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王宇新, 曹仕杰, 郭禾, 陈征, 陈鑫

2015, 35(11): 3017-3020. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3017

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针对云环境下多有向无环图(DAG)工作流的调度算法应考虑执行时间、费用开销、通信开销、公平性等多个指标的问题,在模型带通信开销的DAG(CA-DAG)的基础上结合公平性算法提出一种优化完成时间的后向求异(BD)原则与兼顾费用和公平的多DAG调度策略CAFS.CAFS调度策略分为两个阶段:预调度阶段利用带通信开销的工作流费用优化(CACO)算法在考虑通信开销的同时求解所有任务的最优服务并优化费用,采用fairness算法得到较公平的调度顺序;调度阶段采用BD原则,根据在预调度阶段得出的调度顺序进一步优化整体的完成时间并执行调度.实验结果表明,CAFS调度算法具有较好的公平性,在不提高费用的基础上时间减少19.82%.

基于虚拟力的传感器网络三维覆盖算法

党小超, 杨冬冬, 郝占军

2015, 35(11): 3021-3025. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3021

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针对三维无线传感器网络中节点非均匀覆盖需求的问题,提出一种基于虚拟力的三维覆盖算法(3D-CAVF).该算法是将虚拟力应用在无线传感器网络中实现节点布置, 通过虚拟力和拥挤度控制, 使节点能够自动覆盖事件, 并且使节点和事件的密度呈现一种平衡的效果.在Matlab平台上进行仿真实验,将所提算法与基于人工势场的三维部署算法(APFA3D)、基于未知目标精确覆盖的三维部署算法(ECA3D)进行比较,在事件呈T型不均匀部署和线型不均匀部署两种情况下进行实验,所提算法的事件集覆盖效能比APFA3D、ECA3D 算法有3.6%、3.1%的提高.仿真实验结果表明所提算法能够有效处理三维无线传感器网络中节点的布置问题.

基于清华云监控平台的云迁移性能

马海峰, 意合巴力, 王烨, 杨家海, 张潮

2015, 35(11): 3026-3030. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3026

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当云计算技术兴起后,很多企业已经或计划将业务和应用迁移到云上,而这面临着应用性能可能降低,关键业务和应用安全性受到威胁等问题,因此是否云迁移还是部署到独立服务器上,是一个需要深入研究的问题.以清华云平台为基础,搭建了基于Nagios的清华云监控平台,先对清华云平台和架构进行介绍,再对Nagios和清华云监控平台架构进行了论述,在云迁移性能评估中,以Ubuntu和Windows为操作系统平台,以CPU负载和内存使用为评估指标,分别在云服务器和独立服务器上运行CPU运算类和服务器负载类两类应用,最后对实验结果进行了分析和比较.实验表明,部分应用在独立服务器上性能更好,并不适合云迁移.

基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略

王妍, 章婷婷, 宋知润, 王俊陆, 郭敬玉

2015, 35(11): 3031-3037. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3031

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针对环境监测、电网冰灾监测等大规模监测系统中监测区域覆盖广、传感器数量大等特性,为节约网络能耗以延长生命周期,提出了一种基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略(RCS).该策略首先利用传感器节点的位置信息进行凝聚的层次聚类(AGNES)算法将大规模网络分区以优化簇首的分布;其次,候选簇首节点竞选簇首成功后进行不均匀分簇,同时加入时间阈值来均衡簇首节点的能耗;最后,采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量、与汇聚点距离计算网络能耗代价来构建最小生成树进行路由选择.在仿真实验中,该策略与经典的低功耗自适应分簇(LEACH)协议和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法比较,簇首能耗平均分别减少了45.1%和2.4%,网络生命周期分别延长了38%和3.7%.实验结果表明,RCS在大规模网络中能有效均衡整体网络能耗,显著延长了网络的生命周期.

移动机会网络中面向聚集点的数据转发策略

袁培燕, 王晨阳, 李思嘉

2015, 35(11): 3038-3042. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3038

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移动机会网络利用节点接触进行数据转发的特点非常适合实际环境下的自主组网需求,促使了大量应用的产生.考虑到这些节点通常是由人或车来携带,人类行为的参与是这些应用成功的关键因素之一.探讨了人类的移动行为对机会网络中数据转发性能的影响,发现人们总是在一些热点区域之间往返,而很少访问其他区域.基于上述现象,提出了一种基于人类聚集点的机会路由策略——聚集分发策略(GS).GS假设每一个热点区域都配置一个接入点(AP),相对于其他移动节点,接入点有着较高的对信息进行缓存和分发的权限.理论分析证实GS的平均投递延迟低于喷雾-等待机制,仿真结果显示GS同时提高了数据包投递率.

用于压缩感知的无线传感网测量矩阵设计方法

刘颜星, 党小超, 郝占军, 董晓辉

2015, 35(11): 3043-3046. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3043

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为了解决无线传感器网络中数据采集过程中的冗余和传输能耗问题,深入分析信号的线性测量过程,提出一种用于压缩感知的测量矩阵设计方法.该方法结合对角矩阵和正交基线性表示原理,采用线性结构化的方法构造,过程简单、速度快、稀疏度高、没有冗余,适合硬件资源有限的传感器节点的实现.仿真结果表明,基于对角矩阵线性表示的测量方法与常见的高斯随机矩阵和部分哈达玛矩阵两种测量方法相比,该方法在相同信号重构精度前提下信号恢复成功率更高,传感节点可以通过压缩观测得到更少的测量数据,从而大大减少网络通信量,节约网络能耗,延长网络生存周期.

基于部分可观测马尔可夫决策过程的水声传感器网络介质访问控制协议

徐明, 刘广钟

2015, 35(11): 3047-3050. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3047

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针对水声传感器网络低带宽、高延迟特性造成的空时不确定性以及网络状态不能充分观察的问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)的水声传感器网络介质访问控制协议.该协议首先将每个传感器节点的链路质量和剩余能量划分为多个离散等级来表达节点的状态信息.此后,接收节点通过信道状态观测和接入动作的历史信息对信道的占用概率进行预测,从而得出发送节点的信道最优调度策略;发送节点按照该策略中的调度序列在各自所分配的时隙内依次与接收节点进行通信,传输数据包.通信完成后,相关节点根据网络转移概率的统计量估计下一个时隙的状态.仿真实验表明,与传统的水声传感器网络介质访问控制协议相比,基于POMDP的介质访问控制协议可以提高数据包传输成功率和网络吞吐量,并且降低网络的能量消耗.

基于节点依赖度和交互频繁度的无线Mesh网络信任模型

宋晓宇, 徐欢, 白庆月

2015, 35(11): 3051-3054. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3051

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无线Mesh网络(WMN)的开放性、动态性等优点使它得到了广泛应用,同时也产生了一些安全问题,传统的信任模型无法满足WMN的安全需求.基于社会网络的信任原理,提出了一种新的WMN信任模型TFTrust.该模型定义了与信任相关的多维因子计算方法,包括节点贡献度、节点依赖度以及交互频繁度,构建了节点间直接信任值的计算方法.仿真结果表明:TFTrust模型在网络的安全性、服务质量及降低网络通信代价等方面均优于无线自组网按需平面距离向量路由(AODV)协议及Beth模型.

基于客观权重确定的数据中心网络性能评估方法

南洋, 陈琳

2015, 35(11): 3055-3058. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3055

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针对大规模数据中心网络如何有效监控网络、发现网络性能瓶颈和潜在故障点,为网络性能优化提供支持成为新的研究课题.然而影响网络性能的因素众多,性能因素的影响程度存在差异,如何给出一个准确的性能评估一直是比较困难的问题.针对上述问题,提出了网络性能评估指标体系,在此基础上进一步提出了一种基于客观权重确定的数据中心网络性能评估方法(PE-OWD).该方法通过采用基于客观权值确定方法动态计算性能权值,利用基于历史参数分布的数据归一化方法,建立了完善的网络性能健康度评估模型.针对天河2真实的网络环境,对网络设备的性能指标进行评估,验证了网络性能评估方法的有效性.

虚拟机可瞬时开启的私有桌面云架构

陈鑫, 徐义臻, 郭禾, 于玉龙, 罗劼, 王宇新

2015, 35(11): 3059-3062. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3059

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私有桌面云被广泛应用在集中计算、集中管理、远程办公等场景中.现有的私有桌面云多基于OpenStack云操作系统搭建,然而,该操作系统在使用时会出现虚拟机开启时间过长导致用户等待的问题,无法满足某些应用的高实时性要求.对此,使用模板镜像策略和网络连接存储策略作为云存储层解决方案,提出一种虚拟机可瞬时开启(ISVM)的私有桌面云架构.ISVM桌面云架构包括云管理层、云存储层、云服务层.经过测试和分析发现,ISVM私有桌面云架构的虚拟机开启时间约为OpenStack云平台虚拟机开启时间的1/100,达到了毫秒数量级,能够满足应用的实时性要求.

基于虚拟化技术的私有云计算平台设计

张千, 陈朝根, 梁鸿

2015, 35(11): 3063-3069. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3063

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为提高分布式集群系统的硬件资源利用率,避免闲置设备造成的经济损失,结合虚拟化技术,提出了一种基于多种框架技术的私有云平台实现方案.该方案整合底层硬件资源,实现了对资源的按需分割、动态分配及动态迁移,并针对传统的虚拟机部署方法中的负载不均衡问题,提出了基于动态分配决策的虚拟机部署机制,该策略根据虚拟机资源的特点,结合现有物理节点的负载情况,对虚拟机进行了动态部署.最后设计实现了灵活性强、可扩展性能好的私有云计算服务平台,以石油勘探中的傅里叶有限差分叠前深度偏移为测试用例进行了应用测试,证明了私有云平台的可行性和有效性,并对虚拟机的部署机制进行了测试.实验结果表明,动态分配决策能够在部署大量虚拟机的同时,较好地保持私有云平台的负载平衡.

Dandelion:OpenStack云平台的快速部署机制

李立耀, 赵少卡, 王烨, 杨家海, 许华荣

2015, 35(11): 3070-3074. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3070

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提出了一种快速、自动部署OpenStack云平台的解决方案,以提高OpenStack的部署效率.该方案首先创建不同节点类型的镜像模板文件; 接着根据节点类型(如网络节点、计算节点)将已制作好的镜像模板进行复制,并依照节点的属性(如IP地址、hostname标识等)使用脚本自动修改配置文件,完成单个节点的部署; 之后,利用相同的策略实现其他节点的快速部署.在部署的基础上,通过管理服务器提供的预启动执行环境(PXE)、动态主机配置协议(DHCP)及简单文件传输协议(TFTP)等网络服务挂载节点的镜像块文件,最终完成节点的启动.此外,建立了性能评价模型用于确定源镜像副本和存储服务器的最佳数量,以优化存储网络的拓扑结构.实验结果表明,无论是使用相同存储网络部署不同大小的云平台,还是使用不同大小的存储网络部署相同大小的云平台,与Cobbler、网络文件系统(NFS)等部署方案相比,所提解决方案大大减少了部署时间,提高了部署效率.

基于图形处理器的可变形部件模型算法的并行化

刘宝平, 陈庆奎, 李金静, 刘伯成

2015, 35(11): 3075-3078. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3075

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目前目标识别领域,在人体检测中精确度最高的算法就是可变形部件模型(DPM)算法,针对DPM算法计算量大的缺点,提出了一种基于图形处理器(GPU)的并行化解决方法.采用GPU编程模型OpenCL,对DPM算法的整个算法的实现细节采用了并行化的思想进行重新设计实现,优化算法实现的内存模型和线程分配.通过对OpenCV库和采用GPU重新实现的程序进行对比,在保证了检测效果的前提下,使得算法的执行效率有了近8倍的提高.

基于MapReduce的并行AES加密算法

付雅丹, 杨庚, 胡持, 闵兆娥

2015, 35(11): 3079-3082. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3079

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针对云计算环境的隐私保护问题,采用加密数据存储是一个可行的选择.为了提高数据加密解密的速度,结合云环境的并行计算特点和AES加密算法,设计了一种并行AES加密方案,给出了具体的并行算法,分析了算法的性能,并通过实验证明了方法的有效性.实验结果表明该并行算法在MapReduce模式下,在16核4节点构成的云计算集群上能够达到15.9的加速比,总加密时间减少了72.7%.

防火墙规则间包含关系的解析方法

殷奕, 汪芸

2015, 35(11): 3083-3086. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3083

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针对防火墙规则集中规则间的相互关系难以把握,从而导致防火墙无法正确地过滤数据包的问题,提出了一种基于集合理论的规则间包含关系的解析方法.该方法在不考虑规则动作的情况下,基于集合理论的包含关系来解析和分类规则之间的关系,简化了分析规则间相互关系的过程.并且使用高效的函数式编程语言Haskell实现了所提出的方法,整体代码简洁、易于维护和扩展.实验结果表明,对于中小规模的防火墙规则集,能够快速而有效地解析规则间的包含关系,并且能够为后续的规则间的异常检测提供重要的依据.

基于树突细胞算法与对支持向量机的入侵检测

梁鸿, 葛宇飞, 陈林, 王雯娇

2015, 35(11): 3087-3091. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3087

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针对入侵检测技术在处理大规模数据时存在的高误报率、低训练速度和低实时性的问题,提出了一种基于树突细胞算法与对支持向量机的入侵检测策略(DCTWSVM).利用树突细胞算法(DCA)对威胁数据进行初始检测,在此基础上利用对支持向量机(TWSVM)进行检测结果的优化处理.为了验证策略的有效性,设计性能对比实验,实验结果表明,相较于DCA、支持向量机(SVM)、反向传播(BP)神经网络,DCTWSVM策略的检测精度提高了2.02%、2.30%、5.44%,误报率分别降低了0.26%、0.46%、0.90%,训练速度相较于SVM提高了两倍且只需耗费极少的训练时间,可以更好地适用于大规模数据下的实时入侵检测环境.

大规模InfiniBand网络自学习的故障诊断方法

胡银辉, 陈琳

2015, 35(11): 3092-3096. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3092

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针对大规模数据中心网络中如何有效监控网络异常事件、发现网络性能瓶颈和潜在故障点等问题,在深入分析InfiniBand(IB)网络的特性,引入了特征选取策略和增量学习策略的基础上,提出了一种面向大规模IB网络增量学习的故障诊断方法IL_Bayes,该方法以贝叶斯分类方法为基础,加入增量学习机制,能够有效提高故障分类精度.在天河2真实的网络环境下,对算法的诊断精度和误诊率进行了验证,结果表明IL_Bayes算法具有较高的故障分类精度和较低的误诊率.

基于HBase的地理分布副本管理机制

李勇, 吴立慧, 黄宁, 吴维刚

2015, 35(11): 3097-3101. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3097

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针对分布式存储系统中数据通常在多个数据中心有冗余的副本进行备份,需要健壮的机制维护各个副本的一致性,对分布式系统的副本复制理论作了深入研究后,提出了一套管理地理分布副本的算法.微软研究院提出服务等级协议,把用户对一致性的要求分成若干级别,每个级别与用户可容忍的延迟有关.系统保证在可容忍的延迟范围内,用户能拥有较高的服务等级.Tuba系统拓展了Pileus,允许系统根据所有用户发送的统计信息动态地改变主从副本存放的位置,以提高系统的平均性能,但Tuba系统的复制只是基于单个目标单位进行.对Tuba系统中的方法作出改进,提出了一套改变主从副本存放位置的算法,并在HBase分布式系统的副本复制中实现了该机制.系统完成后,通过实验验证了在改变主从副本存放位置时综合考虑两个region的相关性可以提高系统整体的效用.

河网中具有时空关系的异常事件在线检测

毛莺池, 接青, 陈豪

2015, 35(11): 3106-3111. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3106

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当网络异常事件发生时,传感器节点间的时空相关性往往非常明显.而现有方法通常将时间和空间数据性质分开考虑,提出一种分散的基于概率图模型的时空异常事件检测算法.该算法首先利用连通支配集算法(CDS)选择部分传感器节点监测,避免监测所有的传感器节点;然后通过马尔可夫链(MC)预测时间异常事件;最后用贝叶斯网络(BN)推测空间异常事件是否出现,结合时空事件来预测异常事件是否会发生.与简单阈值算法和基于贝叶斯网络算法对比,实验结果表明该算法有高检测精度、低延迟率, 能大幅降低通信开销,提高响应速度.

基于多维滑窗的异常数据检测方法

花青, 许国艳, 张叶

2015, 35(11): 3112-3115. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3112

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随着数据流的广泛运用,数据流中异常数据的检测问题也引起了更多的关注.现有的卡尔曼滤波算法需要的历史数据量虽然小,但只适用于单个异常点的检测,对于复杂连续的异常值检测效果较差.针对这个问题,提出一种水文传感器分级标注模型,并在此基础上提出一种基于多维影响因子的卡尔曼滤波算法,加入空间、时间、起源三个维度的影响因子,在天气和汛期等影响因素改变时,对系统模型的控制参数进行适当调整,并且对测量噪声进行更加准确的估计,提高异常检测的准确性.实验结果证明,所提算法在保证运行时间相近的前提下,检测的错误率远低于基于遗忘因子的卡尔曼(AKF)算法和基于小波的卡尔曼(WKF)算法.

基于邻域关系模糊粗糙集的分类新方法

胡学伟, 蒋芸, 李志磊, 沈健, 华锋亮

2015, 35(11): 3116-3121. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3116

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针对目前模糊等价关系所诱导的模糊粗糙集模型不能准确地反映模糊概念范畴中数值属性描述的决策问题,提出一种基于邻域关系的模糊粗糙集模型NR-FRS,给出了该粗糙集模型的相关定义,在讨论模型性质的基础上进行模糊化邻域近似空间上的推理,并分析特征子空间下的属性依赖性;最后在NR-FRS的基础上提出特征选择算法,构建使得模糊正域增益优于具体阈值的特征子集,进而剔除冗余特征,保留分类能力强的属性.采用UCI标准数据集进行分类实验,使用径向基核函数(RBF)支持向量机作为分类器.实验结果表明,同基于邻域粗糙集的快速前向特征选择方法以及核主成分分析方法(KPCA)相比,NR-FRS模型特征选择算法所得特征子集中特征数量依据参数变化更加平缓、稳定.同时平均分类准确率提升最好可以达到5.2%,且随特征选择参数呈现更加平稳的变化.

基于类别重要度的MIMLBoost改进算法

郝宁, 夏士雄, 牛强, 赵志军

2015, 35(11): 3122-3125. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3122

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针对多示例多标记学习算法MIMLBoost中退化过程造成的类别不平衡问题,运用人工降采样思想,引入类别重要度,提出一种改进的基于类别标记评估的退化方法.该方法通过对示例空间中的示例包进行聚类,把标记空间中的标记量化到聚类簇上,再以聚类簇为单位,利用TF-IDF算法对每个类别标记进行重要度评估和筛选,去除重要度低的标记,并将簇中的示例包与其余的类别标记拼接起来,以此来减少大类样本的出现,完成多示例多标记样本向多示例单标记样本的转化.在自然数据集上进行了实验,实验结果发现,改进算法的性能整体上优于原算法,尤其在Hamming loss、coverage、ranking loss三个评测指标上尤为明显,说明所提算法能够有效降低分类的出错率,提高算法的精度和分类效率.

基于K-均值的“教”与“学”优化算法

黄祥东, 夏士雄, 牛强, 赵志军

2015, 35(11): 3126-3129. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3126

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在解决复杂多峰优化问题时,传统的"教"与"学"优化算法易于陷入局部搜索且优化效率较低.针对此问题,提出了一种基于K-均值的"教"与"学"优化改进算法,算法采用K-均值来降低种群规模,又针对"教"和"学"两个阶段进行相应改进,提高全局收敛速度;还加入了"变异"操作来避免算法陷入局部最优.实验对7个单峰值优化问题和2个有代表性的多峰值优化问题进行优化,并与手榴弹爆破算法和传统"教"与"学"优化算法进行比较,实验结果表明,该改进算法在单峰和多峰测试函数中,均能快速高效地寻得全局最优解,优于原始"教"与"学"优化算法.

基于R-Grams的文本聚类方法

王贤明, 谷琼, 胡智文

2015, 35(11): 3130-3134. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3130

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针对传统文本聚类中存在着聚类准确率和召回率难以平衡等问题,提出了一种基于R-Grams文本相似度计算方法的文本聚类方法.该方法首先通过将待聚类文档降序排列,其次采用R-Grams文本相似度算法计算文本之间的相似度并根据相似度实现各聚类标志文档的确定并完成初始聚类,最后通过对初始聚类结果进行聚类合并完成最终聚类.实验结果表明:聚类结果可以通过聚类阈值灵活调整以适应不同的需求,最佳聚类阈值为15左右.随着聚类阈值的增大,各聚类准确率增大,召回率呈现先增后降的趋势.此外,该聚类方法避免了大量的分词、特征提取等繁琐处理,实现简单.

基于支持向量机多分类器的室内外场景感知算法

阮锦佳, 罗丹, 罗海勇

2015, 35(11): 3135-3138. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3135

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针对普适室内外场景持续感知面临的低功耗、复杂动态环境、异构使用模式带来的挑战,提出了一种轻量级的基于支持向量机多分类器的高精度、低功耗室内外场景检测算法.该算法使用智能手机集成的各种传感器(可见光传感器、磁传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器和气压传感器),在挖掘分析各种传感器在室内外场景的不同特征,以及人们在室内外场景的行为差异基础上,根据时间和气象条件设计多个支持向量机分类器,对复杂室内外场景进行识别.实验结果表明,基于支持向量机多分类器的室内外场景检测算法具有较好的普适性,可获得95%以上的室内外判定准确率,平均功耗小于5 mW.

车联网数据流的多维服务质量改进异构计算最早完成时间调度算法

李慧勇, 陈仪香

2015, 35(11): 3139-3145. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3139

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针对车联网中数据流分布式处理的调度问题,提出了多维服务质量(QoS)改进异构计算最早完成时间(HEFT)调度算法.首先,分别建立了车联网中数据流的分布式处理任务的带权有向无环图模型和车联网分布式计算资源的七维QoS属性带权无向拓扑结构图模型.其次,改进经典的HEFT调度算法中的列表构造方法为最高层最小后继任务优先列表构造方法; 同时,将车联网分布式计算资源的七维QoS属性进行分组、降维,转化为两维综合属性优先权:计算性能优先权和通信性能优先权,形成了两种不同用户偏好的多维QoS改进HEFT调度算法.最后,通过算例分析表明:两种不同用户偏好的多维QoS改进HEFT调度算法综合性能优于经典的HEFT调度算法和轮询调度算法.

基于路网的群体出行计划查询算法

朱海泉, 李文根, 张毅超, 关佶红

2015, 35(11): 3146-3150. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3146

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群体出行计划(GTP)查询旨在为一组用户查找共同的活动地点(通常以兴趣点(PoI)表示)以达到整体的出行开销最小.当前,对群体出行计划查询的研究大多仅限于欧氏空间,然而人们真实的出行却受到道路网络的约束.针对该问题,提出了两个基于路网的群体出行计划查询算法NE-GTP和ER-GTP.其中,NE-GTP通过扩展每个用户所在的边,来迭代地找到这组用户感兴趣的PoI; ER-GTP则是利用R树索引和欧氏距离是路网距离的下界这一条件来快速搜索满足关键词条件的PoI.实验结果表明,ER-GTP方法在查询速度上总体要比NE-GTP快一个数量级左右; 而且,当数据量很大时,ER-GTP也有很好的可扩展性.

基于正交差分演化无迹卡尔曼滤波的短时交通流量预测算法

袁磊, 梁丁文, 蔡之华, 吴钊, 谷琼

2015, 35(11): 3151-3156. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3151

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针对复杂交通路段下的短时交通流量模型的参数估计问题,建立了基于宏观交通流量预测的状态空间模型,提出了基于正交自适应差分演化的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,解决交通流量预测动态模型的参数优化问题.对差分演化算法(DE)的初始化过程,使用基于正交设计和量化技术的交叉算子最大限度地提高种群的多样性,平衡差分演化算法的开采性和勘探性,更高效地搜索无迹卡尔曼滤波的模型参数.并针对UKF、DE的不同情况,分别采用不同的自适应策略提高调节算法性能.实验结果表明,相对于单独使用随机分布的方式初始化,或者根据经验设置模型参数的方法,使用正交设计方法的初始化策略、变异算子以及参数自适应控制策略的差分演化算法能够有效地节省计算资源,提升预测性能和精度,具有更高的鲁棒性.

基于随机森林的跌倒检测算法

罗丹, 罗海勇

2015, 35(11): 3157-3160. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3157

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针对现有跌倒检测算法由于缺乏真实老人跌倒样本以及使用年轻人仿真跌倒样本规模较小导致的过拟合和适应性不足等问题,提出了基于随机森林的跌倒检测算法.该算法采用滑动窗口机制,对窗口内的加速度数据进行时间域和变换域处理,提取时间域和变换域特征参数后,在所有样本集中进行有放回的Bootstrap随机抽样和属性随机选择,构建多个基于最佳属性分割的支持向量机(SVM)基本分类器.在线跌倒检测阶段,对多个SVM基本分类器的分类结果采用少数服从多数的原则,给出最终判定结果.实验表明,随机森林跌倒检测算法可获得95.2%的准确率、90.6%的敏感度和93.5%的特异性,明显优于基于SVM和反向传播(BP)神经网络跌倒检测算法,反映出随机森林跌倒检测算法能更准确地检测跌倒行为,具有较强的泛化能力和鲁棒性.

基于迭代网格划分和熵估计的稀疏轨迹预测

刘磊军, 朱猛, 张磊

2015, 35(11): 3161-3165. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3161

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针对移动对象轨迹预测所面临的"数据稀疏"问题,即有效的历史轨迹空间不能覆盖所有可能的查询轨迹,提出了一种基于迭代网格划分和熵估计的稀疏轨迹预测算法(TPDS-IGP&EE).首先,对轨迹区域进行迭代网格划分并生成轨迹序列;然后,引入L-Z熵估计计算轨迹序列的熵值,在轨迹熵值的基础上进行轨迹综合形成新的轨迹空间;最后,结合子轨迹综合算法,进行稀疏轨迹预测.实验结果表明,当轨迹完整度达到90%以上,Baseline算法的查询覆盖率只有25%左右;而TPDS-IGP&EE算法几乎不受查询轨迹长度的影响,可以预测几乎100%的查询轨迹;并且TPDS-IGP&EE算法的预测准确率普遍高于Baseline算法4%左右;同时Baseline算法的预测时间非常长,达到100 ms,而TPDS-IGP&EE算法的预测时间(10 μs)几乎可以忽略不计.TPDS-IGP&EE算法能够有效地进行稀疏环境下的轨迹预测,具有更广的预测范围、更快的预测速度和较高的预测准确率.

基于消费者风险态度的主观信任模型

徐军, 钟元生

2015, 35(11): 3166-3171. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3166

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针对现有信任评估方法缺乏对消费者风险态度的考虑,提出了一种基于消费者风险态度的主观信任模型.首先,利用集值统计理论计算属性集成区间;其次,引入风险态度因子,将区间评价矩阵转化为带风险态度信息的评价矩阵;最后利用相对接近度的思想得到实体的信任水平.通过仿真实验表明,当消费者处于不同风险态度时,可以通过调整其风险态度因子来评估服务提供者的信任水平;通过防欺诈实验,进一步验证了该模型能够有效地遏制一般恶意节点的攻击行为.且发现在诋毁行为攻击时,风险态度较乐观者,误差较小;在夸大行为攻击时,风险态度较谨慎者,误差较小.

面向Fork/Join框架的软件重构及性能分析

张冬雯, 柳晨光, 张杨

2015, 35(11): 3172-3177. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3172

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针对目前对于Fork/Join框架应用和性能分析的相关工作还不多的现状,以JGF基准测试程序套件为基础,对其中的series、crypt、sparsematmult和sor等程序使用Fork/Join框架进行重构,并以series程序为例,详细地说明了重构的过程.在实验中,首先,测试了每个程序在不同阈值下使用Fork/Join框架分别递归1、2、3次执行程序的时间,进而选择相对较好的阈值;然后,对每个程序使用Fork/Join框架和使用Thread的执行时间进行了对比;此外,测试了重构后的程序在执行过程中任务窃取的情况.实验结果表明,Fork/Join框架执行时间与多线程执行时间相比,平均降低了14.2%;对于series程序,当数据大小为sizeC且线程个数为2时,Fork/Join框架执行时间比多线程执行时间降低高达40%,可见,在多核处理器平台上应用Fork/Join框架比使用多线程将获得更好的性能.

基于可视化库和信息传递接口云图显示的并行化处理

刘伟辉, 唐鹏, 宋安平, 刘智翔, 徐磊, 张武

2015, 35(11): 3178-3181. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3178

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基于可视化库(VTK)可视化技术的特点,讨论可视化流水线机制和并行程序的基本结构.针对计算流体力学可视化后处理实现的问题,介绍和使用VTK颜色映射算法,并编写对计算流体力学结果数据彩色云图显示的程序.然后为了解决时间开销大的问题,提出了并行显示算法.该算法充分利用VTK任务间的并行性,减少程序运行时间,提高运行效率.最后在多核环境下,对大小不同的文件彩色云图显示的加速比进行了对比分析.实验结果显示了随压力变化的彩色云图,表明基于VTK可视化技术能满足可视化后处理方面的要求,与信息传递接口(MPI)结合能取得很好的并行效果.

WordNet应用程序编程接口改进方法及其在Mashup服务发现中的应用

曾诚, 唐永, 朱子龙, 李兵

2015, 35(11): 3182-3186. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3182

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传统的WordNet应用程序编程接口(API)在使用时是基于文件操作的,每执行一次API都需要到库文件中查找,因此导致基于API操作的文本分析与相似度计算耗时较为严重.因此,提出一种WordNet API改进方法:将WordNet概念语义网的构造过程移植到内存中,同时增加了若干便于相似度计算的API,使得概念之间关系的追踪进程和文本相似度计算过程得以加快.该方法在Mashup服务发现过程中得以应用,实验证明利用改进后的API能够有效地提高Mashup服务的查询效率和查全率.

基于图形处理器的视频二值概率分割

李金静, 陈庆奎, 刘宝平, 刘伯成

2015, 35(11): 3187-3193. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3187

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针对现有视频二值分割算法分割性能过低的问题,提出了一种基于GPU的视频实时二值概率分割算法.该算法通过规范化视频帧中每个像素属于前景类和背景类的概率大小,实现了基于二次马尔可夫测量场(QMMF)模型的视频实时二值概率分割.首先分别为不同场景的视频帧提出了两种概率模型,即静态背景概率模型(SBLM)和动态背景概率模型(UBLM);然后,通过光照矫正算法颜色转换、阴影抑制算法阴影检测以及伪装检测算法来计算每个像素属于背景类的概率值;最后,通过Gauss-Seidel模型迭代计算出了使能量函数取得最小值的背景概率值进而得到像素的二值化值.此外,为了提高算法分割的准确性,该算法包含了对光照突变、投射阴影以及伪装情况的实时处理.同时,为了满足算法的实时性要求,在NVIDIA GPU上并行实现了该算法.验证了所提算法的分割性能即算法分割的正确性,测试了算法的GPU执行时间.实验结果表明,在算法分割完整性方面ViBe+和GMM+的平均漏检率和平均误检率分别是QMMF的3倍和6倍;在算法执行时间方面ViBe+和GMM+的平均GPU执行时间大约是QMMF的1.3倍.此外,还计算了QMMF算法的GPU加速比约为76.8.

基于融合细分的纹理图像重构模型

万金梁, 王健

2015, 35(11): 3194-3197. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3194

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针对分段迭代曲线拟合存在的重建区域轮廓不连续、重建区域尺寸有误差等问题,提出了一种基于融合细分的纹理图像重构模型.首先提取原始图像的分割区域,经过轮廓跟踪与下采样得到区域形状的特征向量;然后利用三重逼近与三重插值统一的融合细分方法,重建区域轮廓曲线;最后合成区域纹理,得到纹理图像重构结果.在多幅自然场景图像上进行实验验证,并给出相应的实验结果和分析.实验结果表明,所提模型正确有效,具有和人类视觉特性相符合的重构结果; 所提算法能够减少图像重建时的处理时间,并在图像质量主观评价指标上明显优于多区域图像重建算法.

基于JPEG双量化效应的图像盲取证

段新涛, 彭涛, 李飞飞, 王婧娟

2015, 35(11): 3198-3202. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3198

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JPEG图像的双量化效应为JPEG图像的篡改检测提供了重要线索.根据JPEG图像被局部篡改后,又被保存为JPEG格式时,未被篡改的区域(背景区域)的离散余弦变换(DCT)系数会经历双重JPEG压缩,篡改区域的DCT系数则只经历了1次JPEG压缩.而JPEG图像在经过离散余弦变换后其DCT域的交流(AC)系数的分布符合一个用合适的参数来描述的拉普拉斯分布,在此基础上提出了一种JPEG图像重压缩概率模型来描述重压缩前后DCT系数统计特性的变化,并依据贝叶斯准则,利用后验概率表示出图像篡改中存在的双重压缩效应块和只经历单次压缩块的特征值.然后设定阈值,通过阈值进行分类判断就可以实现对篡改区域的自动检测和提取.实验结果表明,该方法能快速并准确地实现篡改区域的自动检测和提取,并且在第2次压缩因子小于第1次压缩因子时,检测结果相对于利用JPEG块效应不一致的图像篡改盲检测算法和利用JPEG图像量化表的图像篡改盲检测算法有了明显的提高.

基于车牌识别大数据的伴随车辆组发现方法

曹波, 韩燕波, 王桂玲

2015, 35(11): 3203-3207. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3203

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基于对车牌识别大数据的处理与分析,可以完成伴随车辆组的发现,在涉案车辆追踪等方面具有广泛的应用.然而当前单一机器模式下伴随车辆组发现算法存在时间和空间上处理性能低下等问题.针对此问题,提出了一种伴随车辆组发现方法——FP-DTC方法.该方法将传统的FP-Growth算法利用分布式处理框架Spark进行了并行化,并作了相应的改进和优化来更加高效地发现伴随车辆组.实验结果的分析表明,提出的方法能够很好地解决车牌识别大数据上的伴随车辆组发现问题,性能相比采用同样方法的Hadoop实现提升了近4倍.

覆盖族动态变化时粗集计算的矩阵方法

林艺东, 张燕兰, 林梦雷

2015, 35(11): 3208-3212. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3208

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在覆盖信息系统中覆盖个数动态变化的背景下,针对如何有效、快速地计算集合的上、下近似集的问题,通过引入特征函数的概念,定义了一个关系矩阵,提出了集合的覆盖近似算子、正域、负域、边界域的矩阵表达式.其次,在覆盖信息系统中覆盖个数变化的条件下,利用矩阵方法研究和讨论了集合近似集的增量更新方法.这些结果丰富了覆盖粗糙集的动态知识更新理论,同时也为动态覆盖信息系统中知识更新提供了一种新的方法.

区间概念格的纵向合并算法

张茹, 张春英, 王立亚, 刘保相

2015, 35(11): 3213-3217. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3213

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为解决直接对不同形式背景的数据构建区间概念格后分别抽取关联规则会存在规则缺失的实际问题,必须首先对不同的区间概念格进行合并.为提高格结构的生成与合并效率,首先对区间概念格的渐进式生成算法进行改进,将概念分为存在概念、冗余概念和空概念,分别以结构体的形式存储;进一步,分析区间概念格中外延和内涵之间的二元关系,给出了区间概念格纵向合并的充分条件——区间概念格的一致性;讨论了内涵一致的概念在合并后分为六种情况,并给出相应的判定定理;应用广度优先原则,通过对原区间概念格节点内涵的类型判定及不同的处理方法,设计了一种区间概念格的纵向合并算法.最后,通过实例验证了算法的有效性和高效性.

基于类属属性约简的多标记学习

徐苏平, 杨习贝, 祁云嵩

2015, 35(11): 3218-3221. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3218

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在多标记学习中,由于不同的标记可能会带有自身的一些特性,所以目前已经出现了基于标记类属属性的多标记学习算法LIFT.然而,类属属性的构建可能会增加属性向量的维度,致使属性空间存在冗余信息.为此,借助模糊粗糙集提出了一种能够进行类属属性约简的多标记学习算法FRS-LIFT,其包含4个步骤:类属属性构建、属性维度约简、分类模型训练和未知样本预测.在5个多标记数据集上的实验结果表明,该算法与LIFT算法相比,不仅能够降低类属属性维数,而且在5种多标记评价指标上均具有较好的实验效果.

粗决策树动态规则提取算法研究及应用

陈丽芳, 王云, 张奉

2015, 35(11): 3222-3226. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3222

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针对静态算法对大数据和增量数据处理不足的问题,构造了基于粗决策树的动态规则提取算法,并将其应用于旋转机械故障诊断中.将粗集与决策树结合,用增量方式实现样本抽取;经过动态约简、决策树构造、规则提取与选择、匹配4个步骤的循环迭代过程,实现了数据的动态规则提取,使得提取的规则具有更高的可信度;同时,将算法应用于旋转机械故障诊断这一动态问题中,验证了算法的有效性;最后,将所提算法分别与静态算法和增量式动态算法进行了效率对比分析,实验结果表明,所提算法能够以最精简的规则获得更多数据隐含信息.

基于核与局部信息的多维度模糊聚类图像分割算法

王少华, 狄岚, 梁久祯

2015, 35(11): 3227-3231. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3227

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在以聚类分析为背景的图像分割算法中,引入局部信息是为了在保留图像细节的同时尽可能地减少噪声.在模糊C均值算法基础上,提出了一种基于核与局部信息的多维度模糊聚类分析方法来权衡图像中的噪声和细节.该算法引入2个基于局部信息的图像变体,即平滑和锐化处理后的图像,使之与原始图像一起构成多维度的灰度值向量来替换原始单维的灰度值; 再利用核方法提高其鲁棒性; 最后添加一个邻域隶属度差异惩罚项很好地修正和增强了最终的分割效果.在人工合成图片的去噪实验中,所提方法取得了近99%的分割正确率,优于Nystrom归一化分割(NNcut)和基于模糊局部信息C均值(FLICM)算法;同时在自然图片和医学图片的对比实验以及参数调控实验中,展现出了其在处理图像噪声和细节时灵活、稳定、健壮且易于调控的特点.

基于改进科学计算浮点数压缩算法的工业远程监控数据无损压缩方法

仇杰, 梁久祯, 吴秦, 王培斌

2015, 35(11): 3232-3237. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3232

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为解决大量工业远程监控数据在通用分组无线服务(GPRS)网络上的传输延迟问题,提出了基于改进科学计算浮点数压缩(FPC)算法的工业远程监控数据无损压缩方法.首先,根据工业监控数据中浮点数部分的特点对原FPC算法中的预测器结构进行改进,并将该改进算法作为浮点数部分的压缩算法; 然后,与区间编码相结合作为整个数据域的压缩方法.改进前后的浮点数部分压缩实验结果表明改进的FPC算法提高了预测器的预测精度,且在保持较高压缩效率的同时提高了压缩率.与通用无损压缩算法相比,所提算法提高了12%以上的平均压缩率,减少了38.5%以上的平均压缩时间,使得传输时间降低了23.7%以上,在传输数据量大且传输速率不高的情况下大大提高了监控的实时性.

多策略并行学习的异构粒子群优化算法

王芸, 孙辉

2015, 35(11): 3238-3242. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3238

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针对标准粒子群优化(PSO)算法在复杂问题上收敛速度慢和早熟收敛的缺点,提出了一种多策略并行学习的异构PSO算法(MHPSO).该算法首先从种群多样性和跳出局部极值的角度提出了两种新学习策略(局部扰动学习策略和高斯子空间学习策略),并将这两种策略与MBB-PSO策略融合组成高效稳定的策略池.其次提出了一种简单有效的策略更换机制,指导粒子迭代寻优中何时更换学习策略.基准测试函数的实验结果表明,改进的粒子群优化算法在求解精度和收敛速度上得到极大的提高.与一些改进PSO算法(如自适应的粒子群优化(APSO)算法等)相比,所提算法具有更优良的寻优性能.

基于遗传算法与密度及距离计算的聚类方法

王泽, 张宏军, 张睿, 贺邓超

2015, 35(11): 3243-3246. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3243

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为解决聚类中心选择困难和数据点密度计算泛化能力弱的问题,提出一种基于遗传算法与密度及距离计算的聚类方法.该算法通过指数方法计算数据点密度,降低参数对算法性能的影响;用遗传算法搜索最优密度和距离阈值,同时引入惩罚因子,克服算法搜索域偏移从而提高收敛速度,寻找最优聚类中心,并用归属方法完成聚类.通过4组人工数据集和4组UCI数据集实验证明,该方法在RI指数、聚类精度、聚类纯度、召回率等4个聚类评价指标上都达到与K-means算法、快速搜索聚类算法和Max_Min_SD算法相当或更好的效果,算法是有效的.

融合评论分析和隐语义模型的视频推荐算法

尹路通, 于炯, 鲁亮, 英昌甜, 郭刚

2015, 35(11): 3247-3251. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3247

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针对网络视频元数据信息缺失严重和多媒体数据本身特征难以提取等问题,提出了融合评论分析和隐语义模型的网络视频推荐算法.从视频评论入手,通过分析用户对不同视频的评论内容以判断其情感倾向并加以量化,继而构建用户对项目的虚拟评分矩阵,弥补了显式评分数据稀疏性问题.考虑到网络视频的多元性和高维度特性,为了深度挖掘用户对网络视频的潜在兴趣,针对虚拟评分矩阵采用隐语义模型(LFM)对网络视频分类,在传统的用户—项目二元推荐系统基础之上添加虚拟类目信息以进一步发掘用户—类目—项目关联关系.实验在多重标准下进行,对YouTube评论集的实验表明,所提推荐方法获得了较高的推荐精度.

基于健康度分析与和声蚁群算法-支持向量机的故障预测模型

邱文昊, 黄考利, 金赛赛, 连光耀

2015, 35(11): 3252-3255. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3252

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针对现有的故障预测技术无法从整体上反映系统性能下降趋势等问题,提出一种基于健康度分析的故障预测方法.首先,在支持向量机回归算法基础上构造多输出支持向量机,以实现健康度的多步预测,并提出一种和声蚁群算法优化支持向量机参数,解决了蚁群算法易陷入局部最优的问题; 然后, 根据最优参数建立拟合监测数据和未来健康度下降过程非线性映射关系的和声蚁群算法-支持向量机(HSACA-SVM)故障预测模型; 最后,通过某装备电源系统监测数据验证了该模型的有效性.实例验证表明该模型能够较好地实现对健康度下降趋势的预测,预测准确率达到97%,进而实现故障预测.

堆叠去噪自编码器在垃圾邮件过滤中的应用

李艳涛, 冯伟森

2015, 35(11): 3256-3260. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3256

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针对垃圾邮件数量日益攀升的问题,提出了将堆叠去噪自编码器应用到垃圾邮件分类中.首先,在无标签数据集上,使用无监督学习方法最小化重构误差,对堆叠去噪自编码器进行贪心逐层预训练,从而获得原始数据更加抽象和健壮的特征表示; 然后,在堆叠去噪自编码器的最上层添加一个分类器后,在有标签数据集上,利用有监督学习方法最小化分类误差,对预训练获得的网络参数进行微调,获得最优化的模型; 最后, 利用训练完成的堆叠去噪编码器在6个不同的公开数据集上进行测试.将准确率、召回率、更具有平衡性的马修斯相关系数作为实验性能评价标准,实验结果表明,相比支持向量机算法、贝叶斯方法和深度置信网络的分类效果,基于堆叠去噪自编码器的垃圾邮件分类器的准确率都高于95%,马修斯相关系数都大于0.88,在应用中具有更高的准确率和更好的健壮性.

基于高阶统计量的压缩宽带频谱盲检测方法

曹开田, 陈晓思, 朱文俊

2015, 35(11): 3261-3264. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3261

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针对认知无线网络中宽带频谱感知受到高速模数转换器(ADC)器件的技术限制,利用压缩感知理论(CS),采用压缩信号处理技术,直接对压缩观测数据进行分析,推导出宽带频谱检测的高阶判决统计量的概率分布特性,并在此基础上提出了一种基于高阶统计量的压缩宽带频谱盲检测算法(HOS-CWSBD).该算法无需任何有关主用户(PU)信号的先验知识、也无需事先重构出原信号就能实现宽带频谱检测.理论分析和仿真结果均表明,与传统的基于压缩感知理论且需要信号重构的压缩频谱感知算法以及基于Nyquist采样数据的非压缩宽带频谱感知算法相比,该算法具有计算复杂度低、感知性能稳定等优点.

基于正交频分复用的线性最小均方误差信道估计改进算法

谢斌, 陈博, 乐鸿浩

2015, 35(11): 3265-3269. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3265

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传统的线性最小均方误差(LMMSE)信道估计要求已知信道的统计特性,而实际应用中无线信道的统计特性往往是不可知的.针对无线信道的不确定性,根据时域信道上能量分布的稀疏性特点,在最小二乘(LS)算法的基础上提出了一种改进的LMMSE信道估计算法.该算法从当前信道置信度较高的频率响应出发,把相邻子载波信道估计误差的比值作为信道响应的加权系数,然后通过加权平均的方法计算出多径信道下的信道响应.该算法避免了繁琐的矩阵求逆与分解运算,能够有效降低算法复杂度.实验结果表明,所提算法总体性能优于LS算法及经过奇异值分解的线性最小均方误差(SVD-LMMSE)估计算法,且其误码率接近于传统的LMMSE算法.

面向OpenFlow网络的访问控制规则自动实施方案

刘艺, 张红旗, 代向东, 雷程

2015, 35(11): 3270-3274. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3270

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针对OpenFlow网络数据平面频繁改变导致网络难以实时满足访问控制策略要求的问题,提出了面向OpenFlow网络的访问控制规则自动实施方案.首先,由实时构建的转发路径获得可达空间,并通过规则集动态合成算法消除访问控制规则间的冲突;之后,采用规则空间分割算法将合成后访问控制规则的拒绝空间与可达空间比较,以检测直接和间接违反访问控制规则的非法转发路径;在此基础上,结合网络更新事件与违反检测结果灵活采取自动的违反解决方法,包括规则更新拒绝、规则序列移除、基于线性规划(LP)的近源端规则部署和末端规则部署4种;最后转换访问控制规则形式.理论分析和仿真结果表明,方案可用于控制器上运行多个安全应用程序和交换机内存受限的情况,并且基于LP的近源端规则部署方法可以降低网络中的不期望流量.

移动自组网媒体接入控制协议吞吐量与公平性均衡设计

朱清超, 陈靖, 龚水清, 石婷

2015, 35(11): 3275-3279. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3275

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针对移动自组网媒体接入控制(MAC)协议高吞吐量、低公平性的失衡问题,提出一种基于最优接入概率的简化协议MAC-FT.首先推导公平条件下最优吞吐量与节点数、节点数与空闲接入概率的定量关系,设计空闲接入概率评估模型,利用李雅普诺夫漂移函数证明模型的可行性和稳定性;其次利用自回归滑动平均(ARMA) 模型滤波实现空闲时隙接入概率的计算,并通过比例积分控制器(PIC)完成动态控制;最后综合分析吞吐量和公平性等性能.实验结果表明MAC-FT公平索引值为0.98,吞吐量为6.15 Mb/s,接近最优值1和5.85 Mb/s,比渐进最佳回退(AOB)、空闲感知(IS)、协议分布式协调(DCF)、改进协议启发式缓变协议(GDCF)性能更优,实现吞吐量和公平性的均衡.

基于快速傅里叶变换的正弦信号频率高精度估计算法

樊磊, 齐国清

2015, 35(11): 3280-3283. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3280

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为了进一步提高加性高斯白噪声背景中正弦信号的频率估计精度,提出了一种新的基于插值快速傅里叶变换(FFT)的正弦信号频率估计算法.首先,对N点正弦采样序列进行等长度时域补零延长,再进行 2N 点FFT; 然后, 搜索幅度最大离散谱线位置得到频率粗估计值; 最后, 采用幅度最大谱线以及原信号的离散时间傅里叶变换(DTFT)在幅度最大谱线左右两侧的两点抽样值进行精估计.仿真结果表明,当信号实际频率位于FFT两条离散谱线之间任意位置时,所提算法的频率估计均方根误差均接近克拉美罗下限,具有较好的一致性,估计精度高于Candan算法、Fang算法、三谱线合理结合(RCTSL)算法和Aboutanios算法, 且信噪比阈值较低,估计性能优于现有频率估计算法.

快速AVS2帧内预测选择算法

赵超, 赵海武, 王国中, 李国平, 滕国伟

2015, 35(11): 3284-3287. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3284

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针对目前数字音视频编解码技术标准(AVS2)中帧内预测模式判断过程计算较为复杂,而如今超高清视频的普及给编解码系统带来很大压力的问题,提出了一种快速帧内预测选择算法.该算法先对最底层最小编码单元(SCU)进行预测模式删选,减少了底层SCU的计算量;再通过下层编码单元(CU)的预测模式得到上层CU的预测模式,从而减少了上层CU的计算量.实验表明,该算法对压缩效率的影响很小,并且编码时间平均下降超过15%,并可有效地降低帧内编码的复杂度.

基于图像低频子带极大值映射的量化算法

黄胜, 杜呈尘, 翦伟

2015, 35(11): 3288-3292. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3288

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针对图像压缩中的死区量化不能有效保留图像边缘信息的问题,提出了低频子带极大值映射量化算法.在图像经过小波变换后所形成的各级子带中,首先利用与低频子带系数呈映射关系的各级高频子带系数的均值确定低频子带中各系数的重要性.在量化过程中,高频子带系数采用JPEG2000中的死区量化步长进行量化,低频子带系数根据自身重要性自动更新量化步长,从而有效保留图像的边缘信息.提出的算法在量化步长更新时对低频系数的选择具有自适应性的优点,与传统的JPEG2000算法相比,所提算法能够加快优化截断的嵌入式分块编码(EBCOT)阶段Tier1的编码速度.实验结果表明,所得图像证明了此算法在保留图像的边缘信息方面具有一些优势,所提算法的峰值信噪比与传统的死区量化相比有约0.2 dB的提升.

融合显著性因子的行人纹理提取

马强, 王文伟

2015, 35(11): 3293-3296. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3293

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针对基于纹理信息的行人特征提取算法中存在特征信息冗余度大,无法刻画人眼视觉敏感性的不足,提出一种融合人类视觉感知特性的基于显著性局部二值模式(SF-LBP)的行人纹理特征提取算法.该算法首先采用显著性计算方法提取感兴趣区域得到各部分的显著性因子;然后将显著性因子权值与行人纹理特征根据核函数相融合,生成基于SF-LBP算子的特征向量;接着统计不同区域的特征向量,形成特征直方图;最后结合自适应AdaBoost分类器构建实验平台进行实验.INRIA数据集中的实验结果显示,SF-LBP特征在检测准确率上比梯度直方图(HOG)特征、Haar特征高出2%~3%,达到97%,召回率达到90%,提高了2%左右,表明SF-LBP算子能够准确描述行人的纹理特征,提高行人检测系统的准确率.

基于镜像MeanShift的遮挡目标跟踪算法

曹义亲, 肖金胜, 黄晓生

2015, 35(11): 3297-3301. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3297

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针对当目标跟踪过程中目标被全遮挡时易导致目标跟踪不精确、甚至丢失目标的问题,提出一种基于镜像Mean Shift的遮挡目标跟踪算法.当前后帧Bhattacharyya系数匹配度大于等于80%时,表示目标没有被遮挡,采用颜色特征和轮廓特征定位目标,利用分块沙包窗核函数实现尺寸自适应;当前后帧Bhattacharyya系数匹配度小于80%时,表示目标进入遮挡区域,则利用先验训练分类器和镜像原理对遮挡区域目标的位置和尺寸大小进行预测;当前后帧Bhattacharyya系数匹配度再次大于等于80%时,表示目标离开遮挡区域,则转换为Mean Shift跟踪.实验结果表明:所提算法与子区域分类器的在线Boosting算法和多视角多目标协同追踪算法相比,在目标全遮挡的情况下能更好地跟踪目标,提高了跟踪精度和鲁棒性,且满足实时性要求.

光学遥感图像多目标检测及识别算法设计与实现

姬晓飞, 秦宁丽

2015, 35(11): 3302-3307. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3302

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针对目前光学遥感图像处理与分析多集中在单目标检测及识别领域的局限性,多目标检测及识别成为了一个非常值得关注的研究课题,提出了一种光学遥感图像多目标检测及识别算法.首先,采用自适应阈值算法对目标快速检测分割;然后,结合图像金字塔思想和基于尺度不变特征变换的特征包(BoF-SIFT)特征提出了一种分层的BoF-SIFT特征表示目标的全局特征和局部特征,详细地描述了目标的分布特性;最后,采用基于径向基核函数的支持向量机为弱分类器的AdaBoost算法,经过不断更新权重之后得到一个强分类器对待测试目标图像完成分类识别,识别率达到了93.52%.实验结果表明,所提算法对多类遥感图像目标的分割效果显著,特征选取恰当,识别方法快速有效.

基于典型相关分析方法的尺度不变特征变换误匹配剔除

赵伟, 田铮, 杨丽娟, 延伟东, 温金环

2015, 35(11): 3308-3311. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3308

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针对尺度不变特征变换(SIFT)描述子仅利用特征点的局部邻域灰度信息而对图像内具有相似灰度分布的特征点易产生误匹配的问题,提出一种基于典型相关分析(CCA)的SIFT误匹配剔除方法.该方法首先利用SIFT算法进行匹配,得到初始匹配对; 然后根据典型相关成分的线性关系拟合直线,利用点到直线的距离剔除大部分误匹配点对; 对剩余的匹配点对,逐一分析其对典型相关成分的共线性的影响,剔除影响程度大的特征点对.实验结果表明,该方法能够在剔除误匹配的同时保留更多的正确匹配,提高了图像配准的精度.

基于最小二乘修正的随机Hough变换直线检测

乔寅骐, 肖健华, 黄银和, 尹奎英

2015, 35(11): 3312-3315. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3312

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利用Hough变换进行直线检测时,由于直线在参数空间中的映射容易受到邻近目标、噪声以及本身非理想状态的干扰,算法中的投票过程较易出现无效累积,进而导致虚检、漏检及端点定位不准等问题.针对传统方法的上述缺陷,提出了一种基于 ρ-θ 域最小二乘拟合修正的随机Hough变换的直线检测方法.首先, 在随机抽样时利用像素-长度比值对抽样的有效性进行判定,剔除不在直线上的抽样点对;然后, 对邻域相关点进行 ρ-θ 域的最小二乘拟合,得到修正后的直线参数用于累加投票,投票过程中设定累加阈值,通过检测峰值点逐次检出疑似长直线;最后, 通过设定断裂阈值对每条长直线进行筛选和分段,定位出直线段的端点.仿真实验表明,所提方法在投票时有效抑制了复杂环境对局部最大值的干扰,使直线检测的准确率得到显著提升.

基于大气物理模型的快速视觉优化去雾算法

付辉, 吴斌, 韩东轩, 黄阳强

2015, 35(11): 3316-3320. DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2015.11.3316

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针对雾霾天气条件下单幅图像降质以及现有去雾方法时间复杂度高的问题,以环境光物理模型为基础,引出快速视觉优化去雾算法.首先对单幅图像阈值分割找到天空区域,并结合二叉树模型定位精确的天空光矢量,进而采用改进的约束最小二乘法滤波细化粗略透射比率,保证其边缘细节较完整且受噪声影响小,最后利用环境光物理模型实现无雾图像的还原,并采用平均梯度、信息熵和视觉保真度等指标对图像进行评价.实验结果表明,所提算法与基于多尺度Retinex的自适应图像增强方法、基于独立分量的复原方法、快速可视化复原方法和暗原色先验复原方法对比,指标值较好且实时性强.

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