当期目录

    2016年 第36卷 第8期 刊出日期:2016-08-10
    第六届中国数据挖掘会议(CCDM 2016)
    基于k-means的自动三支决策聚类方法
    于洪, 毛传凯
    2016, 36(8):  2061-2065.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2061
    摘要 ( )   PDF (913KB) ( )  
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    应用广泛的k-means算法结果是一种二支决策的结果,即对象要么属于某个类要么不属于这个类,这种决策方式难以适用于一些具有不确定现象的环境,因此提出三支决策聚类方法来反映对象与类之间的关系,即:对象确定属于某类、可能属于某类或确定不属于某类。显然,二支决策是三支决策的一种特例。此外,从类内紧凑性和考虑近邻类间分离性角度出发,定义了分离性指数、聚类结果评估有效性指数,并提出了一种自动三支决策聚类算法。该方法为处理具有不确定信息的基于k-means算法框架的聚类数目自动确定的难题提供了一种新的解决思路。在人工数据集和UCI真实数据集上的初步对比实验结果表明所提出的方法是有效的。
    基于自适应布谷鸟搜索算法的K-means聚类算法及其应用
    杨辉华, 王克, 李灵巧, 魏文, 何胜韬
    2016, 36(8):  2066-2070.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2066
    摘要 ( )   PDF (803KB) ( )  
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    针对原始K-means聚类算法受初始聚类中心影响过大以及容易陷入局部最优的不足,提出一种基于改进布谷鸟搜索(CS)的K-means聚类算法(ACS-K-means)。其中,自适应CS(ACS)算法在标准CS算法的基础上引入步长自适应调整,以提高搜索精度和收敛速度。在UCI标准数据集上,ACS-K-means算法可得到比K-means、基于遗传算法的K-means(GA-K-means)、基于布谷鸟搜索的K-means(CS-K-means)和基于粒子群优化的K-means(PSO-K-means)算法更优的聚类质量和更高的收敛速度。将ACS-K-means聚类算法应用到南宁市青秀区“城管通”系统的城管案件热图的开发中,在地图上对案件地理坐标进行聚类并显示,应用结果表明,聚类效果良好,算法收敛速度快。
    基于信息融合的中文微博可信度评估方法
    高明霞, 陈福荣
    2016, 36(8):  2071-2075.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2071
    摘要 ( )   PDF (964KB) ( )  
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    针对中文微博信息的特点及这些特点的可测量性和实际任务,系统地梳理了中文微博信息可信度测量指标,并将其进行了谱系化分析,提出一个基于信息融合的中文微博可信度评估框架CCM-IF。首先,为本质不同的三个异构特征:文本内容、信息作者与信息传播使用了不同的度量方式;其次,基于决策层可信度的模糊认知特点,采用了多维证据理论进行特征融合;最后,收集了新浪微博两个真实数据集进行了一系列实验。实验结果表明,与传统信息检索排序方法平滑语言模型(LMJM)相比,CCM-IF符合用户需求的信息占比提高了10%~20%。因此,作为一个静态质量评估指标,CCM-IF可直接用于微博检索排序、垃圾微博过滤等实际任务。
    基于多类别语义词簇的新闻读者情绪分类
    温雯, 吴彪, 蔡瑞初, 郝志峰, 王丽娟
    2016, 36(8):  2076-2081.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2076
    摘要 ( )   PDF (966KB) ( )  
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    分析和研究文本读者情绪有助于发现互联网的负面信息,是舆情监控的重要组成部分。考虑到引起读者不同情绪主要因素在于文本的语义内容,如何抽取文本语义特征因此成为一个重要问题。针对这一问题,提出首先使用word2vec模型对文本进行初始的语义表达;在此基础上结合各个情绪类别分别构建有代表性的语义词簇,进而采用一定准则筛选对类别判断有效的词簇,从而将传统的文本词向量表达改进为语义词簇上的向量表达;最后使用多标签分类方法进行情绪标签的学习和分类。实验结果表明,该方法相对于现有的代表性方法来说能够获得更好的精度和稳定性。
    一种新闻网页关键信息的提取算法
    向菁菁, 耿光刚, 李晓东
    2016, 36(8):  2082-2086.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2082
    摘要 ( )   PDF (888KB) ( )  
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    针对网页正文提取算法缺乏通用性,以及对新闻网页的提取缺乏标题、时间、来源信息的问题,提出一种新闻关键信息的提取算法newsExtractor。该算法首先通过预处理将网页转换成行号和文本的集合,然后根据字数最长的一句话出现在新闻正文的概率极高的特点,从正文中间开始向两端寻找正文的起点和终点提取新闻正文,根据最长公共子串算法提取标题,构造正则表达式并以行号辅助判断提取时间,根据来源的格式特点并辅以行号提取来源;最后构造了数据集与国外开源软件newsPaper进行提取准确率的对比实验。实验结果表明,newsExtractor在正文、标题、时间、来源的平均提取准确率上均优于newsPaper,具有通用性和鲁棒性。
    适应用户兴趣变化的改进型协同过滤算法
    胡伟健, 滕飞, 李灵芳, 王欢
    2016, 36(8):  2087-2091.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2087
    摘要 ( )   PDF (767KB) ( )  
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    协同过滤算法可以根据用户的历史行为记录去预测其可能喜欢的物品,是现在业界应用极为广泛的推荐算法。但传统的协同过滤算法并没有考虑到用户兴趣的概念漂移,在一些基于时间的协同过滤算法中对推荐时效性的考虑也有所欠缺。针对这些问题,结合用户兴趣随时间转移的特点,改进了相似度的度量方法,同时引入一种增强的时间衰减模型来度量预测值,并将这两种方式有机地结合起来,解决了用户兴趣的概念漂移问题并考虑了推荐算法的时效性。仿真实验中,分别在不同的数据集中对比了该算法与UserCF、TCNCF、PTCF以及TimeSVD++算法的预测评分准确度和TopN推荐准确度。实验结果表明,改进算法能够降低预测评分的均方根误差(RMSE),并在TopN推荐准确度上均优于对比算法。
    从偏好数据库中挖掘Ceteris Paribus偏好
    辛冠琳, 刘惊雷
    2016, 36(8):  2092-2098.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2092
    摘要 ( )   PDF (1198KB) ( )  
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    针对传统的推荐系统需要用户给出明确的偏好矩阵(U-I矩阵),进而使用自动化技术来获取用户偏好的问题,提出了一种从偏好数据库中挖掘出Agent的偏好信息的方法。从知识发现的角度,通过Ceteris Paribus规则(CP规则),提出了k阶偏好挖掘算法(kPreM)。在算法中,利用k阶CP规则对偏好数据库中的信息进行剪枝处理,减少了数据库扫描次数,从而提高了偏好信息的挖掘效率。随后以一种通用的图模型——条件偏好网(CP-nets)为工具,揭示了用户的偏好可近似表达为CP-nets的定性条件偏好网。实验结果表明,用户的偏好都是带有条件的偏好。另外,通过挖掘得出的CP-nets偏好模型,为设计个性化的推荐系统提供了理论基础。
    基于检索结果排序的伪相关反馈
    闫蓉, 高光来
    2016, 36(8):  2099-2102.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2099
    摘要 ( )   PDF (774KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统伪相关反馈(PRF)算法扩展源质量不高使得检索效果不佳的问题,提出一种基于检索结果的排序模型(REM)。首先,该模型从初检结果中选择排名靠前的文档作为伪相关文档集;然后,以用户查询意图与伪相关文档集中各文档的相关度最大化、并且各文档之间相似性最小化作为排序原则,将伪相关文档集中各文档进行重排序;最后,将排序后排名靠前的文档作为扩展源进行二次反馈。实验结果表明,与两种传统伪反馈方法相比,该排序模型能获得与用户查询意图相关的反馈文档,可有效地提高检索效果。
    基于概率主题模型的景点知识挖掘及其可视化
    徐洁, 范玉顺, 白冰
    2016, 36(8):  2103-2108.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2103
    摘要 ( )   PDF (879KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对旅游文本噪声多、景点多且展示不直观的问题,提出一种基于概率主题模型的景点-主题模型。模型假设同一篇文档涉及多个具有相关关系的景点,引入“全局景点”过滤噪声语义,并利用Gibbs采样算法估计最大似然函数的参数,获取目的地景点的主题分布。实验通过对景点主题特征进行聚类,评估聚类效果从而间接评价模型训练效果,并定性分析“全局景点”对模型的作用。实验结果表明,该模型对旅游文本的建模效果优于基准算法TF-IDF与隐含狄利克雷分布(LDA),且“全局景点”的引入对建模效果有明显的改善作用。最后通过景点关联图的方式对实验结果进行可视化展示。
    基于区域划分的出租车统一推荐算法
    吕红瑾, 夏士雄, 杨旭, 黄丹
    2016, 36(8):  2109-2113.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2109
    摘要 ( )   PDF (797KB) ( )  
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    针对在极端天气或交通繁忙时乘客无法快速搭乘出租车到达目的地的问题,提出一种基于区域划分的出租车统一推荐算法,不仅提供普通打车服务,同时提供拼车服务。首先,将区域作为旅程标识,在旅程匹配方面化不可能为可能;其次,在拼车服务中算法将两对路线相近的乘客进行即时匹配,帮乘客拼车共乘;最后,选取绕远时间比例最小的出租车推荐给用户。使用包含14747辆出租车的全球定位系统(GPS)数据对算法进行评估,与CallCab系统相比虽然在减少的总里程数上下降了10%左右,但每次拼车平均只需要多花费6%的时间,且降低的送达乘客总里程数同样达到30%,不仅大幅度减少汽车尾气的排放,同时在用户更加关注的时间消耗方面表现更佳。
    基于典型因果推断算法的无线网络性能优化
    郝志峰, 陈薇, 蔡瑞初, 黄瑞慧, 温雯, 王丽娟
    2016, 36(8):  2114-2120.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2114
    摘要 ( )   PDF (1089KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    现有的无线网络性能优化方法主要基于指标间的相关关系分析,无法有效指导网络优化等干预行为。为此,提出典型因果推断(CCI)算法,并将其应用于无线网络性能优化。首先,针对无线网络性能由大量相关指标体现这一特性,采用典型相关分析(CCA)方法,提取指标中蕴含的原子事件;然后再采用因果推断方法,构建原子事件间的因果关系网络。通过上述两个阶段反复迭代,确定原子事件间的因果关系网络,为无线网络性能优化提出一个较为可靠和有效的依据。最后通过模拟实验验证了CCI算法的有效性,在某城市3万多个移动基站数据上发现了一批有意义的无线网络指标间的因果关系。
    基于声誉的移动众包系统的在线激励机制
    王莹洁, 蔡志鹏, 童向荣, 潘庆先, 高洋, 印桂生
    2016, 36(8):  2121-2127.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2121
    摘要 ( )   PDF (1144KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在大数据环境下,对移动众包系统的研究已经成为移动社会网络(MSN)的研究热点。然而由于网络个体的自私性,容易导致移动众包系统的不可信问题,为了激励个体对可信策略的选取,提出一种基于声誉的移动众包系统的激励机制——RMI。首先,结合演化博弈理论和生物学中的Wright-Fisher模型研究移动众包系统的可信演化趋势;在此基础上,分别针对free-riding问题和false-reporting问题建立相应的声誉更新方法,从而形成一套完整的激励机制,激励感知用户和任务请求者对可信策略的选取;最后通过模拟实验对提出的激励机制的有效性和适应性进行了验证。结果显示,与传统的基于社会规范的声誉更新方法相比,RMI有效地提高了移动众包系统的可信性。
    异构云系统中基于智能优化算法的多维资源公平分配
    刘曦, 张潇璐, 张学杰
    2016, 36(8):  2128-2133.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2128
    摘要 ( )   PDF (1014KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    资源分配策略的研究一直是云计算领域研究的热点和难点,针对异构云计算环境下多维资源的公平分配问题,结合基因算法(GA)和差分进化算法(DE),分别给出了两种兼顾分配公平性和效率的资源分配策略,改进了解矩阵表达式使异构云系统中的主资源公平分配(DRFH)模型转化成为整数线性规划(ILP)模型,并提出了基于最大任务数匹配值(MTM)的初始解产生机制和使不可行解转化为可行解的修正操作,以此提高算法的收敛速度,使其能够快速有效地得到最优分配方案。实验结果表明,基于GA和DE算法的多维资源公平分配策略可以得到近似最优解,在最大化最小主资源份额目标值和资源利用率方面明显优于Best-Fit DRFH和Distributed-DRFH,而且针对不同任务类型的资源需求,具有较强的自适应能力。
    基于尺度自适应局部时空特征的足球比赛视频中的多运动员行为表示
    王智文, 蒋联源, 王宇航, 王日凤, 张灿龙, 黄镇谨, 王鹏涛
    2016, 36(8):  2134-2138.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2134
    摘要 ( )   PDF (777KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高足球比赛视频中的多运动员行为识别的准确率,提出一种基于尺度自适应局部时空特征的足球比赛视频中的多运动员行为表示方法,利用时空兴趣点来表示足球比赛视频中的多运动员行为。首先将足球比赛视频序列中的多运动员行为看作是三维空间中的时空兴趣点的集合,然后采用直方图量化技术将时空兴趣点集合量化为维数固定的直方图(即时空单词),最后采用K-means聚类算法生成时空码本。在聚类生成码本之前,对每个时空兴趣点都进行了归一化,以保证其缩放和平移不变性。实验结果表明,该方法能够大大减少足球比赛视频中的多运动员行为识别算法的计算量,显著提高识别的准确率。
    利用二次归并的Deep Web实体匹配方法
    陈丽君
    2016, 36(8):  2139-2143.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2139
    摘要 ( )   PDF (760KB) ( )  
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    针对权重边剪枝(WEP)方法在准确率和匹配效率等方面的不足,通过引入自匹配和归并概念,提出一种基于二次归并的Deep Web实体匹配方法。首先,提取各对象的属性值,并按属性值重组对象,使具有相同属性值的对象聚集在一起,实现块的有效划分;其次,计算块内各对象间的匹配度,并据此进行剪枝、自匹配检测、归并,输出初步类簇;最后,以初步类簇为基础,利用簇内对象间传递的消息以及对象属性相似值,进一步挖掘匹配关系,触发新一轮的类簇归并与更新。实验结果表明,与WEP方法相比,所提方法通过自匹配检测,自动区分匹配关系并采取合适的匹配策略,使归并过程逐渐精化,提高了匹配准确率;通过分块、剪枝,有效缩减了匹配空间,提高了系统运行效率。
    面向疾病分类的人类互作网络拓扑模块的功能同质性分析
    高盼盼, 王宁, 周雪忠, 刘光明, 王惠欣
    2016, 36(8):  2144-2149.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2144
    摘要 ( )   PDF (1006KB) ( )  
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    鉴于网络医学中尚未有对疾病分类与功能蛋白模块功能同质性分析之间关系的研究,展开以下研究工作:首先,利用Mesh、String9等数据库中的数据构建了基因关系网络;其次,采用基于优化模块度的模块划分方法(如BGLL、非负矩阵分解(NMF)等聚类算法)对基因关系网络进行了划分;再次,对划分出来的模块进行了GO富集分析,通过对高致病拓扑模块和低致病拓扑模块的GO富集分析的比较,发现了疾病分类和蛋白模块功能特性在生物过程、细胞组分、分子功能等方面存在重要的生物学提示;最后,分析了疾病分类的拓扑模块的功能特性,通过对网络拓扑性质如平均度、密度、平均最短路径长度等方面的分析得到了各模块的功能特点数据,进一步揭示了疾病分类和功能模块之间的相关关系。
    基于三层集成多标记学习的蛋白质多亚细胞定位预测
    乔善平, 闫宝强
    2016, 36(8):  2150-2156.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2150
    摘要 ( )   PDF (1134KB) ( )  
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    针对多标记学习和集成学习在解决蛋白质多亚细胞定位预测问题上应用还不成熟的状况,研究基于集成多标记学习的蛋白质多亚细胞定位预测方法。首先,从多标记学习和集成学习相结合的角度提出了一种三层的集成多标记学习系统框架结构,该框架将学习算法和分类器进行了层次性分类,并把二分类学习、多分类学习、多标记学习和集成学习进行有效整合,形成一个通用型的三层集成多标记学习模型;其次,基于面向对象技术和统一建模语言(UML)对系统模型进行了设计,使系统具备良好的可扩展性,通过扩展手段增强系统的功能和提高系统的性能;最后,使用Java编程技术对模型进行扩展,实现了一个学习系统软件,并成功应用于蛋白质多亚细胞定位预测问题上。通过在革兰氏阳性细菌数据集上进行测试,验证了系统功能的可操作性和较好的预测性能,该系统可以作为解决蛋白质多亚细胞定位预测问题的一个有效工具。
    网络与通信
    基于演化博弈论的无线传感网监测节点分群算法
    刘保见, 张效义, 李青
    2016, 36(8):  2157-2162.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2157
    摘要 ( )   PDF (952KB) ( )  
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    针对大规模无线传感器网络多辐射源定位中,辐射源公共覆盖范围内监测节点能耗过高造成网络寿命降低的问题,提出一种基于演化博弈理论(EGT)的传感网监测节点分群算法。通过将最优节点集的搜索空间映射到博弈的策略组合空间,以博弈的效用函数为目标函数构建了非合作博弈模型;利用纳什均衡分析及均衡的扰动恢复过程实现目标优化;设计了分群算法以优化节点集组成相应的群参与最终的定位。以接收信号强度指示(RSSI)/信号到达时间差(TDOA)两轮定位为例,将该算法与典型的最近邻算法、基于离散粒子群优化(DPSO)的分群算法在定位精度和网络寿命方面作对比。仿真结果表明,该分群算法避免了多辐射源公共覆盖区域内节点能耗较高的问题,延长了网络寿命,同时保证了对辐射源的定位。
    基于智能跳频的短波无线接入网动态频谱分配算法
    段瑞杰, 姚富强, 李永贵, 郭鹏程
    2016, 36(8):  2163-2169.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2163
    摘要 ( )   PDF (1127KB) ( )  
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    针对现有短波无线接入网的固定式频谱分配方法难以满足使用智能跳频技术新要求的问题,分析智能跳频短波无线接入网的通信需求,提出智能跳频短波无线接入网的动态频谱分配策略及算法。首先将各机动用户和接入基站看作一子网;然后将对各子网的频谱分配建模为基于图着色理论的智能跳频短波无线接入网频谱分配模型;最后结合通信需求提出分配策略和算法,完成频谱分配并进行了仿真分析。结果表明,这些频谱分配策略及算法以不同的目标进行频谱分配,能够有效支撑智能跳频技术在短波无线接入网中的应用,与固定式频谱分配方法的定频通信相比,在网络效益、子网满意度、网络公平性、网络支持用户数和频谱利用率等方面均有明显提升,同时能有效降低互扰率。
    基于波束成形的60GHz无线局域网络定位算法
    刘兴, 张浩, 徐凌伟
    2016, 36(8):  2170-2174.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2170
    摘要 ( )   PDF (731KB) ( )  
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    针对60GHz信号在非视距(NLOS)环境下测距困难的问题,提出一种基于波束成形的60GHz无线局域网络(WLAN)定位算法。首先,通过借助波束成形技术进行最强路径搜索,波束成形算法将天线的最大增益方向指向接收最强多径信号的方向,在增强搜索鲁棒性的同时扩大了定位覆盖范围;然后,对NLOS条件下的时延偏差进行建模,重构NLOS测量数据;最后,为进一步提高定位精度,设置检测阈值,引入异常值检测机制。采用Matlab仿真平台在STAs-STAs信道模型进行仿真,结果表明,NLOS环境下基于传统相干估计的到达时间(TOA)定位算法的定位误差约为2m,定位成功率仅为0.5%,而采用基于波束成形的60GHz定位算法后,定位误差降低至1.02cm,定位成功率高达94%。因此,波束成形技术为NLOS环境下的60GHz定位提供了解决思路,有效地提高了60GHz室内定位精度和定位成功率。
    面向车辆状态信息广播的功率控制算法
    徐哲鑫, 李世杰, 林潇, 吴怡
    2016, 36(8):  2175-2180.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2175
    摘要 ( )   PDF (1020KB) ( )  
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    针对车载自组织网(VANET)中节点以固定功率发送信息导致的信道资源无法优化分配的问题,以车辆周期发送的状态信息的广播为研究对象,提出一种可自适应于车流密度变化的VANET功率控制算法。该算法通过定义功率控制周期构建并更新直接邻居列表,根据直接邻居车辆的位置来调整发射功率,进而控制节点的广播信息覆盖范围,实现信道资源的优化分配以及节点路由性能的优化。仿真结果验证了所提出算法的有效性,表明该算法能够有效根据车辆密度自适应调整发射功率、降低信道占用率并提高直接邻居数据包投递率,从而保证安全信息的有效传输。
    车联网环境下的公交自适应优先方法
    王永胜, 谭国真, 刘明剑, 丁男
    2016, 36(8):  2181-2186.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2181
    摘要 ( )   PDF (923KB) ( )  
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    针对现有公交优先系统中存在的反应滞后、不能够充分挖掘道路通行能力的问题,在车联网的背景下提出一个公交自适应优先(ABP)模型。首先,借助车联网强大的通信能力,利用时分复用的思想,设计了道路复用的控制规则,为普通公交虚拟出了一条专用道,实现了“空间优先”;其次,使用实时获取的车辆到达数据取代历史数据作为交通需求,解决滞后的问题;最后,设计了公交优先的信号控制方法,通过插入短相位的方法让公交优先通行,实现了公交优先。使用VISSIM软件设计仿真实验对比ABP模型和传统模型,结果表明,ABP模型在不对社会车辆造成很大影响的前提下,能够提高公交的运行效率和路口的通过能力。
    电力载波多联机空调通信系统的设计与开发
    洪为伟, 徐政
    2016, 36(8):  2187-2191.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2187
    摘要 ( )   PDF (967KB) ( )  
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    为了降低多联机空调系统的成本、简化安装工程,采用电力线载波通信技术构建了多联机空调的通信系统。首先根据系统控制的通信需求提出了基于窄带电力线通信技术的解决方案;然后主要从信道接入控制和组网控制两方面设计了包括物理层、介质访问控制(MAC)层、网络层和应用层的四层通信协议集,提出了基于载波侦听多路访问/冲突避让(CSMA/CA)设计思想的三种信道接入算法以及星型网络拓扑的组网算法;最后对11节点多联机空调系统进行了组网测试、正常通信测试和抗干扰测试。测试结果表明所提算法及方案能够满足多联机空调系统的实时控制要求,并具有较强的抗干扰能力;另外,所设计的通信协议具有开放性,可以根据需求进行修改,应用于智能家居等短距离无中继的实时控制领域。
    最佳匹配阵列随机共振系统中利用噪声改善信息传输
    王友国, 董洪程, 刘健
    2016, 36(8):  2192-2196.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2192
    摘要 ( )   PDF (771KB) ( )  
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    针对数字通信系统中噪声影响码元传输的问题,为提高系统的可靠性,降低接收信号的误码率(BER),提出一种基于最佳匹配方法和并行阵列理论的随机共振(SR)系统。首先,利用并行阵列理论来增强单个双稳态系统的随机共振效果;其次,将最佳匹配随机共振微弱信号的检测方法运用到阵列系统中;最后,推导出最佳匹配阵列随机共振系统的信噪比(SNR)增益表达式,并分析阵列单元数对误码率的影响。理论分析和实验仿真表明,最佳匹配阵列随机共振系统相比单个随机共振系统在强噪声背景下对微弱数字信号的检测性能得到提升,系统输出信噪比增益显著大于1,误码率也得到明显降低;且随着阵列单元数增加,阵列系统的随机共振效果越好。实验结果表明,最佳匹配阵列随机共振系统在实际工程中能够有效提高数字通信系统的可靠性。
    基于协方差矩阵降维稀疏表示的二维波达方向估计
    李文杰, 杨涛, 梅艳莹
    2016, 36(8):  2197-2201.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2197
    摘要 ( )   PDF (726KB) ( )  
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    针对稀疏重构下二维波达方向(2D-DOA)估计存在计算量大的问题,提出一种基于协方差矩阵降维稀疏表示的二维波达方向估计方法。首先引入空间角构造流形矢量矩阵冗余字典,将方位角和俯仰角组合从二维空间映射到一维空间,降低了字典的长度和求解复杂度,并且能自动实现俯仰角和方位角配对;其次改进了样本协方差矩阵的稀疏表示模型,对该模型进行了降维处理;然后由协方差矩阵稀疏重构的残差约束特性得到约束残差项置信区间,避免采用正则化方法导致参数选取困难;最后通过凸优化包实现了二维波达方向的估计。仿真实验表明,待选取的协方差矩阵列数达到某个阈值(在只有两个入射信号情况下该值为3)时,可准确实现入射信号角的估计;当信噪比(SNR)较小(<5dB)时,该方法估计精度优于基于空间角的特征矢量算法;低快拍数(<100)下该方法估计精度略低于特征矢量法,但小间隔角度下估计精度与后者相当。
    先进计算
    基于聚类划分的高效用模式并行挖掘算法
    邢淑凝, 刘方爱, 赵晓晖
    2016, 36(8):  2202-2206.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2202
    摘要 ( )   PDF (844KB) ( )  
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    针对在大规模数据库中挖掘高效用模式产生大量基于内存的效用模式树,从而导致内存空间占用较大以及丢失一些高效用项集的问题,提出在Hadoop分布式计算平台下的基于聚类划分的高效用模式并行挖掘算法PUCP。首先,采用聚类的方法把数据库中相似的事务划分为若干数据子集;然后,把若干划分好的数据子集分配到Hadoop平台的各个节点中构造效用模式树;最后,把各个节点中相同项的条件模式基分配到同一个节点中进行挖掘,以减少各个节点交叉操作的次数。通过实验结果和理论分析表明:PUCP算法在不影响挖掘结果可靠性的前提下,与主流串行高效用模式挖掘——效用模式增长挖掘算法(UP-Growth)和现有的并行高效用模式挖掘算法PHUI-Growth相比,挖掘效率分别提高了61.2%和16.6%;并且使用了Hadoop计算平台,能有效缓解挖掘大规模数据的内存压力。
    结合语义与事务属性的QoS感知的服务优化选择
    杨万春, 张晨曦, 穆斌
    2016, 36(8):  2207-2212.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2207
    摘要 ( )   PDF (875KB) ( )  
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    服务级别协议(SLA)等级感知的服务选择是NP难题。针对服务选择中维度与粒度方面的问题,提出结合语义与事务属性的服务质量(QoS)感知的服务优化选择模型。该模型从语义链接匹配度、QoS与事务三个维度对服务进行优化选择,并设计了支持多粒度的编码策略。针对服务选择中时间复杂度高的问题,提出了克隆选择与遗传算法相结合的混合优化算法。该算法首先采用动态适应度函数,逐代淘汰不满足约束的个体;其次给出了事务属性的优先级,并根据优先级设计了知识启发式的交叉与变异算子,以保证个体满足事务属性要求;最后在遗传算法中对优秀个体进行克隆选择,以增强对最优解的搜索能力。仿真实验中,该算法在服务选择的精确度和成功率方面均优于遗传算法;在时间花费上稍高于遗传算法但远低于穷举法。实验结果表明,所提算法能在较少时间花费的基础上保证服务选择的质量。
    M-DSP中高性能浮点乘加器的设计与实现
    车文博, 刘衡竹, 田甜
    2016, 36(8):  2213-2218.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2213
    摘要 ( )   PDF (1001KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对高性能M型数字信号处理器(M-DSP)对浮点运算的性能、面积和功耗要求,研究分析了M-DSP总体结构和浮点运算的指令特点,设计和实现了一种高性能低功耗的浮点乘累加器(FMAC)。该乘加器采用单、双精度通路分离的主体结构,分为六级流水站执行,对乘法器、对阶移位等关键模块进行了复用设计,支持双精度和单精度浮点乘法、乘累加、乘累减、单精度点积和复数运算。对所设计的乘加器进行了全面的验证,基于45nm工艺采用Synopsys公司的Design Compiler工具综合所设计的代码,综合结果表明运行频率可达1GHz,单元面积36856μm2;与FT-XDSP中的乘加器相比,面积节省了12.95%,关键路径长度减少了2.17%。
    网络空间安全
    传感器节点相互协作的广播认证
    曾小飞, 卢建朱, 王洁
    2016, 36(8):  2219-2224.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2219
    摘要 ( )   PDF (966KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)中基于数字签名的公钥加密体制的广播认证需要耗费大量的能量,以及传感器节点资源有限的问题,为了减少传感器节点的能量耗费和加快传感器节点的认证,提出一种传感器节点相互协作的广播认证方案。首先,用户向无线传感器网络的组网络广播其签名信息,但不广播签名信息中点的纵坐标;然后,组网络中的高能量节点依据点的横坐标和椭圆曲线方程计算得出纵坐标,并将其广播给组内的一般节点,同时利用vBNN-IBS数字签名对用户广播的签名信息进行认证,并转播有效的签名信息;最后,组网络内的一般节点收到纵坐标后,利用椭圆曲线方程验证其有效性和正确性,同时执行和高能节点相同的签名认证过程,并转播有效的签名信息。此外,该方案通过整合立即撤销和自动撤销以最大限度地减小授权撤销列表(ARL)的长度。仿真实验表明,当认证节点收到来自邻居节点的数据包达到一定数目时,该方案的能量耗费和认证总时间比利用WSN中传感器节点间的相互协作来加速vBNN-IBS的签名方案分别减少了41%和66%。
    适用于移动用户高效访问外包数据的非对称代理重加密方案
    郝伟, 杨晓元, 王绪安, 张英男, 吴立强
    2016, 36(8):  2225-2230.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2225
    摘要 ( )   PDF (1032KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为使移动设备更加方便快捷地解密存储于云端的外包数据,根据基于身份的广播加密(IBBE)系统和基于身份的加密(IBE)系统,使用Green等提出的解密外包的技术(GREEN M,HOHENBERGER S,WATERS B.Outsourcing the decryption of ABE ciphertexts.Proceedings of the 20th USENIX Conference on Security.Berkeley:USENIX Association,2011:34),提出一种改进的非对称跨加密系统的代理重加密(MACPRE)方案。该方案更适合计算能力有限的移动设备安全共享云端数据。移动用户在解密重加密后的数据时,运行一次指数运算和一次配对运算便可以将明文恢复,大大提高了移动用户解密的效率,降低了移动用户的能耗。该方案的安全性可以归约到底层的IBE方案和IBBE方案的安全性。理论分析和实验结果表明,该方案使得移动设备花费较少的时间便可以将存储在云端的数据解密,缓解了移动设备计算能力的不足,实用性较强。
    移动网络可信匿名认证协议
    张鑫, 杨晓元, 朱率率
    2016, 36(8):  2231-2235.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2231
    摘要 ( )   PDF (783KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对终端接入移动网络缺乏可信性验证问题,提出一种移动网络可信匿名认证协议,移动终端在接入网络时进行身份验证和平台完整性认证。在可信网络连接架构下,给出了可信漫游认证和可信切换认证的具体步骤,在认证时利用移动终端中预存的假名和对应公私钥对实现了用户匿名隐私的保护。安全性分析表明,协议满足双向认证、强用户匿名性、不可追踪性和有条件隐私保护。协议中首次漫游认证需要2轮交互,切换认证需1轮即可完成,消息交换轮数和终端计算代价优于同类可信认证协议。
    IMTP——一种MIPv6身份与移动轨迹隐私保护机制
    仵惠婷, 王振兴, 张连成, 孔亚洲
    2016, 36(8):  2236-2240.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2236
    摘要 ( )   PDF (874KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    身份与移动轨迹隐私保护是MIPv6研究与应用领域的一个关注热点。针对移动节点的移动消息和应用数据易受恶意流量分析而暴露身份并被定位追踪的问题,提出一种支持身份隐匿并防范定位追踪的MIPv6地址隐私保护机制,即IMTP机制。首先,通过自定义移动消息选项Encryptedword、与本地地址作异或变换,实现了移动节点身份的隐私保护;然后,借助任意节点互相认证技术完成位置代理随机任命,从而隐蔽移动节点的转交地址,实现了MIPv6节点移动轨迹的隐私保护。仿真结果表明,IMTP机制具备隐私保护能力强、资源开销少、对标准MIPv6协议改动小且良好支持路由优化等优势,还具有部署灵活、扩展性强等优点。IMTP机制提供的身份与移动轨迹双重隐私保护将更有利于降低特定移动节点通信数据的截获概率,从而保障移动节点间的通信安全。
    基于改进正则表达式规则分组的内网行为审计方案
    俞艺涵, 付钰, 吴晓平
    2016, 36(8):  2241-2245.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2241
    摘要 ( )   PDF (756KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对网络安全审计中对应用层协议审计能力不足的问题,提出一种基于改进正则表达式(RE)规则分组的内网行为审计方案。首先,通过正则表达式对需审计的协议进行描述,并设置相关参数,使内网中出现频率高和审计中相对重要的协议状态在正则表达式描述集中取得高优先级;然后,在正则表达式交互值小的前提下,尽可能地将高优先级协议状态表达式构建到相同自动机分组中以生成审计引擎;最后,根据审计需求,改变相关参数,实现对内网行为的安全审计。实验结果显示,所提出的自动机构建算法在转化时的状态数缩减为经典非确定有限状态自动机(NFA)转化算法Thompson的10%~20%,检测时的吞吐量约为传统自动机分组引擎的8到12倍;所提审计方案能够满足对应用层协议进行安全审计的需求,具有较高的准确性和效率。
    人工智能
    基于改进型启发式相似度模型的协同过滤推荐方法
    张南, 林晓勇, 史晟辉
    2016, 36(8):  2246-2251.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2246
    摘要 ( )   PDF (977KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高协同过滤推荐方法的准确性和有效性,提出一种基于改进型启发式相似度模型的协同过滤推荐方法PSJ。该方法考虑了用户评分差值、用户全局评分偏好和用户共同评分物品数三个因素。PSJ方法的Proximity因子使用指数函数反映用户评分差值对用户相似度的影响,这样也可避免零除问题;将NHSM方法中的Significance因子和URP因子合并成PSJ方法的Significance因子,这使得PSJ方法的计算复杂度低于NHSM方法;而且为了提高在数据稀疏情况下的推荐效果,PSJ方法同时考虑了用户间的评分差值和用户全局评分两个因素。实验采用Top-k推荐中的查准率和查全率作为衡量标准。实验结果表明,当推荐物品数大于20时,与NHSM、杰卡尔德算法、自适应余弦相似度(ACOS)算法、杰卡尔德均方差(JMSD)算法和皮尔逊相关系数算法(SPCC)相比,PSJ方法的查准率与查全率均有提升。
    基于长短期记忆多维主题情感倾向性分析模型
    滕飞, 郑超美, 李文
    2016, 36(8):  2252-2256.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2252
    摘要 ( )   PDF (784KB) ( )  
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    针对中文微博全局性情感倾向分类的准确性不高的问题,提出基于长短期记忆模型的多维主题模型(MT-LSTM)。该模型是一个多层多维序列计算模型,由多维长短期记忆(LSTM)细胞网络组成,适用于处理向量、数组以及更高维度的数据。该模型首先将微博语句分为多个层次进行分析,纵向以三维长短期记忆模型(3D-LSTM)处理词语及义群的情感倾向,横向以多维长短期记忆模型(MD-LSTM)多次处理整条微博的情感倾向;然后根据主题标签的高斯分布判断情感倾向;最后将几次判断结果进行加权得到最终的分类结果。实验结果表明,该算法平均查准率达91%,最高可达96.5%;中性微博查全率高达50%以上。与递归神经网络(RNN)模型相比,该算法F-测量值提升40%以上;与无主题划分的方法相比,细致的主题划分可将F-测量值提升11.9%。所提算法具有较好的综合性能,能够有效提升中文微博情感倾向分析的准确性,同时减少训练数据量,降低匹配计算的复杂度。
    基于隐含狄列克雷分配分类特征扩展的微博广告过滤方法
    邢金彪, 崔超远, 孙丙宇, 宋良图
    2016, 36(8):  2257-2261.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2257
    摘要 ( )   PDF (842KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    传统的微博广告过滤方法忽略了微博广告文本的数据稀疏性、语义信息和广告背景领域特征等因素的影响。针对这些问题,提出一种基于隐含狄列克雷分配(LDA)分类特征扩展的广告过滤方法。首先,将微博分为正常微博和广告型微博,并分别构建LDA主题模型预测短文本对应的主题分布,将主题中的词作为特征扩展的基础;其次,在特征扩展时结合文本类别信息提取背景领域特征,以降低其对文本分类的影响;最后,将扩展后的特征向量作为分类器的输入,根据支持向量机(SVM)的分类结果过滤广告。实验结果表明,与现有的仅基于短文本分类的过滤方法相比,其准确率平均提升4个百分点。因此,该方法能有效扩展文本特征,并降低背景领域特征的影响,更适用于数据量较大的微博广告过滤。
    基于相似度和信任度的关联规则微博好友推荐
    王涛, 覃锡忠, 贾振红, 牛红梅, 曹传玲
    2016, 36(8):  2262-2267.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2262
    摘要 ( )   PDF (861KB) ( )  
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    针对关联规则个性化好友推荐中规则挖掘效率及推荐有效性不高的问题,首先提出基于散列及位图的改进关联规则算法BHA。该算法通过引入散列技术,减少了频繁2项集挖掘所需的时间;利用位图及相关性质,压缩无关候选项,减少了数据集所需的遍历次数。另外,在BHA的基础上,提出基于相似度及信任度的推荐算法STA,利用出、入相似度定义信任度,有效解决了新浪微博未提供显示信任关系的问题,同时弥补了相似度推荐未考虑用户间远近层次关系的缺陷。采集新浪微博用户数据进行实验,在关联规则挖掘效率的对比上,BHA挖掘所需的平均时间仅为改进AprioiriTid算法的47%;在好友推荐的有效性上,推荐算法STA较SNFRBOAR算法在准确率及召回率上分别提升了15.2%和9.8%。实验结果表明,STA能够有效降低规则挖掘所需的平均时间,并使实际好友推荐的有效性得到提升。
    属性权重完全未知的犹豫模糊双边匹配决策
    林杨, 黎元生, 王应明
    2016, 36(8):  2268-2273.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2268
    摘要 ( )   PDF (838KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对基于犹豫模糊属性(HFV)信息且权重完全未知的双边匹配(TSM)问题,提出一种多属性匹配决策方法。首先,根据双方主体给出的犹豫模糊多属性评价值,通过最大化各属性之间的离差和从而确定属性权重;然后,由犹豫模糊有序加权平均算子集结多属性及权重信息获得双方的匹配度;进而建立一种基于匹配度的多目标优化模型,并使用极大极小法转化为单目标优化模型求解得到匹配方案;最后,进行实例分析和对比,所提方法得到目标函数值分别为1.689和1.575,且匹配解唯一。实验结果表明,所提方法可避免因主观确定目标函数权重而产生不唯一匹配解。
    图像自动标注技术研究进展
    刘梦迪, 陈燕俐, 陈蕾
    2016, 36(8):  2274-2281.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2274
    摘要 ( )   PDF (1305KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    现有图像自动标注技术算法可以大致划分为基于语义的标注算法、基于矩阵分解的标注算法、基于概率的标注算法以及基于图学习的标注算法等四大类。介绍了各类别中具有代表性的图像自动标注算法,分析了这些算法的问题模型及其功能特点,并归纳了图像自动标注算法中主要的优化求解方法及算法评价中常用的图像数据集和性能评价指标。最后,指出了图像自动标注技术目前存在的主要问题,并且提出了这些问题的解决思路。分析结果表明,对于图像自动标注技术的研究,可充分利用现有算法的优势互补,或借助多学科交叉的优势,寻找更有效的算法。
    基于多模态多标记迁移学习的早期阿尔茨海默病诊断
    程波, 朱丙丽, 熊江
    2016, 36(8):  2282-2286.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2282
    摘要 ( )   PDF (959KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对当前基于机器学习的早期阿尔茨海默病(AD)诊断中训练样本不足的问题,提出一种基于多模态特征数据的多标记迁移学习方法,并将其应用于早期阿尔茨海默病诊断。所提方法框架主要包括两大模块:多标记迁移学习特征选择模块和多模态多标记分类回归学习器模块。首先,通过稀疏多标记学习模型对分类和回归学习任务进行有效结合;然后,将该模型扩展到来自多个学习领域的训练集,从而构建出多标记迁移学习特征选择模型;接下来,针对异质特征空间的多模态特征数据,采用多核学习技术来组合多模态特征核矩阵;最后,为了构建能同时用于分类与回归的学习模型,提出多标记分类回归学习器,从而构建出多模态多标记分类回归学习器。在国际老年痴呆症数据库(ADNI)进行实验,分类轻度认知功能障碍(MCI)最高平均精度为79.1%,预测神经心理学量表测试评分值最大平均相关系数为0.727。实验结果表明,所提多模态多标记迁移学习方法可以有效利用相关学习领域训练数据,从而提高早期老年痴呆症诊断性能。
    基于关键帧特征库统计特征的双人交互行为识别
    姬晓飞, 左鑫孟
    2016, 36(8):  2287-2291.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2287
    摘要 ( )   PDF (765KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对双人交互行为识别算法中普遍存在的算法计算复杂度高、识别准确性低的问题,提出一种新的基于关键帧特征库统计特征的双人交互行为识别方法。首先,对预处理后的交互视频分别提取全局GIST和分区域方向梯度直方图(HOG)特征。然后,采用k-means聚类算法对每类动作训练视频的所有帧的特征表示进行聚类,得到若干个近似描述同类动作视频的关键帧特征,构造出训练动作类别对应的关键帧特征库;同时,根据相似性度量统计出特征库中各个关键帧在交互视频中出现的频率,得到一个动作视频的统计直方图特征表示。最后,利用训练后的直方图相交核支持向量机(SVM),对待识别视频采用决策级加权融合的方法得到交互行为的识别结果。在标准数据库测试的结果表明,该方法简单有效,对交互行为的正确识别率达到了85%。
    虚拟现实与数字媒体
    基于鲁棒的余弦欧氏距离度量降维的图像检索方法
    黄晓冬, 孙亮
    2016, 36(8):  2292-2295.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2292
    摘要 ( )   PDF (766KB) ( )  
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    为解决主成分分析(PCA)无法处理非线性数据集以及鲁棒性差的问题,提出一种鲁棒的余弦-欧氏距离度量的降维方法(RCEM)。该方法利用余弦度量(CM)能够处理离群点的特点来提取数据的局部几何特征,并利用欧氏距离能够很好地保持样本的方差信息的特点来刻画数据集的全局分布,在保留数据局部信息的同时实现了局部和全局的统一,提高了局部降维算法的鲁棒性,同时避免了局部小样本问题。实验结果显示,与角度优化全局嵌入(AOGE)方法相比,在Corel-1000数据集下检索查准率提高了5.61%,相比不降维时检索时间减少了42%。结果表明,RCEM算法能在不降低图像检索精度的同时提高图像检索的效率,可以有效应用于基于内容的图像检索(CBIR)。
    基于超像素的点互信息边界检测算法
    刘胜男, 宁纪锋
    2016, 36(8):  2296-2300.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2296
    摘要 ( )   PDF (881KB) ( )  
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    点互信息(PMI)边界检测算法能准确检测图像中的边界,但算法效率受制于采样点的提取。针对采样过程中存在随机性和信息冗余的问题,提出一种利用超像素分割提供的中层结构信息来指导点对选取的方法。首先使用超像素算法对图像进行初始分割,将图像划分成大小形状近似的像素块;然后选取落在相邻超像素中的像素点对,从而使样本点的选取更有目的性,在采样点数目较少时,保证样本点仍能有效完整地获取图像信息。实验通过与原始的PMI边界检测算法在伯克利分割数据库(BSDS)上进行比对验证得出,基于超像素的PMI边界检测算法在采样点对为3500时,平均精准度(AP)达到0.7917,而原始算法则需要6000个同样环境下的采样点对。基于超像素的PMI边界检测算法在保证了检测精度的同时减少了所需的采样点数目,从而能有效提高算法的实时性。
    基于图论的边缘提取方法
    张宁波, 刘振忠, 张昆, 王路路
    2016, 36(8):  2301-2305.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2301
    摘要 ( )   PDF (956KB) ( )  
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    针对传统边缘方法提取的边缘具有不连续、不完整、倾斜、抖动和缺口等问题,提出基于图论的边缘提取方法。该方法视像素为节点,在水平或垂直方向上连接两个相邻的节点构成一个边,从而将图像看作无向图。它包括三个阶段:在像素相似性计算阶段,无向图的边上被赋予权值,权值代表了像素间的相似性;在阈值确定阶段,将所有权值的均值(整幅图像的相似度)确定为阈值;在边缘确定阶段,只保留权值小于阈值的水平边的左边节点与垂直边的上边节点,从而获得了图像的边缘。实验表明,该方法适用于具有明显目标与背景的图像的边缘提取,能够克服不连续、不完整、倾斜、抖动和缺口等缺陷,并且对Speckle噪声和高斯噪声具有抗噪性能。
    多信息动态融合的运动目标检测方法
    何伟, 齐琦, 张国云, 吴健辉
    2016, 36(8):  2306-2310.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2306
    摘要 ( )   PDF (843KB) ( )  
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    针对基于视觉显著性的运动目标检测算法存在时空信息简单融合及忽略运动信息的问题,提出一种动态融合视觉显著性信息和运动信息的运动目标检测方法。该方法首先计算每个像素的局部显著度和全局显著度,并通过贝叶斯准则生成空间显著图;然后,利用结构随机森林算法预测运动边界,生成运动边界图;其次,根据空间显著图和运动边界图属性的变化,动态确定最佳融合权值;最后,根据动态融合权值计算并标记运动目标。该方法既发挥了显著性算法和运动边界算法的优势,又克服了各自的不足,与传统背景差分法和三帧差分法相比,检出率和误检率的最大优化幅度超过40%。实验结果表明,该方法能够准确、完整地检测出运动目标,提升了对场景的适应性。
    基于改进霍夫森林框架的多目标跟踪算法
    高庆吉, 霍璐, 牛国臣
    2016, 36(8):  2311-2315.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2311
    摘要 ( )   PDF (756KB) ( )  
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    针对单目视觉对多个相似的目标跟踪因遮挡等因素影响而失效的问题,提出一种基于改进霍夫森林框架的多目标跟踪算法。在将多目标跟踪问题归结为基于目标检测的轨迹关联过程基础上,通过引入在线学习霍夫森林框架将轨迹关联计算转化为最大后验概率(MAP)问题。通过在线采集多目标样本、提取目标外观和运动特征构建霍夫森林,进行森林训练得到轨迹关联概率,从而关联多目标轨迹;而引入低秩逼近Hankel矩阵进行轨迹校验,修复了误匹配的轨迹,改进了在线更新训练样本算法的效能。实验表明,轨迹误匹配率显著改善,能有效提高单目摄像机对多个相似目标有遮挡情况下跟踪的准确性和鲁棒性。
    基于核回归修正的上采样相位相关精确运动估计算法
    余应淮, 谢仕义, 梅其祥
    2016, 36(8):  2316-2321.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2316
    摘要 ( )   PDF (1098KB) ( )  
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    针对亚像素运动矢量的精确估计问题,提出一种基于核回归修正的上采样相位相关精确运动估计算法。首先,使用矩阵相乘离散傅里叶变换方法快速计算上采样相位相关曲面,并通过检测其峰值坐标实现运动矢量的亚像素级初始估计;其次,在上采样相位相关曲面上,采用核回归方法对以初始估计值为中心的邻域进行拟合;最后,检测核回归拟合函数的峰值坐标,并以此坐标对初始估计值进行修正,从而实现任意精度级别的精确运动估计。与二次函数拟合(QuadFit)、线性拟合(LinFit)、Sinc拟合(SincFit)、局部质心(LCM)、频域上采样(Upsamp)等算法进行仿真对比,在无噪声污染的情况下,所提算法的平均估计误差为0.0070,运动估计的准确度提高了64%以上;而在有噪声污染的情况下,所提出的算法的平均估计误差为0.0204,运动估计的准确度提高了47%以上。实验结果表明,所提算法不仅能够有效地提高运动估计的精确性,而且具有良好的抗噪性。
    基于最近邻域像素梯度的视频背景快速提取
    赵树言, 路艳雪, 韩晓霞
    2016, 36(8):  2322-2326.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2322
    摘要 ( )   PDF (849KB) ( )  
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    针对嵌入式设备对视频背景的实时提取问题,提出一种基于最近邻域像素梯度(N2PG)稳定性的视频背景快速提取方法。首先,以视频中任意帧作为初始背景,并计算此背景图像的N2PG矩阵;然后,以背景帧之后若干帧图像作为背景更新图像,同理计算N2PG矩阵;最后,将背景图像N2PG矩阵与更新图像N2PG矩阵进行差分,并通过实时估计的梯度稳定性阈值快速判断背景模型中各像素点是静态背景像素点还是非背景像素点,进而对其更新或替换,以得到视频当前背景。经计算机仿真测试,与常用的卡尔曼滤波法和混合高斯法相比,基于N2PG的视频背景提取方法得到相同质量背景仅需10~50帧图像,并且平均处理速度分别提高36%和75%;和改进的视觉背景提取(ViBe)算法相比,在所需帧数和所得背景质量相近的情况下,该算法背景更新速度提升一倍。实验结果表明,基于N2PG的视频背景提取算法具有很强的自适应性,并且速度快、内存消耗小,背景提取准确度达到90%以上,可满足真实自然环境下嵌入式视觉设备的应用。
    基于C形臂的手术导航相机标定方法
    张建法, 张峰峰, 孙立宁, 匡绍龙
    2016, 36(8):  2327-2331.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2327
    摘要 ( )   PDF (756KB) ( )  
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    针对基于C形臂的手术导航系统中相机标定这一关键技术中存在的过渡环节过多、参数求解过程复杂等问题,提出一种完全忽略相机模型的解决方法。该方法完全忽略相机模型,在映射参数求解过程中简化了过渡环节,使得算法实现变得高效;同时,提出了带有双层金属球的校准靶,通过识别小球的投影数据来实现相机标定。在校准点验证实验中,可以验证经变换后的坐标的残余误差均不超过0.002像素;在导航验证实验中,借助初步搭建的导航平台成功实现了探针取点及穿孔。实验结果表明,该相机标定方法的精度能够满足手术导航系统的精度要求。
    行业与领域应用
    面向用户行驶计划的电动汽车充电调度策略
    曾鸣, 冷甦鹏, 张科
    2016, 36(8):  2332-2334.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2332
    摘要 ( )   PDF (636KB) ( )  
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    充电站(桩)尚未普及以及电动汽车有限的行驶里程,使得大多数汽车用户关于是否选择电动汽车犹豫不决。为了减少用户对于电动汽车有限电池容量的担心,并且降低因频繁充电以及偏离原定行驶路线绕路进行充电所增加的电动汽车使用费用,提出一种基于匹配理论面向用户行驶计划的电动汽车充电调度方案TPCS。首先,分别根据电动汽车用户的行驶计划和对各充电站的电量需求构建电动汽车用户与充电站的偏好表;然后,建立电动汽车用户与充电站之间的多对一匹配模型;最后,以系统总效用为优化目标进行充电站接口分配。数值仿真结果显示,与随机分配(RCS)算法和仅考虑电动汽车效用分配(OEVS)算法相比,TPCS算法将系统总效用较RCS算法最多提高了39.3%,较OEVS算法最多提高了5%;而在电动汽车充电需求轻负载时,TPCS算法始终保证用户满意度在90%以上,高于RCS算法。所提算法能够有效地提高系统总效用和用户满意度,同时降低计算复杂度。
    考虑服务时效的物流服务供应链应急任务分配
    张广胜, 刘伟
    2016, 36(8):  2335-2339.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2335
    摘要 ( )   PDF (825KB) ( )  
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    针对应急情况下两级物流服务供应链任务分配问题,提出了考虑服务时效性的客户满意度模型方法。首先,考虑应急情况中订单任务量的随机性的情况,建立基于服务时效性的客户满意度模型;其次,构建最小化物流成本模型以保证物流服务供应链成本最优化;然后,引入线性加权法将包含最大化客户满意度与最小化服务成本双层规划多目标模型转化为单目标模型;最后,采用遗传算法(GA)求解模型,并针对权重作了灵敏度分析。算例研究表明,与上下层单目标分配结果的目标值0.0501和0.0825相比,综合函数模型得到了显著优化的目标值0.2716,说明所构建模型的任务分配方案能够更有效解决具有服务时效性客户满意度的物流服务供应链任务分配问题;由分析权重灵敏度可以看出,权重0.1< a< 0.5时的综合目标优化解相较于0.5< a< 0.9斜率变化程度显著,说明在应急任务分配时应根据服务能力参数理性选择两者的权重分配,这反映出了客户满意与物流成本悖反效应的存在。研究结果表明,考虑服务时效的任务分配模型能够有效解决应急情况下物流服务供应链任务分配问题。
    维修时点预测的动态车间调度问题
    匡鹏, 吴尽昭
    2016, 36(8):  2340-2345.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2340
    摘要 ( )   PDF (848KB) ( )  
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    针对制造业中生产计划的不确定问题,提出一种维修时点预测与自适应的遗传模拟退火算法相结合的优化调度方法。该方法首先利用差分自回归移动平均模型预测设备未来的故障率,然后借助电气设备的威布尔(Weibull)分布模型逆向求出设备未来故障发生时刻,最后将此作为约束条件,利用自适应的遗传模拟退火算法解决传统的生产调度问题。结合工厂实际情况,主要分析了设备有无维修的随机调度问题,以最小化最大完工时间为目标,获取每一个任务的调度计划以及每一台设备的维修时点,确定出最佳调度方案。实验表明自适应的遗传模拟退火算法的性能较好。在河北某工厂的生产车间中,设备在运行调度方法后三个月的平均故障率比运行前相对降低了3.46%。
    基于改进特征袋模型的奶牛识别算法
    陈娟娟, 刘财兴, 高月芳, 梁云
    2016, 36(8):  2346-2351.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2346
    摘要 ( )   PDF (1056KB) ( )  
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    针对特征袋(BOF)模型中存在特征计算耗时、识别精度低的不足,提出一种新的改进BOF模型以提高其目标识别的精度和效率,并将其应用于奶牛个体识别。该算法首先引入优化方向梯度直方图(HOG)特征对图像进行特征提取和描述,然后利用空间金字塔匹配原理(SPM)生成图像基于视觉词典的直方图表示,最后自定义直方图交叉核作为分类器核函数。该算法在项目组自行拍摄的数据集(包含15类奶牛、共7500张奶牛头部图像)上的实验结果表明,使用基于SPM的BOF模型将算法的识别率平均提高2个百分点;使用直方图交叉核相比使用高斯核将算法的识别率平均提高2.5个百分点;使用优化HOG特征,相比使用传统HOG特征将算法识别率平均提高21.3个百分点,运算效率为其1.68倍;相比使用尺度不变特征变换(SIFT)特征,在保证平均识别精度达95.3%的基础上,运算效率为其7.10倍。分析结果可知,该算法在奶牛个体识别领域具有较好的鲁棒性和实用性。
    基于自适应多提议分布粒子滤波的蒙特卡洛定位算法
    罗元, 庞冬雪, 张毅, 苏琴
    2016, 36(8):  2352-2356.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2016.08.2352
    摘要 ( )   PDF (755KB) ( )  
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    针对基于Cubature粒子滤波的蒙特卡罗定位(CMCL)算法存在的计算量大、实时处理能力较差的问题,提出一种基于自适应多提议分布粒子滤波的蒙特卡罗定位(AMPD-MCL)算法。该算法利用Cubature卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波改进提议分布,融入当前观测信息,减弱粒子退化现象;重采样部分采用Kullback-Leibler距离(KLD)采样,根据粒子在状态空间的分布状况,在线调整下一次滤波迭代所需粒子数,从而减小计算量。仿真实验验证了自适应多提议分布粒子滤波(AMPD-PF)的有效性;同时在机器人操作系统(ROS)上进行实验,结果表明改进算法的平均定位精度达到19.891cm,定位所需粒子数稳定在60,定位时间为45.543s,较CMCL算法在定位精度上提高了71.03%,时间缩短了63.10%。实验结果表明,AMPD-MCL算法减小了定位误差,能实时在线调整粒子数,有效减少了算法计算量,提高了实时处理能力。
2022年 42卷 3期
刊出日期: 2022-03-10
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