,从而将一个基因数据集分为C偏好和G偏好两个子集;然后分别对这两个子集提取DNA刚性特征、词频统计特征和CpG岛特征;最后采用多个支持向量机(SVM)集成的方式来学习这三种特征,并讨论了三种集成方式,包括单层SVM集成、双层SVM集成和级联SVM集成。实验结果表明所提算法能够提高人类基因启动子识别的敏感性和特异性,其中双层SVM集成的敏感性达到79.51%,且级联SVM集成的特异性高达84.58%。
    基于特征级融合神经网络的磁共振成像前列腺肿瘤CAD模型
    陆惠玲, 周涛, 王惠群, 王文文
    2015, 35(10):  2813-2818.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2813
    摘要 ( )   PDF (894KB) ( )  
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    针对磁共振成像(MRI)前列腺肿瘤感兴趣区域(ROI)在高维特征表示下存在特征相关和维数灾难问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)的特征级融合神经网络(NN)的MRI前列腺肿瘤CAD模型。首先提取MRI前列腺肿瘤ROI的6维几何特征、6维统计特征、7维Hu不变矩特征、56维灰度共生矩阵的纹理特征、3维Tamura纹理特征和24维频域特征,得到102维特征矢量;然后通过PCA进行特征级融合得到累计贡献率达到89.62%的8维变换特征,降低特征矢量的维数;再次利用经典的神经网络(四种训练算法BFGS拟牛顿算法、BP算法、最速梯度下降算法和Levenberg-Marquardt算法)作为分类器进行分类识别;最后以180幅前列腺患者的MRI图像为原始数据,采用基于特征级融合神经网络(NN)的计算机辅助诊断模型对前列腺肿瘤进行辅助诊断。实验结果表明:经过特征级融合的神经网络识别前列腺良恶性肿瘤的能力至少提高10%左右,这种特征级融合策略是有效的,一定程度上提高了特征之间的不相关性。
    基于计算统一设备架构的高铁故障诊断方法
    陈志, 李天瑞, 李明, 杨燕
    2015, 35(10):  2819-2823.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2819
    摘要 ( )   PDF (703KB) ( )  
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    为解决传统高铁振动信号故障诊断方法速度慢、难以满足实时处理的要求,提出一种基于计算统一设备架构(CUDA)加速的高铁振动信号故障诊断方法。首先利用CUDA架构对高铁数据进行经验模态分解(EMD),进而计算分解所得到的各个分量的模糊熵,最后利用最近邻分类(KNN)算法对多个模糊熵特征组成的特征空间进行故障分类。实验结果表明,该方法能高效地对高铁振动信号进行故障分类,运行速度较传统方法有明显提高。
    不完全鲁棒主成分分析的正则化方法及其在背景建模中的应用
    史加荣, 郑秀云, 杨威
    2015, 35(10):  2824-2827.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2824
    摘要 ( )   PDF (782KB) ( )  
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    针对现有的鲁棒主成分分析(RPCA)方法忽略序列数据的连续性及不完整性的情况,提出了一种低秩矩阵恢复模型——正则化不完全鲁棒主成分分析(RIRPCA)。首先基于序列数据连续性的度量函数建立了RIRPCA模型,即最小化矩阵核范数、L1范数和正则项的加权组合;然后使用增广拉格朗日乘子法来求解所提出的凸优化模型, 此算法具有良好的可扩展性和较低的计算复杂度;最后,将RIRPCA应用到视频背景建模中。实验结果表明,RIRPCA比矩阵补全和不完全RPCA等方法在恢复丢失元素和分离前景上具有优越性。
    不确定生命强度的微粒群救援路径规划求解
    耿娜, 巩敦卫, 张勇
    2015, 35(10):  2828-2832.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2828
    摘要 ( )   PDF (728KB) ( )  
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    针对灾难发生后,如何在有限的时间内救援最多被困者的问题,研究灾难发生后,由机器人代替救援人员,在被困人员生命强度不确定的情况下,规划救援路径,以期在有限的时间内救援最多的被困人员(目标点)。首先,考虑到灾难发生之前,每个目标点都有生命强度,且每个人由于不同因素的影响,生命强度的大小不同,不失一般性,将其设为一个区间;然后,考虑生命强度约束,救援人数作为目标函数,将其建立为一个与生命强度有关的区间函数;接着,采用改进的整数微粒群算法对上述目标函数进行求解,介绍了微粒的编码、解码方法和全局极值更新策略;最后,通过对不同场景下的仿真,验证所提算法的有效性。
    基于多超声传感器信息和NeuCube的移动机器人走廊场景识别
    王秀青, 侯增广, 潘世英, 谭民, 王永吉, 曾慧
    2015, 35(10):  2833-2837.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2833
    摘要 ( )   PDF (769KB) ( )  
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    为提高室内移动机器人的环境感知能力,针对其常处的结构化走廊场景的分类、Spiking神经网络(SNN)和基于SNN的新型计算模型NeuCube进行研究。SNN利用尖脉冲传递时、空信息,比传统的神经网络更适于动态、时序信息的分析,以及各种模式信息的识别和分类。此外,SNN更易于用硬件实现。在对NeuCube的基本原理、学习方法和计算步骤进行讨论的基础上,利用多超声传感信息和NeuCube对室内移动机器人常处的7种走廊场景进行识别。实验结果表明基于多超声传感信息和NeuCube的移动机器人走廊场景分类方法可以对7种走廊场景进行有效识别,该方法有助于增强移动机器人的自主性和提高其智能水平。
    基于条件随机场的顿号边界识别
    莫怡文, 姬东鸿, 黄江平
    2015, 35(10):  2838-2842.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2838
    摘要 ( )   PDF (786KB) ( )  
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    标点符号的边界识别是自然语言处理的重要研究内容,它是分词、语块识别等应用的基础。为了实现中文中用于表示并列成分分割的顿号的边界识别,采用了用于序列分割和标记的条件随机场(CRF)方法进行顿号边界识别。首先对顿号边界识别任务进行了两种类型的描述,然后对顿号语料的标注方法和过程以及特征选择进行了研究,通过采用语料推荐和十折交叉验证两种数据集分配方法分别进行了边界识别实验。实验结果表明,通过条件随机场方法结合选择的边界识别特征能够进行顿号边界识别,其顿号边界识别的F值在基准实验的基础上提高了10.57%,由顿号分隔的词语识别其F值可达85.24%。
    网络与通信
    基于节点失效的洋葱路由匿名链路控制方法
    卓中流, 张小松, 李瑞杏, 陈厅, 张景中
    2015, 35(10):  2843-2847.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2843
    摘要 ( )   PDF (786KB) ( )  
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    针对洋葱路由(Tor)随机选路算法选取的通信路径不可控制,进而导致匿名技术滥用和溯源方法失效的问题,提出了一种基于节点失效的Tor匿名链路控制方法。通过发送伪造的TCP复位信息模拟节点失效,从而不断让Tor客户端重新选路,并最终选择到受控链路,来达到有效链路控制的目的。对Tor网络选路算法的理论分析和在拥有256个洋葱路由组成的私有Tor网络中的实际测试结果表明,与传统部署高带宽路由吸引用户选中受控节点的方法相比,该方法在Tor客户端默认开启入口守卫的情况下,将传统方法选择受控入口节点的概率由4.8%提高到约60%。实验结果表明,随着受控链路长度的增大,链路建立的成功率会降低,因此所提方法适用于控制较短链路的情形。
    基于合作似然检测和球形译码的多用户多输入输出多跳中继系统
    许元飞
    2015, 35(10):  2848-2851.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2848
    摘要 ( )   PDF (783KB) ( )  
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    针对多输入输出(MIMO)系统在传输数据过程中的误码率(BER)和信道容量优化问题,提出一种基于合作似然检测和球形译码的多用户MIMO多跳中继系统。首先,该系统构建二阶协作的MIMO中继系统模型对信道数据的中继传输过程以及路径损耗、阴影衰落情况进行分析;接着,通过球形译码来推导出等效的最大似然规则进行对数正态阴影衰落检测;最后提出最大调和平均信道功率选择策略,基于相关性链路度量和最大信道功率阈值为用户选择误码率更小的接入链路,从而改善多用户MIMO系统的性能。实验仿真结果显示,与基于互信息最大化的多用户MIMO多跳中继系统以及基于解码转发和多入多出技术正交空时分组编码(STBC)的中继系统相比,该系统在数据传输过程中的平均比特误码率分别降低了27.4%和32.6%,平均信道容量分别提高了9.5%和12.7%,因此在减少误码率和提高信道容量上具有较好的效果。
    基于控制角度的无线传感器网络时钟同步优化算法
    曾培, 陈伟
    2015, 35(10):  2852-2857.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2852
    摘要 ( )   PDF (906KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)时间同步过程中易受干扰,易发生通信延迟所造成的同步精度不高、收敛速度不快的问题,从控制的角度提出一种时钟同步优化算法。该算法首先建立时钟同步状态模型,然后通过现代控制理论的思想,引入中心控制策略,建立基于控制的时间同步状态模型。该控制策略是通过全局的时钟状态信息进行设计,在卡尔曼滤波最优估计前提下,使控制满足使性能指标函数最小的条件下,得到最优控制。仿真结果表明,所提出的时钟同步优化算法和无线传感器时钟同步协议(TPSN)相比,从第6步时钟同步开始,前者的同步误差逐渐比后者的同步误差小;在实现同一较高精度的同步需求时,前者需要的同步次数是后者所用的同步次数的20%左右;由时钟同步误差收敛均值的方差对比值显示,前者比后者的同步误差均方差小了两个数量级,因此所提出的时钟同步优化算法比时钟同步协议同步精度高、收敛速度快、网络通信负荷低。
    基于动态树拓扑的多时隙分配无线传感器网络数据传输算法
    孙利, 宋喜忠
    2015, 35(10):  2858-2862.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2858
    摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)在数据传输过程中节点能量负载不均衡问题,提出了一种基于动态树拓扑的多时隙分配无线传感器网络数据传输算法。该算法首先建立了树链路模型来分析无线传感器网络的数据传输模式以及时隙需求问题;接着通过在树拓扑上使用父代和子代的关系,使节点基于时隙需求执行帧时隙分配,并给出了接收时隙的一个序列模式和发送时隙的序列模式,允许节点更加有序且在干扰更少的信道下接收其他节点发送的数据包,减少时隙的浪费并提高信道利用效率。最后,实验仿真结果表明,与基于数据传输优化的无线传感器网络的生命周期延长算法,以及基于能量感知和时隙分配的可靠数据传输算法相比,所提算法的网络能量效率分别提高了42.8%和51.7%,节点平均寿命延长了1.7%和37.5%,网络的能量效率和网络生命周期得到了提高。
    信息安全
    基于明文长度的椭圆曲线密码密文构建方法
    张希栋, 佟为明, 王铁成, 金显吉
    2015, 35(10):  2863-2866.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2863
    摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对存储椭圆曲线密码加密生成的密文与明文相比需要的存储空间较多的问题,提出了一种基于明文长度的构建椭圆曲线密码密文的方法。首先,该方法通过分析椭圆曲线密码加密运算流程,推导出明文椭圆曲线点的数量决定存储密文椭圆曲线点需要的存储空间。其次,该方法融合明文分割和明文组合的加密模式,建立了信息加密模型;在建立的模型中针对明文分割和明文组合信息加密模式,设计出能够生成最小数量明文椭圆曲线点的明文分割算法和明文组合算法。最后,该方法计算出存储密文椭圆曲线点需要的存储空间,并通过分析决定存储空间需求的影响因素,给出减少生成密文椭圆曲线点数量的解决途径。分析和示例计算表明,与加密单个字符方式相比,应用基于明文分割信息加密模式,存储密文椭圆曲线点占用的存储空间减少了88.2%;应用基于明文组合信息加密模式,存储密文椭圆曲线点占用的存储空间减少了90.2%。研究结果表明,提出的加密方法能够有效地减少生成密文椭圆曲线点的数量,降低存储密文椭圆曲线点对硬件存储空间的需求。
    基于编码的盲签名方案
    王倩, 郑东, 任方
    2015, 35(10):  2867-2871.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2867
    摘要 ( )   PDF (746KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    编码密码技术由于具有抵抗量子算法攻击的优点受到了广泛的关注。针对消息的匿名保护问题,提出了一种基于编码的盲签名方案。消息拥有者通过哈希技术和盲化因子将消息进行不可逆和盲化处理后发送给签名人,签名人利用CFS(Courtois-Finiasz-Sendrier)签名方案完成盲化签名并发回给消息拥有者,消息拥有者可通过去盲获得签名。分析表明,新的方案不仅具有一般盲签名的基本性质,而且继承了CFS签名方案的安全性高、签名长度短等优点,能够有效抵抗量子算法的攻击。
    基于可信推荐的服务质量评估模型
    周国强, 杨锡慧, 刘洪舫
    2015, 35(10):  2872-2876.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2872
    摘要 ( )   PDF (766KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    由于网络用户多样性和利益诉求的复杂性,部分用户发布的QoS数据不完全可信,以致影响了QoS评估的精度,为此提出基于可信推荐的QoS评估模型TR-SQE。该模型以用户推荐的与众不同程度作为其推荐信任度,隔离推荐信任度低于阈值的用户发布的QoS数据;TR-SQE将修正过的QOS信息作为推荐数据,接着根据用户与推荐者的偏好相似性来评估服务质量。分析和仿真结果表明,TR-SQE的平均绝对偏差MAE较其他方法小,评估结果与真实的服务质量基本相符,TR-SQE有助于用户的服务选择。
    可证安全的面向无线传感器网络的双因素认证方案
    陈蕾, 魏福山, 马传贵
    2015, 35(10):  2877-2882.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2877
    摘要 ( )   PDF (1108KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    随着无线传感器网络的快速发展,对外部用户的身份进行确认已成为获取传感器网络中实时数据所要解决的关键问题。基于Nam提出的首个广泛适用于面向无线传感器网络的双因素认证方案的安全模型,设计了一个新的可证安全的用户认证密钥协商方案。该方案基于椭圆曲线密码体制,达到用户、网关节点及传感器节点之间的双向认证,满足匿名性并建立会话密钥,最后基于ECCDH困难性假设证明了新方案的安全性。与Nam提出的方案相比,在满足安全性的同时,将参与者的计算效率达到最优,更符合资源受限环境及现实应用。
    基于决策树与朴素贝叶斯分类的入侵检测模型
    姚潍, 王娟, 张胜利
    2015, 35(10):  2883-2885.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2883
    摘要 ( )   PDF (465KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    入侵检测要求系统能够快速准确地找出网络中的入侵行为,因此对检测算法的效率有较高的要求。针对入侵检测系统效率和准确率偏低,系统的误报率和漏报率偏高的问题,在充分分析C4.5算法和朴素贝叶斯(NB)算法后,提出一种二者相结合的H-C4.5-NB入侵检测模型。该模型以概率的形式来描述决策类别的分布,并由C4.5和NB概率加权和的形式给出最终的决策结果,最后使用KDD 99数据集测试模型性能。实验结果表明,与传统的C4.5、NB和NBTree方法相比,在H-C4.5-NB中对拒绝服务(DoS)攻击的分类准确率提高了约9%,对U2R和R2L攻击的准确率提高约20%~30%。
    基于KKT和超球结构的增量SVM算法的云架构入侵检测系统
    张文兴, 樊捷杰
    2015, 35(10):  2886-2890.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2886
    摘要 ( )   PDF (749KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统入侵检测系统(IDS)处理数据负载过重,不支持多主机数据联合分析,以及大规则库维护的问题,提出一种云架构的基于卡罗需-库恩-塔克(KKT)条件和超球结构的增量支持向量机(KS-ISVM)入侵检测系统。将客户端抓取的数据包经过预处理生成样本空间,然后发送至云端使用KS-ISVM进行建模分析,利用KKT条件对增量样本进行筛选,选取违反KKT条件的样本作为有用样本,剔除KKT范围内的所有样本;此外,为了保证剔除的样本为冗余样本,进一步采用超球结构的方法对样本进行第二次筛选,将超球范围内的样本作为有用样本,剔除其余样本;最后将选取的样本进行合并,对SVM进行更新训练。利用KDDCUP99数据进行实验验证,并与SVM、批量支持向量机(Batch-SVM)、互检KKT条件的增量学习(K-ISVM)算法进行对比,结果表明,KS-ISVM具有良好的预测能力和样本淘汰能力,准确率达到90.3%,而SVM、Batch-SVM和K-ISVM三种方法准确率均在89%以下;同时还对并行KS-ISVM进程联合分析,发现单进程的分析时间由6351 s降低到16进程的146 s,分析时间大大降低,说明了多进程的有效性,满足云计算环境中的入侵检测系统对效率和精度的要求。
    适用于网络内容审计的SSL/TLS保密数据高效明文采集方法
    董海韬, 田静, 杨军, 叶晓舟, 宋磊
    2015, 35(10):  2891-2895.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2891
    摘要 ( )   PDF (827KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为解决互联网上使用安全套接层/传输层安全(SSL/TLS)协议保密的数据难以审计的问题,提出了一种基于中间人原理的SSL/TLS保密网络数据的明文采集方法,将作为合法中间人的数据采集器串行接入服务端与客户端之间,在SSL/TLS握手阶段通过修改通信双方传输的握手消息,取得通信双方用于数据加密的密钥,达到解密保密数据、采集其明文的目的。该方法比已有的基于代理服务器原理的采集方法传输时延更短,SSL吞吐率更大,占用内存资源更少;比已有的采集器持有服务端私钥的方案应用范围更广,且不受网络丢包的影响。实验结果表明提出的方法与基于代理服务器原理的采集方法相比,传输时延降低了约27.5%;SSL吞吐率提高了约10.4%,且SSL吞吐率已接近理想情况下的上限值。
    基于划分的二进制文件相似性比较方法
    董启海, 王亚刚
    2015, 35(10):  2896-2900.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2896
    摘要 ( )   PDF (983KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统文件结构化相似性比较法中采用基本块(BB)一对一映射而造成的巨大时空消耗及基本块比较结果的绝对化问题,提出一种基于划分思想的文件结构化相似性比较方法。该方法首先对用于基本块比较的小素数积法进行改进,通过改进方法将函数内的基本块进行分类,再结合基本块签名与属性的权重求得基本块间的相似率,从而计算出最终的函数相似率及文件相似率。通过函数相似率比较实验分析,与未考虑划分思想的绝对化基本块比较算法相比,该方法在比较效率及准确率上均有所提升。实验结果表明,该方法在减少比较时间的同时提高了比较准确率,在实际二进制文件相似性比较的应用中更可行。
    人工智能
    基于TF-IDF改进算法的聚焦主题网络爬虫
    王景中, 邱铜相
    2015, 35(10):  2901-2904.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2901
    摘要 ( )   PDF (797KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统的TF-IDF算法、K-means算法、自适应遗传算法在网络检索结果中含有大量不相关数据、语义检索准确性不高的问题,研究了TF-IDF算法的改进及其在语义检索中的应用。将正则表达式和语义分析技术相结合,从而实现对TF-IDF算法的改进。利用语义库对搜索主题进行描述,根据正则原子语义的重要性和在网页标签中的不同位置进行加权计算,得到正则原子在文档中的相似度。通过空间向量模型对文档相似度和主题模型进行余弦运算,从而获取最终的搜索结果。最后,将改进的TF-IDF算法、传统的TF-IDF算法、K-means算法和自适应遗传算法运用于聚焦主题网络爬虫中,对其检索结果进行了对比分析。计算结果表明,在聚焦主题网络爬虫语义分析的垂直搜索中,改进TF-IDF算法的相似度准确率比传统的TF-IDF算法检索准确率提高了17.1个百分点,遗漏率降低了7.76个百分点;比K-means算法检索准确率提高6个百分点;比自适应遗传算法检索准确率提高了8.1个百分点。总之,改进的TF-IDF算法可以有效地提高文档相似度检测的准确率,很好地改善聚焦主题网络爬虫在语义分析中的缺陷。
    基于动态主题情感混合模型的微博主题情感演化分析方法
    李超雄, 黄发良, 温肖谦, 李璇, 元昌安
    2015, 35(10):  2905-2910.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2905
    摘要 ( )   PDF (921KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有模型无法进行微博主题情感演化分析的问题,提出一种基于主题情感混合模型(TSCM)和情感周期性理论的主题情感演化模型——动态主题情感混合模型(DTSCM)。DTSCM通过捕获不同时间片中微博消息集的主题和情感,追踪不同时间片内主题与情感的变化趋势,获得主题情感演化图,从而实现主题和情感的演化分析。真实微博数据集上的实验结果表明,与当前优秀代表算法JST(Joint Sentiment/Topic)、S-LDA(Sentiment-Latent Dirichlet Allocation)和DPLDA(Dependency Phrases-Latent Dirichlet Allocation)相比,该方法的情感分类准确率分别提高了3.01%、4.33%和8.75%,并且可以获得主题情感演化图。这表明该方法具有更高的情感分类准确率并且可以进行微博主题情感演化分析,为舆情分析等应用提供了较好的帮助。
    不确定数据频繁闭项集挖掘算法
    刘慧婷, 沈盛霞, 赵鹏, 姚晟
    2015, 35(10):  2911-2914.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2911
    摘要 ( )   PDF (586KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    由于不确定数据的向下封闭属性,挖掘全部频繁项集的方法会得到一个指数级的结果。为获得一个较小的合适的结果集,研究了在不确定数据上挖掘频繁闭项集,并提出了一种新的频繁闭项集挖掘算法——NA-PFCIM。该算法将项集挖掘过程看作一个概率分布函数,考虑到基于正态分布模型的方法提取的频繁项集精确度较高,而且支持大型数据库,采用了正态分布模型提取频繁项集。同时,为了减少搜索空间以及避免冗余计算,利用基于深度优先搜索的策略来获得所有的概率频繁闭项集。该算法还设计了两个剪枝策略:超集修剪和子集修剪。最后,在常用的数据集(T10I4D100K、Accidents、Mushroom、Chess)上,将提出的NA-PFCIM算法和基于泊松分布的A-PFCIM算法进行比较。实验结果表明,NA-PFCIM算法能够减少所要扩展的项集,同时减少项集频繁概率的计算,其性能优于对比算法。
    基于语义网的高效信息查询方法
    夏美翠, 时鸿涛
    2015, 35(10):  2915-2919.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2915
    摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了提高Web信息检索的准确率,提出一种基于语义网的高效信息查询方法。首先从本体库中提取目标资源与查询关键字之间的语义路径,通过分析语义路径所包含的属性的权重和识别能力,分别计算每个语义路径的权重;然后,根据资源与查询关键字之间的语义路径的权重、数量和特异性,分别计算每个资源与各关键字之间的语义相关性,并结合关键字的涵盖范围和识别能力综合计算每个资源与关键字集之间的语义相关性;最后,以该相关性为依据对所有资源进行排序和输出。实验结果表明,与OntoLook、tf*idf和TMSubtree三种语义网查询算法相比,基于语义网的高效信息查询方法的平均正确率分别提高了69.0、25.0和21.0个百分点;平均召回率分别提高了77.1、28.3和24.3个百分点;平均F测度值分别提高了72.4、26.4和22.4个百分点。实验结果表明:该方法不仅能够有效提升语义查询的准确率,而且对隐性信息也有很好的查询效果。
    高超声速飞行器纵向通道分层模糊自适应H控制
    王永超, 张胜修, 曹立佳, 扈晓翔
    2015, 35(10):  2920-2926.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2920
    摘要 ( )   PDF (976KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对具有参数不确定性特点的高超声速飞行器输出跟踪问题,提出了一种基于分层模糊系统的自适应H控制器的设计方法。为了解决模糊控制器中规则数目随系统变量个数呈指数增长的问题,减少在线辨识参数的数量,增强控制系统的实时性,设计了一种基于分层模糊系统的间接自适应控制器;同时为了减少模糊系统逼近误差、参数不确定性和系统外部干扰对控制系统稳定性造成的影响,引入鲁棒补偿项,提高控制器的H性能,并利用Lyapunov理论分析证明了整个系统的稳定性能。仿真结果表明,该方法不仅能够保证高超声速飞行器具有良好跟踪性能,而且具有很强的鲁棒性。
    基于语义网技术的服务等级协议协商机制
    王小龙, 章恒, 杨博超, 沈玉琳
    2015, 35(10):  2927-2932.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2927
    摘要 ( )   PDF (870KB) ( )  
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    针对服务等级协议(SLA)的自动协商中用于协商的SLA元素及协商过程缺乏语义描述的问题,提出了一种基于语义网技术的SLA协商机制。首先提出一种协商本体Osn,该本体专门描述直接用于协商过程的SLA元素;设计了SLA协商元素的映射函数及协商评估函数并使用Osn描述这些函数,基于描述逻辑对Osn的主要概念及概念之间的关系给出了形式化描述,为Osn提供了可满足的语义模型。进而提出了一种针对SLA协商的讨价还价模型,通过对有关命题及定理的证明说明采用该模型可以形成帕累托最优的协商出价;采用该模型基于OWL-S与统一建模语言(UML)的映射关系设计了针对SLA协商的服务本体。实例研究的结果表明Osn描述的知识可以形成满足协商参与者利益最大化需求的出价序列。从而说明:Osn可以对服务本体提供针对任意SLA协商的参数类型支持;面向SLA协商的讨价还价模型可以形成双方可接受的SLA。
    混合多约束处理技术的并行约束差分进化算法
    魏文红
    2015, 35(10):  2933-2938.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2933
    摘要 ( )   PDF (855KB) ( )  
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    针对约束差分进化算法中单一约束处理技术无法适合所有优化问题的情况,提出了一种混合多种约束处理技术的并行约束差分进化算法。该算法将种群分成多个子种群,各子种群采用不同的约束处理技术并行地独立进化,在适应值评价时进行种群间的通信交流。通过混合4种约束处理技术,使得算法对于所有测试函数都能成功地寻找到最优解,而且运算时间是串行算法的1/4。实验结果表明:与相应的串行算法及采用单一约束处理技术的算法比较,所提算法具有更高的求解精度、更少的计算时间和更快的收敛速度。
    虚拟现实与数字媒体
    基于人眼视觉原理的虚拟现实显示模型
    徐宇杰, 管会超, 张宗卫, 郭庆, 张青
    2015, 35(10):  2939-2944.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2939
    摘要 ( )   PDF (790KB) ( )  
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    针对虚拟现实领域现有的显示模块无法提供满足人眼视觉规律的立体视觉效果这一问题,提出一种基于斜交视锥体立体摄像机模型的虚拟现实(VR)立体视觉解决方案。首先,通过研究人眼视域模型和人眼双目提取深度信息原理,建立双目视差数学模型;其次,使用工业引擎3DVIA Studio作为实验平台,依靠VSL编程语言进行画面分屏处理,通过设立父子关系,设置视觉交互模块,搭建VR交互立体摄像机结构;接着,通过建立点云模型,量化物体立体感观,探讨多种VR立体摄像机模型,从深度信息显示效果和畸变特性出发分析各个模型优缺点,逐步进行优化。分别建立了中心轴平行的正交视锥体摄像机模型、中心轴于观影距离处相交的正交视锥体模型,通过优化摄像机视锥体结构,形成斜交视锥体摄像机模型。最后使用3DVIA Studio进行实验,代入具体数据进行投影变换,结果显示斜交视锥体摄像机模型在保证深度信息显示效果的前提下很好地消除了畸变,能够提供优秀的视觉体验效果。
    基于虚拟手的人机交互关键技术
    杨晓文, 张志纯, 况立群, 韩燮
    2015, 35(10):  2945-2949.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2945
    摘要 ( )   PDF (741KB) ( )  
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    基于虚拟手的人机交互技术是虚拟现实中的研究热点。对其中的关键技术进行了研究,采用多边形网格建模方法,建立了虚拟手的逼真几何模型;基于Virtools平台开发了数据手套的数据采集模块,提出使用基于初始值的数据转换方法,解决了开始运动时的跳变问题,同时对手指的外展运动,使用约束值方法进行处理,提高了虚拟手与真实人手匹配一致性;最后,针对虚拟手与虚拟物体的操作交互,提出了一种基于有效阈值角度的抓取算法。通过Virtools平台进行验证,实验结果表明:虚拟手模型逼真度高,手型变化自然;同时实现了虚拟手对虚拟物体的操作交互,具有很强的实用性。
    基于结式的曲面拼接与三维造型
    李耀辉, 武志峰, 宣兆成
    2015, 35(10):  2950-2954.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2950
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    针对很多几何造型是带有约束条件的曲面拼接问题,在线性连续同伦的基础上提出了利用非线性同伦连续计算拼接曲面以进行三维造型的方法。首先,根据得到的截面(切片)的位置及其曲线方程确定插值点并得到插值多项式;其次,将此插值多项式作为非线性连续同伦映射函数并分别代入主曲面和辅助曲面的多项式方程得到过渡曲面的方程;然后,仅将插值变元作为变元而主、辅助曲面方程的变元作为参数,利用Sylvester结式消去过渡方程中的变元得到关于主曲面的拼接方程即造型曲面。利用该方法能实现带有控制点的曲面造型以及多曲面约束的几何造型,而且它可以确定造型过程中的中间形状及中间形状的位置,从而更加具有实用性。
    基于深度信息的图像修复算法
    何埜, 李光耀, 肖莽, 谢力, 彭磊, 唐可
    2015, 35(10):  2955-2958.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2955
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    针对图像修复结果中存在物体结构上的不连续性和不完整性的问题,提出一种基于深度信息的图像修复算法。首先,通过建立平面参数马尔可夫模型来推测图像中像素点所在场景空间中的深度信息,从而划分出图像中的共面区域,定位匹配块的目标位置;其次,根据透视投影原理推导出相应的变换矩阵,指导对匹配块的几何变换;最后,设计含义深度项的目标代价函数,通过全局优化选择最优修复效果。实验的主观效果对比和峰值信噪比(PSNR)数据都表明该方法更为优越。
    十字基自适应指导滤波在图像降噪中的应用
    权利, 胡越黎, 燕明
    2015, 35(10):  2959-2962.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2959
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    针对于传统线性滤波器在非边界区域与边界区域有着滤波平滑和边缘保护的矛盾,提出了一种基于指导滤波和十字基相结合的算法。其主要思想是对指导滤波加入自适应偏移量进行调整,保证在边缘结构处细节的保留;普通指导滤波的计算邻域为固定大小的方形窗,在自适应指导滤波算法邻域窗的选取中引入十字基滤波窗,以灰度相似性作为阈值,利用立体匹配的优势,生成大小可自动调节、形状可自适应调整的滤波块,从而实现了滤波性能的提高;偏移量的选取值随滤波窗灰度阈值正比变化,比硬阈值有更好的效果。通过对国际标准图像序列的实验仿真结果比较,表明十字基滤波窗在分块方面有着较高的效率,平滑区域的滤波效果更佳,偏移量的加入使算法在边界区的纹理和细节特征得以保留;较之普通指导滤波算法,提出的十字基自适应指导滤波在峰值信噪比(PSNR)值上提高了约2 dB;通过对实拍图像的处理结果对比表明该算法在实际运用中有着更好的适用性。
    基于二维直方图移位的图像认证算法
    王兵, 毛倩, 苏栋骐
    2015, 35(10):  2963-2968.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2963
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    针对如何检测数字图像内容是否完整、有无篡改,提高认证图像质量的问题,提出了一种基于二维直方图移位的图像认证算法。首先,在棋盘格结构中利用两种预测差值计算方法构建原始图像的二维直方图,由预先设定的参数选择可嵌入信道,并确定可嵌入信道峰值点的位置,将可嵌入信道移位。然后结合直方图信息嵌入方法将认证信息嵌入到图像分块中。在篡改检测过程中采用分层篡改检测方法,有效提高篡改检测准确度。实验结果显示,该算法不仅可以抵抗噪声攻击,而且当参数设定为2和4时,认证图像的平均峰值信噪比(PSNR)分别为52.37 dB和50.33 dB,进一步提高了图像质量。实结果表明,所提算法安全性高,可实现可逆水印,并准确定位出篡改区域。
    基于离焦量差异定性分析的自动对焦方法
    林忠, 黄陈蓉, 卢阿丽
    2015, 35(10):  2969-2973.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2969
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    为了改善在某些场景中由于聚焦评价函数非单峰性而造成爬山搜索方法正确率降低、误差增大的问题,设计了一种基于离焦量定性差异度量的自动对焦方法。首先,利用基于空间域的卷积/去卷积变换计算对焦过程中两个不同调焦位置的两幅图像中对应点的离焦量差异值;接着,采用投票策略得出这两幅图像的离焦量差异定性度量;然后,根据离焦量差异定性度量确定对焦搜索方向;最后,按照变步长策略逐渐缩小搜索范围和搜索步长,直至在步长为1时找到合焦位置。在由18倍光学变焦的监控摄像机上采集的3个图像序列上展示了该方法与其他两种典型的基于聚焦评价函数的爬山自动对焦方法的对比,实验结果表明:所提方法在保持爬山搜索法快速、行程比较少等优点的同时,明显提高了在聚焦评价函数单峰性不良的场景中的正确率,降低了误差量,很好地解决了局部极值对于爬山搜索法的影响。
    参数自适应的半监督复合核支持向量机图像分类
    王朔琛, 汪西莉
    2015, 35(10):  2974-2979.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2974
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    半监督复合核支持向量机在构造聚类核时,普遍存在复杂度高、不适于大规模图像分类的问题;且K均值(K-means)图像聚类的参数难以估计。针对上述问题,提出基于均值漂移(Mean-Shift)参数自适应的半监督复合核支持向量机图像分类方法。结合Mean-Shift对像素点进行聚类分析以避免K-means图像聚类的局限性;利用图像的结构特征自适应算法参数以避免算法的波动性;由Mean-Shift结果构造Mean Map聚类核以增强同一聚类中的样本属于同一类别的可能性,使复合核更好地指导支持向量机对图像分类。实验验证了改进的聚类算法和参数取值方法可以更好地获取图像的聚类信息,使算法对普通图像和加噪图像的分类正确率较对比的半监督算法一般情况下提高1~7个百分点,且对于较大规模图像也有一定适用性,能够更高效、更稳定地进行图像分类。
    基于二值特征和结构化输出支持向量机的目标快速跟踪算法
    李新叶, 孙智华, 陈明宇
    2015, 35(10):  2980-2984.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2980
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    复杂场景下基于判别式分类器的目标跟踪通常采用复杂的外观表示模型以提高跟踪精度,但影响了算法的实时性。为此,提出一种基于半色调的二值特征来描述目标的外观,在此基础上对结构化输出支持向量机(SVM)的核函数进行改进,实现了判别模型的快速更新和判别;同时提出一种基于分块匹配的判别模型更新策略,保证了跟踪过程中样本的可靠性。在Benchmark数据集上进行的测试实验中,与压缩跟踪(CT)算法、跟踪学习检测(TLD)算法和核化的结构化输出跟踪(Struck)算法相比,在跟踪速度上,该算法分别提高了0.2倍、4.6倍、5.7倍;在跟踪精度上,当重叠率阈值取0.6时,该算法的成功率达到0.62,而其他三种算法的成功率均在0.4以下,当位置误差阈值取10时,该算法的精度为0.72,而其他三种算法精度均小于0.5。实验结果表明该算法在发生光照变化、尺度变化、严重遮挡和突变运动等复杂情况下均具有很好的鲁棒性和实时性。
    检测区域动态调整的TLD目标跟踪算法
    曲海成, 单晓晨, 孟煜, 刘万军
    2015, 35(10):  2985-2989.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2985
    摘要 ( )   PDF (737KB) ( )  
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    针对经典跟踪-学习-检测(TLD)目标跟踪算法由于检测区域过大而导致的检测时间过长及对相似目标跟踪处理效果不理想的问题,提出一种检测区域可动态自适应调整的方法——TLD-DO。该方法利用两次Kalman滤波加速度矫正预测的检测区域优化算法DKF,通过缩小TLD检测器检测范围,以达到在跟踪精度略有提升的情况下提高跟踪速度的目的;同时此方法可排除画面内相似目标的干扰,提高在含有相似目标的复杂背景下目标跟踪的准确性。实验结果表明:TLD-DO算法在处理不同视频与跟踪目标时,检测速度有1.31~3.19倍提升;对含有相似目标干扰情况下,跟踪效果明显优于原TLD算法;对目标抖动及失真情况有较高的鲁棒性。
    行业与领域应用
    面向对象软件测试的蜕变关系构造方法
    侯雪梅, 于磊, 张兴隆, 李志博
    2015, 35(10):  2990-2994.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2990
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    针对面向对象软件类级测试中方法序列调用时的Oracle问题,提出了一种基于代数规格的面向对象蜕变关系构造方法,并根据此方法进行蜕变测试。首先基于代数规格给出面向对象测试中蜕变关系的构造准则,然后根据构造准则对GFT(Generating a Finite number of Test cases)算法中范式构造蜕变关系方法进行改进,最后通过一个整数栈类对提出的蜕变关系构造准则进行了验证测试,并与GFT算法中范式构造蜕变关系方法进行了对比,结果表明在相似的变异检测率下,改进后的方法使得构造的蜕变关系冗余度降低了66%,验证了改进的蜕变关系构造方法有更低的蜕变关系冗余度,提高了软件测试效率。
    基于目标跟踪的红外触摸屏优化算法
    周爱国, 潘强标
    2015, 35(10):  2995-2999.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.2995
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    针对现有红外触摸屏多点识别时识别错乱和画图时轨迹毛刺严重等问题,在原有识别算法的基础上,加入了卡尔曼滤波与跟踪门算法结合的目标跟踪算法处理,提出一种新型红外触摸屏优化算法。该算法通过数据关联中的跟踪门逻辑,将量测值与已有的目标轨迹进行逻辑判断,选择正确的触点信息,剔除伪触点的信息,实现轨迹关联和目标跟踪。同时在红外触摸屏上建立触点的运动模型上,通过卡尔曼滤波实现轨迹的平滑和一定程度上的轨迹预测。在红外触摸屏上的测试表明,与原有的识别算法相比,优化算法增加了约3 μs单点识别时间,但是提高了轨迹在拐角处的平滑度,减少了拐角处约60%的毛刺。优化算法有效地修正了红外触摸屏原有的不足,能实现多触点时的轨迹关联和提高轨迹的平滑程度,能提高红外触摸屏绘图时的实际使用效果。
    基于ZigBee和以太网的振动检测系统
    曹梦超, 刘华
    2015, 35(10):  3000-3003.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.3000
    摘要 ( )   PDF (639KB) ( )  
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    针对传统振动检测系统中组网能力弱、通信速率低等问题,设计了一种基于ZigBee和以太网传输的振动检测系统。系统具有三层结构,测量节点N与路由节点R之间采用基于XBee-PRO的ZigBee方案构建通信网络,以适应多测点和大空间分布的应用场合;路由节点R与用户终端层采用基于LwIP的以太网方案完成通信,以保证数据实时、可靠地传输;用户终端层的服务器节点S将数据暂存在SD卡中,供PC端读取分析。实验结果表明,这种三层结构的测量方案能充分发挥ZigBee的分布式组网优势和以太网的高速稳定优势,既实现对振动检测系统中测量点的有效控制,又满足测点广泛分布和数据实时传输的需求。
    基于奇异值分解和Savitzky-Golay滤波器的信号降噪方法
    朱红运, 王长龙, 王建斌, 马晓琳
    2015, 35(10):  3004-3007.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.3004
    摘要 ( )   PDF (688KB) ( )  
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    为降低信号中噪声的干扰,将奇异值分解(SVD)理论和Savitzky-Golay滤波器相结合提出了一种新的降噪方法。该方法首先分析了信号负熵随信噪比变化的规律,而后通过将负熵作为降噪效果的评估参数,确定了SVD降噪过程中构造的Hankel矩阵的最优维数;其次采用Savitzky-Golay滤波器对用于重构信号的奇异值进行了平滑滤波处理,并分析了Savitzky-Golay滤波器结构对降噪效果的影响,最后通过定义误差函数确定了Savitzky-Golay滤波器的最优结构。将该方法应用于线性调频信号和多成分周期信号的降噪实验,结果表明:基于SVD和Savitzky-Golay滤波器的降噪方法能有效降低噪声干扰,是一种有效的信号降噪方法。
    面向Android系统的目录自适应日志模式选择机制
    徐远超, 孙凤芸, 闫俊峰, 万虎
    2015, 35(10):  3008-3012.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.3008
    摘要 ( )   PDF (798KB) ( )  
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    在写磁盘的过程中如果意外掉电或系统崩溃很有可能导致文件系统中用户数据和元数据不一致,现有文件系统主要采取写前日志或写时拷贝等一致性技术来解决该问题,但均没有考虑目录对可靠性需求的差异性。针对现有的文件自适应日志模式存在的需要逐一修改应用程序的不足,提出了面向Android系统的目录自适应的日志模式选择机制,即针对不同的目录对可靠性需求的高低等级,选择相应的强弱程度不同的日志模式,同时分配可靠性不同的存储区域,这种机制对开发者完全透明,也符合Android系统的应用特征,在可靠性需求不变的前提下最大限度地减少了一致性保证引入的额外开销。实验结果表明,修改后的文件系统可以识别文件所在目录,并根据目录选择预先定义的日志模式。
    基于分解组合法的三维景观网络共享
    曾文华
    2015, 35(10):  3013-3016.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.10.3013
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    各地的数字城市建设积累了大量城镇区域的三维景观数据,但因为采用的标准规范、技术路线不同,之间不能互相共享和应用而成为"信息孤岛"。针对社会、公众三维景观网络在线共享的需求,分析三维景观数据内容、数据组织等标准规范和共享要求,比较二维、三维地理信息数据共享模式和集成机制,研究三维景观在线发布技术,提出基于分解组合法的跨地区三维景观在线共享的基本思路和技术路线,通过将三维信息在服务端分解为地形、影像、模型等组成单元,利用标准的地理信息服务发布,在客户端利用HTML5实现三维信息的组合和表达。通过省、市、县三级的共享实验表明,该方法对现有三维景观成果进行少量的改造就能够有效地实现共享。
2022年 42卷 8期
刊出日期: 2022-08-10
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