当期目录

    2017年 第37卷 第6期 刊出日期:2017-06-10
    网络与通信
    认知网络中基于博弈论的联合功率控制与速率分配算法
    朱江, 巴少为, 杜清敏
    2017, 37(6):  1521-1526.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1521
    摘要 ( )   PDF (995KB) ( )  
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    针对认知无线网络上行链路中的资源分配问题,提出了一种适应于多小区认知无线网络的基于功率控制与速率分配的博弈算法。为了更加合理地控制用户的功率和速率,减小各次用户间的干扰,首先,在效用函数中分别给功率和速率设置了不同的代价因子,使其能够更加合理地控制用户,避免用户过度增加发射功率。其次,从理论上证明了该算法纳什均衡的存在性、唯一性以及算法的收敛性。最后,为了解决发射功率和传输速率的最优化问题,给出了联合功率控制和速率分配的迭代更新算法流程图。理论分析及仿真结果表明,与同类博弈算法相比,在保证通信质量的前提下,所提算法可以使得用户以较小的发射功率获得较大的传输速率和较高的信干噪比(SINR),并且减小了用户间的干扰,提高了次用户系统容量。
    基于环的节点非均匀分布分簇算法
    孙超, 彭力, 朱雪芳
    2017, 37(6):  1527-1531.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1527
    摘要 ( )   PDF (777KB) ( )  
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    针对无线传感器网络(WSN)中基于环的节点非均匀分布网络模型下的能量空洞问题,提出了一种基于环的节点非均匀分布分簇算法(RCANND)。该算法在节点非均匀分布的网络模型下,通过每环的能耗最小化,计算每一环的最优簇首数;通过节点剩余能量、距基站距离以及与邻居节点的平均距离计算簇首选择度。在簇内以簇首选择度序列表进行簇首轮转,降低分簇次数,提高网络能量的利用效率。对提出的算法进行仿真对比实验,仿真结果表明,相同半径、不同分布模型下节点的平均能耗波动很小;相同分布模型、不同半径下节点的平均能耗波动也不明显。以网络中50%节点存活作为网络生命周期,在节点非均匀分布情况下,所提算法的网络生命周期比混合能量高效分布式不等分簇算法(UHEED)和轮转的混合能量高效分布式不等分簇算法(RUHEED)分别提高约18.1%和11.5%;在节点均匀分布模型下,所提算法的网络生命周期比基于分环的能量高效无线传感器网络分簇路由(RECR)协议提高约6.4%。所提算法有效均衡了不同分布模型下的能耗,有效延长了网络生命周期。
    基于等级的无线传感网自适应分簇算法
    肖玮, 涂亚庆
    2017, 37(6):  1532-1538.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1532
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    为解决现有无线传感器网络(WSN)分簇算法难以同时兼顾其异构性和移动性,从而引发网络寿命较短、网络数据吞吐量较低等问题,提出了基于节点等级的自适应分簇算法。该算法按轮运行,每轮分为自适应分簇、簇建立、数据传输三个阶段。为解决节点移动性引发的簇首数目和成簇规模不合理的问题,在自适应分簇阶段,根据子区域内节点数目变化对相应子区域进行细化或就近合并,以确保每个子区域内节点数目在合理范围内。在簇建立阶段,选举簇内等级最高的节点为簇首,解决异构性引发的部分节点能耗过快、网络寿命缩短的问题;节点等级除考虑节点剩余能量外,还结合WSN实际应用,由节点剩余能量、能量消耗速率、到基站的距离、到簇内其他节点的距离综合决定。基于OMNeT++和Matlab的仿真实验结果表明,在节点移动速度为0~0.6 m/s的能量异构WSN环境下,较移动低功耗自适应集簇分层(LEACH-Mobile)算法和分布式能量有效分簇(DEEC)算法,运用所提算法分簇的WSN寿命延长了30.9%以上,网络数据吞吐量是其他两种算法分簇的网络的1.15倍以上。
    基于能量优化的无线传感器网络动态分簇目标跟踪
    魏明东, 何小敏, 许亮
    2017, 37(6):  1539-1544.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1539
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    针对无线传感器网络动态分簇目标跟踪中的数据碰撞与簇首选择过程导致能耗过高问题,提出一种基于能量优化的无线传感器网络动态分簇方法。首先,构建时分竞选传输模型,主动避免动态簇内数据碰撞,降低节点能耗;然后,基于能量信息与跟踪质量,提出能量均衡的最远节点调度策略,优化簇头节点调度;最后,根据加权质心定位算法,完成目标跟踪任务。实验结果表明:在节点随机部署的环境下,所提方法对于非线性运动目标的平均跟踪精度为0.65 m,与多目标跟踪动态簇员选择方法(DCMS)相当,比分布式事件定位动态分簇目标跟踪算法(DELTA)提高了45.8%;能量消耗方面,与DCMS和DELTA相比,所提方法的动态跟踪簇能量消耗有效降低了61.1%,延长了网络寿命。
    可充电无线传感网络能量均衡路由算法
    谢小军, 于浩, 陶磊, 张信明
    2017, 37(6):  1545-1549.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1545
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    针对可充电无线传感网络中的能量均衡路由问题,提出在稳定功率无线充电和监测数据收集网络场景下的多路径路由算法和机会路由算法,以实现网络的能量均衡。首先,通过电磁传播理论构建了无线传感节点的充电和接收功率关系模型;然后,考虑网络中无线传感节点的发送能耗和接收能耗,基于上述充电模型将网络能量均衡的路由问题转化为网络节点运行时间的最大最小化问题,通过线性规划得到的各链路流量用以指导路由中数据流量分配;最后,考虑一种更加现实的低功耗的场景,并提出了一种基于机会路由的能量均衡路由算法。实验结果表明,与最短路径路由(SPR)和期望周期最短路由(EDC)算法相比较,所提出的两种路由算法均能有效提高采集能量的利用率和工作周期内的网络生命周期。
    基于动态时间规整距离指纹匹配的Wi-Fi网络室内定位算法
    张明洋, 陈剑, 闻英友, 赵宏, 王玉刚
    2017, 37(6):  1550-1554.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1550
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    Wi-Fi网络中常规的基于指纹匹配室内定位算法面临信号时变现象或人为干扰的影响,导致定位精度不高。为此,提出基于动态时间规整(DTW)距离相似性指纹匹配的Wi-Fi网络室内定位算法。首先,该算法将定位区域的Wi-Fi信号特征按照采样的先后顺序转化为时间序列类型指纹,通过计算Wi-Fi信号指纹动态时间规整距离的大小来获取定位点与样本点的相似性;然后,根据采样区域结构特征,将Wi-Fi信号指纹采集问题划分为三类基本的动态路径采样方式;最后,结合多种动态路径采样方式增加指纹特征信息的准确性和完整性,从而提高指纹匹配的准确性和定位精度。大量实验结果表明,较瞬时指纹匹配定位算法,所提算法误差范围在3m以内定位的累积错误率:路径区域匀速运动提高了10%,变速运动提高了13%;开放区域交叉曲线运动提高了9%,S型曲线运动提高了3%。所提算法在实际室内定位应用中能有效提高指纹匹配的准确性和定位精度。
    基于多目标优化的软件定义网络负载均衡方案
    刘必果, 束永安, 付应辉
    2017, 37(6):  1555-1559.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1555
    摘要 ( )   PDF (966KB) ( )  
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    针对软件定义网络(SDN)中控制平面的负载均衡问题,提出了一种基于多目标优化的动态交换机迁移算法(M-DSMA)。该算法首先将交换机与控制器之间的映射关系转变为0-1矩阵优化问题;其次,通过基于NSGA-Ⅱ的多目标遗传算法同时优化控制平面负载均衡度和交换机迁移所产生的通信开销这两个相互冲突的目标。在多目标优化过程中,利用适应度函数选择个体进行交叉变异,随后采用快速非支配排序对种群进行精英策略,产生下一代种群,使得整个种群不断进化,搜索较优的解。仿真实验结果表示,相比于动态交换机迁移算法(DSMA),M-DSMA在有效均衡控制平面负载的同时,降低了30%~50%的通信开销,且在提高控制平面可扩展性方面具有明显优势。
    端口故障粒度划分的虚通道动态分配式容错路由器设计
    杭彦希, 徐金甫, 南龙梅, 郭朋飞
    2017, 37(6):  1560-1568.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1560
    摘要 ( )   PDF (1275KB) ( )  
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    高可靠性是高性能片上网络路由器发展的重要方面,针对目前虚通道动态分配式路由器端口易发生故障的问题,提出了一种基于端口故障粒度划分的容错路由器设计。首先,结合虚通道动态分配方式的特殊性以及故障发生特性,建立了一种粒度划分的端口故障与拥塞预测模型;然后在此模型的基础上结合实时故障检测方法设计相关容错电路,增加邻端口共享模块,设计容错读写指针控制逻辑电路;最后依据设计的电路提出容错与拥塞缓解方案。实验结果表明,在各种端口故障模式下,该路由器均能保持较好的容错特性,性能衰减较小,并且具有较好的性能提升与面积开销比。
    空域自适应抗干扰在数据链通信中的应用
    吴迪
    2017, 37(6):  1569-1573.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1569
    摘要 ( )   PDF (801KB) ( )  
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    针对战场复杂电磁环境下数据链系统容易受到干扰导致通信互联互通能力下降的问题,提出了一种将智能天线阵空域陷波技术和数据链相对定位技术综合应用的抗干扰方法,来辅助提升系统的通信抗干扰能力。该方法通过数据链相对定位获取期望信号的来波方向,并对多天线阵列进行辐射方向图自主重构,实现在通信信号方向保持增益恒定且在干扰信号方向形成零陷的目标,达到干扰信号抑制的目的。在实验室环境下基于软件无线电平台对所提方法进行了仿真验证,实验结果表明,该方法可以提升40 dB以上的系统干扰抑制能力。该方法将数据链抗干扰手段从传统的时/频域拓展到空域,可以应用于相关系统抗干扰。
    先进计算
    Spark Streaming动态资源分配策略
    刘备, 谭新明, 曹文彬
    2017, 37(6):  1574-1579.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1574
    摘要 ( )   PDF (982KB) ( )  
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    针对Spark Streaming作为混合大数据计算平台流处理组件时资源调整周期长和不能满足多应用多用户个性化需求的问题,提出了一种多应用下动态资源分配策略(DRAM)。该策略增加了应用全局变量来控制动态资源分配过程。首先,获取历史执行数据反馈和应用全局变量;然后,进行资源增减计算;最后,进行资源增减执行。实验结果表明,所提策略能够有效调整应用资源配额,且在稳定数据流和不稳定数据流两种情况下,其处理延时相比原Spark平台的Streaming策略和Core策略都有所降低;同时该策略也能够提高集群资源利用率。
    大数据流式计算环境下的阈值调控节能策略
    蒲勇霖, 于炯, 王跃飞, 鲁亮, 廖彬, 侯冬雪
    2017, 37(6):  1580-1586.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1580
    摘要 ( )   PDF (1225KB) ( )  
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    在大数据实时分析计算领域,流式计算的重要性不断提高,但是流式计算平台处理数据的能耗不断上升。针对这一问题,改变流式计算中节点对数据的处理方式,提出了一种阈值调控节能策略(ESTC)。首先,根据系统负载差异确定工作节点的阈值情况;其次,通过工作节点的阈值对系统数据流进行随机选择,确定不同数据处理情况调节系统的物理电压;最后,根据不同的物理电压确定系统功率。实验结果和理论分析表明,在20台普通PC机构成的流式计算集群中,实施ESTC的系统比原系统有效节能约35.2%;此外,ESTC下的性能与能耗的比值为0.0803 tuple/(s·J),而原系统性能与能耗的比值为0.0698 tuple/(s·J)。ESTC能够在不影响系统性能的前提下,有效降低了能耗。
    网络空间安全
    基于动态信用等级的密文访问控制方案
    陈丹伟, 杨晟
    2017, 37(6):  1587-1592.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1587
    摘要 ( )   PDF (1146KB) ( )  
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    针对属性基加密机制(ABE)在移动互联网环境中计算开销较大且不够灵活的问题,提出了一种基于动态信用等级的密文策略属性基加密(CP-ABE)方案。首先,该方案引入"信用等级"属性用来标识用户的"信用"并以此划分用户等级,高"信用等级"用户仅需常数级的计算开销即可解密;同时,中央授权中心(CA)在设定的时间阈值评估用户的访问行为并动态更新用户的"信用等级",更新算法避免私钥的完全重新生成。理论分析和实验结果表明,随着高"信用等级"用户占比升高,所提方案系统总时间开销不断减少,最终达到稳定并优于传统方案。该方案在保证安全性的前提下,总体上提高了移动互联网环境中访问控制的效率。
    一类可抵抗恶意攻击的隐私集合交集协议
    罗小双, 杨晓元, 王绪安
    2017, 37(6):  1593-1598.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1593
    摘要 ( )   PDF (942KB) ( )  
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    针对安全两方计算中隐私集合交集计算问题,提出了一种改进的基于Bloom Filter数据结构的隐私集合交集协议。该协议能够保证双方在各自隐私安全的前提下,计算出两者数据集合的交集,其中只有一方能够计算出交集元素,另外一方无法计算得到交集,并且双方都不能获得或推测出对方除交集以外的任何集合元素,确保了参与双方敏感信息的安全保密。所提协议引入了基于身份的密钥协商协议,能够抵抗非法用户的恶意攻击,达到隐私保护和安全防御的目的,抵御了密钥泄露的风险,减少了加解密的运算量,并且具备支持较大规模集合数据的运算能力。
    两层传感网隐私保护的不完全数据Skyline查询协议
    左开中, 尚宁, 陶健, 王涛春
    2017, 37(6):  1599-1604.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1599
    摘要 ( )   PDF (1108KB) ( )  
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    感知节点感知数据易受外界环境影响,使得不完全数据广泛存在于无线传感器网络中,且感知数据面临严重的隐私威胁。针对两层传感器网络不完全数据查询过程中存在的隐私泄露问题,提出一种基于置换和桶技术的两层传感器网络隐私保护的不完全数据Skyline查询协议(PPIS)。为了实现对不完全数据的Skyline查询,PPIS将缺失属性值置换为数据域的上界值,并将不完全数据映射到桶中;为了保证数据隐私性,PPIS首先将桶区间转化为前缀编码,然后将前缀编码加载到Bloom过滤器中,保证存储节点在无需数据和桶区间明文的前提下执行查询处理;为了保证查询结果的完整性,PPIS采用Merkle哈希树构造完整性验证编码,实现对查询结果的完整性验证。理论分析和仿真实验验证了PPIS的安全性和有效性,与现有隐私保护Skyline查询协议SMQ和SSQ相比,PPIS通信能耗节省了70%以上。
    Zodiac密码算法的多维零相关线性分析
    程璐, 魏悦川, 潘晓中, 李安辉
    2017, 37(6):  1605-1608.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1605
    摘要 ( )   PDF (751KB) ( )  
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    分组密码算法Zodiac支持3种密钥长度,分别为Zodiac-128、Zodiac-192、Zodiac-256。利用零相关线性分析方法评估了Zodiac算法的安全性,首先根据算法的结构特性,构造了一些关于Zodiac算法的10轮零相关线性逼近,然后对16轮Zodiac-192进行了多维零相关分析。分析结果显示:攻击过程中一共恢复了19个字节的密钥,其数据复杂度约为2124.40个明密文对,计算复杂度为2181.58次16轮加密。由此可得:16轮(即全轮)192 bit密钥的Zodiac算法(Zodiac-192)对于零相关线性分析方法是不安全的。
    结合代数多重网格的钻石编码隐写算法
    杨明, 黄颖
    2017, 37(6):  1609-1615.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1609
    摘要 ( )   PDF (1121KB) ( )  
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    针对隐写算法安全性的问题,提出一种结合代数多重网格(AMG)的钻石编码(DE)隐写算法。首先,通过AMG方法将图像的像素点分成粗细网格两个部分。然后,结合DE把机密信息分别嵌入到粗细网格两个像素序列中。其中,粗网格部分像素的改变对整幅图像的质量影响较小,而细网格部分像素的改变对整幅图像的质量影响较大。又因为DE的k值跟信息隐藏容量密切相关,随着k值的增加像素改变量变大,所以用DE嵌入的过程中,粗网格部分选择的k值不小于细网格。最后,选择DE的k值等于1与2,提出了三种隐写方案。与最低有效位(LSB)置换、随机LSB匹配、DE算法和自适应边缘检测算法进行比较,实验结果表明,三种隐写方案的一阶Markov安全指标皆优于其他对比隐写算法。
    基于3D高效率视频编码背景的信息隐藏算法
    任帅, 索丽, 张弢, 杨涛, 慕德俊
    2017, 37(6):  1616-1619.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1616
    摘要 ( )   PDF (663KB) ( )  
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    针对秘密信息在公开网络传输的安全性和容量性问题,提出了一种基于高效率视频编码(HEVC)背景的信息隐藏算法。利用HEVC中多视点图像的背景图作为载体,首先对其进行lαβ分解得到三个灰度分量子图,然后选取αβ分量子图作离散余弦变换,最后将秘密信息重复嵌入到载体区域中。隐藏区域选取能量权重较低的αβ分量子图的离散余弦变换中频系数区域,且进行重复嵌入,使得算法具有良好的不可见性和鲁棒性。实验结果表明,所提算法比基于帧间和帧内算法不可见性分别提高16.1%和11.4%,鲁棒性分别提高55.5%和20.2%。
    面向密码流处理器的AES算法软件流水实现方法
    王寿成, 徐进辉, 严迎建, 李功丽, 贾永旺
    2017, 37(6):  1620-1624.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1620
    摘要 ( )   PDF (816KB) ( )  
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    针对轮函数在分组密码实现过程中耗时过长的问题,提出了面向可重构密码流处理器(RCSP)的高级加密标准(AES)算法软件流水实现方法。该方法将轮函数操作划分为若干流水段,不同流水段对应不同的并行密码资源,通过并行执行多个轮函数的不同流水段,从而开发指令级并行性提高轮函数执行速度,进而提升分组密码的执行性能。在RCSP的单簇、双簇和四簇运算资源下分析了AES算法的流水线划分过程和软件流水映射方法,实验结果表明,该软件流水实现方法使得单分组或多分组不同数据分块的操作并行执行,不仅能够提升单分组串行执行性能,还能够通过开发分组间的并行性来提高多分组并行执行性能。
    基于软件定义网络的云平台入侵防御方案设计与实现
    池亚平, 姜停停, 戴楚屏, 孙尉
    2017, 37(6):  1625-1629.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1625
    摘要 ( )   PDF (941KB) ( )  
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    针对传统的入侵防御系统是串联在网络环境中,处理能力有限且易造成网络拥塞的问题,面向云计算应用,设计了一种基于软件定义网络(SDN)的入侵防御方案。首先,在OpenStack平台中集成了SDN控制器。然后,利用控制器的可编程特性,设计了入侵检测和控制器的联动机制,实现了入侵防御功能。联动机制实现原理是在入侵检测系统检测到入侵时把入侵信息传给控制器,控制器下发安全策略到虚拟交换机,达到过滤入侵流量、动态阻止入侵行为的目的。最后,通过实验将所提方案与传统入侵防御方案相比较,对比分析结果表明,相比传统方案能成功检测85%入侵(攻击速率为12000 packet/s),所提方案的入侵检测效率在90%以上(攻击效率为40000 packet/s),可以用于提高云环境下入侵防御的检测效率。
    改进漏洞基础评分指标权重分配方法
    谢丽霞, 徐伟华
    2017, 37(6):  1630-1635.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1630
    摘要 ( )   PDF (896KB) ( )  
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    针对通用漏洞评分系统(CVSS)的基础评分指标权重分配过多依赖专家经验导致客观性不足的问题,提出一种漏洞威胁基础评分指标权重分配方法。首先,对评分要素的相对重要性进行排序;然后,采用指标权重组合最优搜索方法搜索权重组合方案;最后,结合灰色关联度分析方法,将基于专家经验决策的多个权重分配方案作为输入,获得权重组合方案。实验结果表明,与CVSS相比,从定量角度对比分析,所提方法评分结果分值分布比CVSS更为平缓连续,有效地避免了过多极端值的出现,并且评分分值分布的离散化更能客观有效地区分不同漏洞威胁的严重性;从定性角度对比分析,与CVSS中绝大多数漏洞(92.9%)被定为中高严重级别相比,所提方法在漏洞严重等级分配上实现了更为均衡的特征分布。
    基于优化数据处理的深度信念网络模型的入侵检测方法
    陈虹, 万广雪, 肖振久
    2017, 37(6):  1636-1643.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1636
    摘要 ( )   PDF (1400KB) ( )  
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    针对目前网络中存在的对已知攻击类型的入侵检测具有较高的检测率,但对新出现的攻击类型难以识别的缺陷问题,提出了一种基于优化数据处理的深度信念网络(DBN)模型的入侵检测方法。该方法在不破坏已学习过的知识和不严重影响检测实时性的基础上,分别对数据处理和方法模型进行改进,以解决上述问题。首先,将经过概率质量函数(PMF)编码和MaxMin归一化处理的数据应用于DBN模型中;然后,通过固定其他参数不变而变化一种参数和交叉验证的方式选择相对最优的DBN结构对未知攻击类型进行检测;最后,在NSL-KDD数据集上进行了验证。实验结果表明,数据的优化处理能够使DBN模型提高分类精度,基于DBN的入侵检测方法具有良好的自适应性,对未知样本具有较高的识别能力。在检测实时性上,所提方法与支持向量机(SVM)算法和反向传播(BP)网络算法相当。
    基于词袋模型的分布式拒绝服务攻击检测
    马林进, 万良, 马绍菊, 杨婷, 易辉凡
    2017, 37(6):  1644-1649.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1644
    摘要 ( )   PDF (1115KB) ( )  
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    针对分布式拒绝服务(DDoS)攻击有效荷载快速变化,人工干预需要依赖经验设定预警阈值以及异常流量特征码更新不及时等问题,提出一种基于二进制流量关键点词袋(BSP-BoW)模型的DDoS攻击检测算法。该算法可以自动从当前网络的流量数据中训练得到流量关键点(SP),针对不同拓扑网络进行自适应异常检测,减少频繁更新特征集带来的人工成本。首先,对已有的攻击流量和正常流量进行均值聚类,寻找网络流量中的SP;然后,将原有的流量转化映射到相应SP上使用直方图进行形式化表达;最后,通过欧氏距离进行DDoS攻击的分类检测。在公开数据库DARPA LLDOS1.0上的实验结果表明,所提算法的异常网络流量识别率优于现有的局部加权学习(LWL)、支持向量机(SVM)、随机树(Random Tree)、logistic回归分析(logistic)、贝叶斯(NB)等方法。所提的基于词袋聚类模型算法在拒绝服务攻击的异常流量识别中有很好的识别效果和泛化能力,适合部署在中小企业(SME)网络流量设备上。
    基于深度学习的安卓恶意应用检测
    苏志达, 祝跃飞, 刘龙
    2017, 37(6):  1650-1656.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1650
    摘要 ( )   PDF (1160KB) ( )  
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    针对传统安卓恶意程序检测技术检测准确率低,对采用了重打包和代码混淆等技术的安卓恶意程序无法成功识别等问题,设计并实现了DeepDroid算法。首先,提取安卓应用程序的静态特征和动态特征,结合静态特征和动态特征生成应用程序的特征向量;然后,使用深度学习算法中的深度置信网络(DBN)对收集到的训练集进行训练,生成深度学习网络;最后,利用生成的深度学习网络对待测安卓应用程序进行检测。实验结果表明,在使用相同测试集的情况下,DeepDroid算法的正确率比支持向量机(SVM)算法高出3.96个百分点,比朴素贝叶斯(Naive Bayes)算法高出12.16个百分点,比K最邻近(KNN)算法高出13.62个百分点。DeepDroid算法结合了安卓应用程序的静态特征和动态特征,采用了动态检测和静态检测相结合的检测方法,弥补了静态检测代码覆盖率不足和动态检测误报率高的缺点,在特征识别的部分采用DBN算法使得网络训练速度得到保证的同时还有很高的检测正确率。
    移动社交网络中可保护隐私的快速邻近检测方法
    崔炜荣, 杜承烈
    2017, 37(6):  1657-1662.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1657
    摘要 ( )   PDF (948KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对邻近检测中的用户隐私保护问题,提出了一种可保护隐私的快速邻近检测方法。该方法用网格划分地图。在邻近检测的过程中:首先,用户的邻近区域被转化为其周边网格的集合;然后,利用隐私交集运算(PSI)计算用户邻近区域的交集以达到保护隐私的目的;最后,依据交集是否为空进行邻近判定。分析和实验结果表明,与现有的基于私密相等性检测以及基于坐标变换的方法相比,所提方法解决了邻近检测中隐私保护的公平性问题,能够较好地防范勾结攻击,并且具备较高的计算效率。
    人工智能
    基于信息物理融合系统执行器输出事件的价值评价调度策略
    张晶, 陈垚, 范洪博, 孙俊
    2017, 37(6):  1663-1669.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1663
    摘要 ( )   PDF (1059KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对于信息物理融合系统状态转移实时过程会影响系统性能及其正确性的问题,针对执行器的输出事件驱动系统状态转移过程,提出一种基于信息熵与数据质量的执行器输出事件的价值评价调度策略——VE-IE&QoD。首先,以超致密时间模型表达事件的实时性,定义输出事件的自信息量、执行器的信息熵及其数据质量分别为价值评价的函数指标;然后,对执行器执行任务的过程进行价值评价,并考虑适当增加加权系数;最后,利用Ptolemy Ⅱ平台建立包含价值评价调度策略、传统最早截止时间优先(EDF)调度算法以及考虑信息熵的IE*调度策略的离散事件模型。分析不同算法模型的运行情况,对比价值评价的变化以及执行时间,实验结果表明,价值评价调度策略可降低系统平均执行时间,提高内存使用效率与任务价值评价。该策略能在一定程度上提高系统性能及其正确性。
    基于扩展BP神经网络的一类非线性系统自适应控制设计
    陈浩广, 王银河
    2017, 37(6):  1670-1673.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1670
    摘要 ( )   PDF (611KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对单输入单输出非线性系统的不确定性问题,提出了一种新型的基于扩展反向传播(BP)神经网络的自适应控制方法。首先,采用离线数据来训练BP神经网络的权值向量;然后,通过在线调节伸缩因子和逼近精度估计值的更新律,从而来达到控制整个系统的目的。在控制器的设计过程中,利用李亚普诺夫稳定性分析原理,保证了闭环系统的所有状态一致终极有界(UUB)。相比传统的BP神经网络自适应控制,所提方法能有效地减少在线调节的参数数目、减轻计算负担。仿真结果表明,该方法能够使闭环系统的所有状态都趋于零,即系统达到稳定状态。
    针对Lasso问题的多维权重求解算法
    陈善雄, 刘小娟, 陈春蓉, 郑方园
    2017, 37(6):  1674-1679.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1674
    摘要 ( )   PDF (809KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    最小绝对收缩和选择算子(Lasso)在数据维度约减、异常检测方面有着较强的计算优势。针对Lasso用于异常检测中检测精度不高的问题,提出了一种基于多维度权重的最小角回归(LARS)算法解决Lasso问题。首先考虑每个回归变量在回归模型中所占权重不同,即此属性变量在整体评价中的相对重要程度不同,故在LARS算法计算角分线时,将各回归变量与剩余变量的联合相关度纳入考虑,用来区分不同属性变量对检测结果的影响;然后在LARS算法中加入主成分分析(PCA)、独立权数法、基于Intercriteria相关性的指标的重要度评价(CRITIC)法这三种权重估计方法,并进一步对LARS求解的前进方向和前进变量选择进行优化。最后使用Pima Indians Diabetes数据集验证算法的优良性。实验结果表明,在更小阈值的约束条件下,加入多维权重后的LARS算法对Lasso问题的解具有更高的准确度,能更好地用于异常检测。
    基于对偶随机投影的线性核支持向量机
    席茜, 张凤琴, 李小青, 管桦, 陈桂茸, 王梦非
    2017, 37(6):  1680-1685.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1680
    摘要 ( )   PDF (809KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对大型支持向量机(SVM)经随机投影特征降维后分类精度下降的问题,结合对偶恢复理论,提出了面向大规模分类问题的基于对偶随机投影的线性核支持向量机(drp-LSVM)。首先,分析论证了drp-LSVM相关几何性质,证明了在保持与基于随机投影降维的支持向量机(rp-LSVM)相近几何优势的同时,其划分超平面更接近于用全部数据训练得到的原始分类器。然后,针对提出的drp-LSVM快速求解问题,改进了传统的序列最小优化(SMO)算法,设计了基于改进SMO算法的drp-LSVM分类器。最后实验结果表明,drp-LSVM在继承rp-LSVM优点的同时,减小了分类误差,提高了训练精度,并且各项性能评价更接近于用原始数据训练得到的分类器;设计的基于改进SMO算法的分类器不但可以减少内存消耗,同时可以拥有较高的训练精度。
    求解TSP的改进信息素二次更新与局部优化蚁群算法
    许凯波, 鲁海燕, 程毕芸, 黄洋
    2017, 37(6):  1686-1691.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1686
    摘要 ( )   PDF (961KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对蚁群(ACO)算法收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺陷,提出了一种改进信息素二次更新局部优化蚁群算法(IPDULACO)。该算法对蚁群搜索到的当前全局最优解中路径贡献度大于给定的路径贡献阈值的子路径信息素进行二次更新,以提高构成潜在最优解的子路径被选择的概率,从而加快算法的收敛。然后,在搜索过程中,当蚁群陷入局部最优时,使用随机插入法对局部最优解中城市的排序进行调整,以增强算法跳出局部最优解的能力。将改进算法应用于若干经典的旅行售货商问题(TSP)进行仿真实验,实验结果表明,对于小规模的TSP,IPDULACO可以在较少的迭代次数内获得已知最优解;对于较大规模的TSP,IPDULACO可以在较少的迭代次数内获得更精确的解。因此,IPDULACO具有更强的搜索全局最优解的能力和更快的收敛速度,可以高效求解TSP。
    基于多类指数损失函数逐步添加模型的改进多分类AdaBoost算法
    翟夕阳, 王晓丹, 雷蕾, 魏晓辉
    2017, 37(6):  1692-1696.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1692
    摘要 ( )   PDF (877KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    多类指数损失函数逐步添加模型(SAMME)是一种多分类的AdaBoost算法,为进一步提升SAMME算法的性能,针对使用加权概率和伪损失对算法的影响进行研究,在此基础上提出了一种基于基分类器对样本有效邻域分类的动态加权AdaBoost算法SAMME.RD。首先,确定是否使用加权概率和伪损失;然后,求出待测样本在训练集中的有效邻域;最后,根据基分类器针对有效邻域的分类结果确定基分类器的加权系数。使用UCI数据集进行验证,实验结果表明:使用真实的错误率计算基分类器加权系数效果更好;在数据类别较少且分布平衡时,使用真实概率进行基分类器筛选效果较好;在数据类别较多且分布不平衡时,使用加权概率进行基分类器筛选效果较好。所提的SAMME.RD算法可以有效提高多分类AdaBoost算法的分类正确率。
    基于用户身份特征的多标签分类算法
    郑晓雪, 张大方, 刁祖龙
    2017, 37(6):  1697-1701.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1697
    摘要 ( )   PDF (857KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    目前对于智慧校园中的家校沟通,缺乏一种衡量和参考的方法。针对智慧校园中特有的聊天特点即存在明显的身份特征,提出了一种基于用户身份特征的多标签分类算法——Adaboost.ML。首先,新增加了启发式规则;然后,引入Adaboost.MH算法,同时摒弃了把数据集进行分片的概念;最后,直接利用单条数据作为分析的焦点,减少了由于时间片边缘带来的误差和推断时间,综合决策出聊天用户之间的关联关系。实验结果表明,与基于规则的启发式方法相比,所提算法在智慧校园数据集上的误报率、漏报率分别降低了53%、66%,同时在微信数据集上也具有良好的分类效果。该算法已应用到智慧校园项目中,能够迅速并准确地了解到家校沟通的情况。
    基于深度卷积神经网络的航空器检测与识别
    俞汝劼, 杨贞, 熊惠霖
    2017, 37(6):  1702-1707.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1702
    摘要 ( )   PDF (1130KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用场景,建立了一套实时目标检测识别框架,将深度卷积神经网络应用到大尺寸图像中的航空器目标检测与识别任务中。首先,将目标检测的任务看成空间上独立的bounding-box的回归问题,用一个24层卷积神经网络模型来完成bounding-box的预测;然后,利用图像分类网络来完成目标切片的分类任务。大尺寸图像上的传统目标检测识别算法通常在时间效率上很难突破,而基于卷积神经网络的航空器目标检测识别算法充分利用了计算硬件的优势,大大缩短了任务耗时。在符合应用场景的自采数据集上进行测试,所提算法目标检测实时性达到平均每张5.765 s,在召回率65.1%的工作点上达到了79.2%的精确率,分类网络的实时性达到平均每张0.972 s,Top-1错误率为13%。所提框架在军用机场大尺寸卫星图像中航空器检测识别的具体应用问题上提出了新的解决思路,同时保证了实时性和算法精度。
    改进的卷积神经网络行人检测方法
    徐超, 闫胜业
    2017, 37(6):  1708-1715.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1708
    摘要 ( )   PDF (1327KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了在行人检测任务中使卷积神经网络(CNN)选择出更优模型并获得定位更准确的检测框,提出一种改进的基于卷积神经网络的行人检测方法。改进主要涉及两个方面:如何决定CNN样本迭代学习次数和如何进行重合窗口的合并。首先,关于CNN样本迭代次序问题,在顺序迭代训练多个CNN分类模型的基础上,提出一种基于校验集正确率及其在迭代系列分类器中展现出的稳定性进行更优模型选择的策略,以使最终选择的分类器推广能力更优。其次,提出了一种不同于非极大值抑制(NMS)的多个精确定位回归框合并机制。精确定位回归框的获取以CNN检测过程输出的粗定位框作为输入。然后,对每个粗定位框应用CNN精确定位过程并获得对应的精确定位回归框。最后,对多个精确定位回归框进行合并,合并过程考虑了每个精确定位回归框的正确概率。更精确地说,最终的合并窗口是基于多个相关的精确定位回归框的概率加权求和方式获得。针对提出的两个改进,在国际上广泛使用的行人检测公共测试数据集ETH上进行了一系列实验。实验结果表明,所提的两个改进方法均能有效地提高系统的检测性能,在相同的测试条件下,融合两个改进的方法相比Fast R-CNN算法检测性能提升了5.06个百分点。
    基于原子Fisher判别准则约束字典学习算法
    李争名, 杨南粤, 岑健
    2017, 37(6):  1716-1721.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1716
    摘要 ( )   PDF (1114KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了提高字典的判别性能,提出基于原子Fisher判别准则约束的字典学习算法AFDDL。首先,利用特定类字典学习算法为每个原子分配一个类标,计算同类原子和不同类原子间的散度矩阵。然后,利用类内散度矩阵和类间散度矩阵的迹的差作为判别式约束项,促使不同类原子间的差异最大化,并在最小化同类原子间差异的同时减少原子间的自相关性,使得同类原子尽可能地重构某一类样本,提高字典的判别性能。在AR、FERET和LFW三个人脸数据库和USPS手写字体数据库中进行实验,实验结果表明,在四个图像数据库中,所提算法在识别率和训练时间方面均优于类标一致的K奇异值分解(LC-KSVD)算法、局部特征和类标嵌入约束的字典学习(LCLE-DL)算法、支持矢量指导的字典学习(SVGDL)算法和Fisher判别字典学习算法;且在四个数据库中,该算法也比稀疏表示分类(SRC)和协同表示分类(CRC)取得更高的识别率。
    改进耦合字典学习的脑部CT/MR图像融合方法
    董侠, 王丽芳, 秦品乐, 高媛
    2017, 37(6):  1722-1727.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1722
    摘要 ( )   PDF (1146KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对目前使用单字典表示脑部医学图像难以得到精确的稀疏表示进而导致图像融合效果欠佳,以及字典训练时间过长的问题,提出了一种改进耦合字典学习的脑部计算机断层成像(CT)/磁共振成像(MR)图像融合方法。该方法首先将CT和MR图像对作为训练集,使用改进的K奇异值分解(K-SVD)算法联合训练分别得到耦合的CT字典和MR字典,再将CT和MR字典中的原子作为训练图像的特征,并使用信息熵计算字典原子的特征指标;然后,将特征指标相差较小的原子看作公共特征,其余为各自特征,并分别使用"平均"和"选择最大"的规则融合CT和MR字典的公共特征和各自特征得到融合字典;其次,将配准的源图像编纂成列向量并去除均值,在融合字典的作用下由系数重用正交匹配追踪(CoefROMP)算法计算得到精确的稀疏表示系数,再分别使用"2范数最大"和"加权平均"的规则融合稀疏表示系数和均值向量;最后通过重建得到融合图像。实验结果表明,相对于3种基于多尺度变换的方法和3种基于稀疏表示的方法,所提方法融合后图像在亮度、清晰度和对比度上都更优,客观参数互信息、基于梯度、基于相位一致和基于通用图像质量指标在三组实验条件下的均值分别为:4.1133、0.7131、0.4636和0.7625,字典学习在10次实验条件下所消耗的平均时间为5.96 min。该方法可以应用于临床诊断和辅助治疗。
    闭环全生命周期管理系统中知识集成与语义标注
    桑成, 程健, 史一明
    2017, 37(6):  1728-1734.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1728
    摘要 ( )   PDF (1131KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了解决闭环全生命周期管理系统中知识相互独立、无法共享的问题,针对闭环全生命周期特点,提出了一种知识集成与语义标注方法。首先,简要阐述了闭环全生命周期管理系统中知识集成与语义标注的内涵;其次,利用本体技术对低温等离子体设备构建了多维度、多层次知识集成框架;然后,在此基础上,给出了知识文档语义标注流程,设计出一种文档语义向量与本体语义向量的提取与匹配计算方法,完成了低温等离子体设备中一个子系统的知识文档语义标注。设计测试实验并进行验证,实验结果表明,利用闭环全生命周期管理系统中的知识文档数据集进行语义标注,平均准确率达到84%,平均召回率达到79%。所提知识集成与语义标注方法可以实现知识文档在闭环全生命周期管理系统中的共享与重用。
    基于神经网络模型的产品属性情感分析
    刘新星, 姬东鸿, 任亚峰
    2017, 37(6):  1735-1740.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1735
    摘要 ( )   PDF (897KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对基于词向量的神经网络模型在产品属性情感分析中效果不佳的问题,提出一种集成离散特征和词向量特征的开关递归神经网络模型。首先,通过直接循环图为语句建模,采用开关递归神经网络模型完成产品属性情感分析任务;然后,在开关递归神经网络模型中集成离散特征和词向量特征;最后,分别在流水线、联合、折叠三种任务模型中完成属性提取和情感分析任务。以宏观F1分数作为评估指标,在SemEval-2014的笔记本电脑和餐馆评论数据集上做实验。开关递归神经网络模型的F1分数为:48.21%和62.19%,超过普通递归神经网络模型近1.5个百分点,因而开关递归神经网络能够有效捕获复杂特征,提升产品属性情感分析的效果。而集成离散特征和词向量特征的神经网络模型的F1分数为:49.26%和63.31%,均超过基线结果0.5到1个百分点,表明离散特征和词向量特征互相促进,另一方面,也表明仅仅基于词向量的神经网络模型仍有提升空间。三种任务模型中,流水线模型的F1分数最高,表明应将属性提取和情感分析任务分开完成。
    面向阅读理解的句子组合模型
    王元龙
    2017, 37(6):  1741-1746.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1741
    摘要 ( )   PDF (965KB) ( )  
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    阅读理解任务需要综合运用文本的表示、理解、推理等自然语言处理技术。针对高考语文中文学作品阅读理解的选项题问题,提出了基于分层组合模式的句子组合模型,用来实现句子级的语义一致性计算。首先,通过单个词和短语向量组成的三元组来训练一个神经网络模型;然后,通过训练好的神经网络模型来组合句子向量(两种组合方法:一种为递归方法;另一种为循环方法),得到句子的分布式向量表示。句子间的一致性利用两个句子向量之间的余弦相似度来表示。为了验证所提方法,收集了769篇模拟材料+13篇北京高考语文试卷材料(包括原文与选择题)作为测试集。实验结果表明,与传统最优的基于知网语义方法相比,循环方法准确率在高考材料中提高了7.8个百分点,在模拟材料中提高了2.7个百分点。
    计算机视觉与虚拟现实
    一种新压缩顶点链码
    魏巍, 段晓东, 刘勇奎, 郭晨
    2017, 37(6):  1747-1752.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1747
    摘要 ( )   PDF (940KB) ( )  
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    链码是一种以较少的数据存储表示线条、曲线和区域边界的编码技术。为进一步提高链码的压缩效率,提出了一种新的压缩顶点链码:改进的正交3方向顶点链码(IO3DVCC)。IO3DVCC将顶点链码(VCC)的统计特征与正交3方向链码(3OT)的方向特征相结合,共设5个码值。码值1将VCC中的1、3组合和3、1组合归并表示,码值2与VCC的对应码值表达相同,码值3与3OT中的码值2表达相同,码值4和码值5分别对应2个连续的新链码码值1和8个连续的VCC码值2。新链码基于Huffman编码,为不定长编码。针对100幅图像的轮廓边界,统计并计算了IO3DVCC与改进的相对8方向Freeman链码(ERD8FCC)、基于算数编码的变长相对四方向Freeman链码(AVRF4)、基于算数编码的正交3方向链码(Arith_3OT)、压缩VCC (CVCC)和改进的CVCC (ICVCC)6种链码各码值出现的概率、平均码值表达能力、平均码长和链码效率。实验结果表明,IO3DVCC效率最高。针对随机选择的20幅轮廓边界图像,统计并计算了IO3DVCC、Arith_3OT和ICVCC3种链码表达的总码数、二进制总位数,以及相对于8方向Freeman链码的压缩比率。实验结果表明,IO3DVCC的压缩效果最好。
    基于草图局部几何不变矩的图像检索方法
    鲍振华, 康宝生, 张雷, 张婧
    2017, 37(6):  1753-1758.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1753
    摘要 ( )   PDF (925KB) ( )  
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    利用草图进行图像检索的难点在于对不同尺度、位置、旋转及形变图像的有效检索。为了更准确地识别并检索不同尺度、位置和旋转的图像,提出一种基于草图局部几何不变矩的图像检索方法(SBIRULGMI)。首先,利用图像的几何特征分别确定各图像的坐标系;然后,在生成的坐标系中对图像进行平均分块并计算各块的几何不变矩作为特征向量;接着,用改进的欧氏距离计算目标图像与数据库图像的相似度;最后,采用蚁群(ACO)算法对按照相似度排序后的检索结果进行优化。所提方法在MPEG-7 shape1 part B图像数据库的检索识别准确率比形状上下文(SC)、边缘分布直方图(EOH)、局部线性高波特征(GALIF)及MindFinder方法平均提高了17个百分点。实验结果表明该方法对不同平移、缩放和翻转的图像有较好的识别效果,对图像一定程度的旋转和形变具有更好的鲁棒性。
    基于ORB-LATCH的特征检测与描述算法
    李卓, 刘洁瑜, 李辉, 周小刚, 李维鹏
    2017, 37(6):  1759-1762.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1759
    摘要 ( )   PDF (794KB) ( )  
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    针对基于学习安排的三元组(LATCH)二进制描述子不具备尺度不变性且其旋转不变性,需要特征检测子辅助的问题,提出了一种基于快速定向旋转二进制稳健基元独立特征(ORB)和LATCH相结合的特征检测与描述算法。首先,在图像金字塔尺度空间上进行加速段测试特征(FAST)检测;然后,采用ORB灰度质心方法来进行方向补偿;最后,对特征进行LATCH描述。实验结果表明,所提算法具备运算量小、实时性高以及旋转和尺度不变性的特点,在相同的准确率下,其召回率优于ORB和哈里斯-LATCH (HARRIS-LATCH)算法,其匹配内点率比ORB算法提高了4.2个百分点。该算法在保持实时性的同时进一步缩小了与基于直方图的尺度不变特征变换(SIFT)和加速健壮特征(SURF)算法之间的精度差距,可对图像序列进行快速且精确的实时处理。
    基于特征矩阵相似性度量的形状对应性分析
    田华, 刘俣男, 顾家莹, 陈俏
    2017, 37(6):  1763-1767.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1763
    摘要 ( )   PDF (920KB) ( )  
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    针对快速、高效的三维模型形状分析与匹配技术的迫切需求,提出了融合内蕴热核特征与局部体积特征的三维模型对应形状分析方法。首先,通过拉普拉斯映射以及热核分布提取模型的内蕴形状特征;其次,结合模型热核特征的稳定性与局部空间体积的显著性,建立特征匹配矩阵;最后,通过特征矩阵相似性度量及最短路径搜索实现模型的配准与形状匹配分析。实验结果表明,融合热核距离以及局部体积约束的形状分析方法不仅有效地提高了模型匹配的效率,而且能够有效地识别同一类模型的结构特征,可以应用于进一步实现多组模型的协同分割与模型检索。
    基于未标签信息主动学习算法的高光谱影像分类
    张良, 罗祎敏, 马洪超, 张帆, 胡川
    2017, 37(6):  1768-1771.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1768
    摘要 ( )   PDF (666KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对高光谱遥感影像分类中,传统的主动学习算法仅利用已标签数据训练样本,大量未标签数据被忽视的问题,提出一种结合未标签信息的主动学习算法。首先,通过K近邻一致性原则、前后预测一致性原则和主动学习算法信息量评估3重筛选得到预测标签可信度高并具备一定信息量的未标签样本;然后,将其预测标签当作真实标签加入到标签样本集中;最后,训练得到更优质的分类模型。实验结果表明,与被动学习算法和传统的主动学习算法相比,所提算法能够在同等标记的代价下获得更高的分类精度,同时具有更好的参数敏感性。
    基于帧内预测模式多划分的HEVC鲁棒视频水印算法
    蔡春亭, 冯桂, 王驰, 韩雪
    2017, 37(6):  1772-1776.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1772
    摘要 ( )   PDF (778KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有基于高效视频编码(HEVC)标准的水印算法鲁棒性不足的问题,提出一种基于帧内预测模式多划分的HEVC鲁棒视频水印算法。首先,针对嵌入水印后帧内误差传播的问题,对4×4亮度块进行可嵌区域的选择,并计算4×4亮度块的纹理方向;其次,将33种角度预测模式划分为四种模式集,依次记为:上水平、下水平、上垂直、下垂直;最后,将当前以及下一待嵌入水印的值与模式集建立映射关系,通过判断当前4×4块属于哪个模式集来进行水印的嵌入,并将33种角度模式截断为其中一种模式集。解码端通过纹理方向和预测模式集提取水印。实验结果表明,所提算法的平均峰值信噪比维持不变,且在重编码攻击下的误码率(BER)为14.1%。由此可知,该算法对视频质量影响很小,在鲁棒性上可以抵抗重编码的攻击。
    基于背景减除法的视频序列运动目标检测
    刘仲民, 何胜皎, 胡文瑾, 李战明
    2017, 37(6):  1777-1781.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1777
    摘要 ( )   PDF (789KB) ( )  
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    视频序列中运动目标的检测是目标识别、标记和追踪的重要组成部分,背景减除法是运动目标检测中被广泛应用的算法。针对光线变化、噪声和局部运动等影响运动目标检测效果的问题,提出一种基于背景减除法的视频序列运动目标检测算法。该算法结合背景减除法和帧间差分法,对当前帧像素点的运动状态进行判断,分别对静止和运动的像素点进行替换和更新,采用最大类间方差(Otsu)法对差分图像进行目标提取,并使用数学形态学运算去除目标中的噪声和冗余信息。实验结果表明,所提算法对于视频序列中运动目标的检测具有较好的视觉效果和较高的准确度,能够克服局部运动以及噪声等缺陷。
    基于PCA-SVM准则改进区域生长的非结构化道路识别
    王新晴, 孟凡杰, 吕高旺, 任国亭
    2017, 37(6):  1782-1786.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1782
    摘要 ( )   PDF (861KB) ( )  
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    针对智能车辆在非结构化道路识别中需要采用众多的特征参数,增加了特征融合识别难度与计算复杂度,并且部分背景与道路区域存在相似性会产生道路识别的误分、误判的问题,提出了一种基于主成分分析的支持向量机(PCA-SVM)准则改进区域生长的非结构化道路识别算法。首先,对非结构化道路颜色、纹理等复杂特征信息进行提取,采用PCA对提取的特征信息进行降维;然后,利用降维后的主元特征对SVM进行训练后作为复杂道路单元格的分类器。利用道路位置、起始单元格等先验知识以及道路边界单元格统计特征改进区域生长方法,在单元格生长时利用分类器判别,排除误判区域。实际道路检测结果表明,所提算法具有较好的鲁棒性,能够有效识别非结构化路面区域。对比结果表明,所提算法在保证准确率的同时,将10余维复杂特征信息压缩为3维主元特征,相比传统算法可缩短计算时间一半以上。针对背景与道路相似区域造成的传统算法10%左右的误判问题,所提算法能够有效排除。在野外环境下基于视觉的局部路径规划与导航方面,所提算法为缩短识别时间、排除背景干扰提供了可行途径。
    基于邻域总变分和势直方图函数的高分辨率遥感影像建筑物提取
    施文灶, 刘金清
    2017, 37(6):  1787-1792.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1787
    摘要 ( )   PDF (1093KB) ( )  
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    针对现在的高分辨率遥感影像建筑物识别与提取方法存在的准确率低及数据要求严格等问题,提出一种基于邻域总变分(NTV)和势直方图函数(PHF)的方法。首先,计算遥感影像各像元的加权邻域总变分似然函数取值,并进行区域生长分割,将矩形度和长宽比作为约束条件提取候选建筑物;然后,进行阴影自动提取;最后,利用数学形态学对阴影进行处理,计算处理后的阴影和候选建筑物之间的邻接关系得到建筑物,并用最小外接矩形对其边界进行拟合。为了验证所提算法的有效性,选取深圳市PLEIADES影像中9幅具有代表性的子影像进行实验。实验结果表明,所提方法的平均查准率和平均查全率分别达到97.71%和84.21%,与水平集和基于颜色不变性特征两种建筑物提取方法相比,在总体性能F1上具有10%以上的提高。
    基于一般线性模型的功能磁共振成像回归量正交化
    戴和谱, 刘刚, 何妍妍
    2017, 37(6):  1793-1797.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1793
    摘要 ( )   PDF (904KB) ( )  
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    针对功能磁共振成像(fMRI)模型回归量之间存在共线性的问题,提出了一种正交化的方法。首先,确定感兴趣以及待正交的回归量;其次,从待正交回归量中减去与感兴趣回归量相关的部分,使模型中共线的回归量正交分解为相互独立的部分,以此来消除共线性的影响。此外,还讨论和分析了正交化对一般线性模型的影响。最后,分别使用一些合成数据和当前一个流行的fMRI数据分析软件包——脑功能磁共振图像软件包(FSL)进行实验。实验结果表明,正交化方法可以消除模型中的共线性,并且提高感兴趣回归量的显著性,从而实现准确的脑功能定位,可以应用于对脑的基础研究和临床治疗。
    基于立体视觉的高精度标定与测量方法
    孔颖乔, 赵健康, 夏轩
    2017, 37(6):  1798-1802.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1798
    摘要 ( )   PDF (757KB) ( )  
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    立体视觉测量系统中,光学系统产生的畸变使目标的成像偏离了理论成像点,导致系统产生测量误差。针对提高系统测量精度的问题,提出一种基于立体视觉的测量方法。首先,根据标定板上各角点的像素分辨率,拟合整个成像平面的四次多项式,且多项式的系数与物体到相机的距离成比例;然后,应用双目测距原理,测量被测物体的纵向距离;最后,基于所得的多项式,应用单目相机测量待测物体的横向尺寸。实验结果表明,对于所提方法,当物体距离相机5 m以内时,其纵向距离误差可以减小到5%以内;当物体距离相机1 m时,其横向宽度测量误差在0.5 mm内,逼近理论最高分辨率。
    计算机软件技术
    基于同余方程和改进的压扁控制流的混淆算法
    王岩, 黄章进, 顾乃杰
    2017, 37(6):  1803-1807.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1803
    摘要 ( )   PDF (720KB) ( )  
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    针对现有控制流混淆算法的混淆结果单一的问题,提出了一种基于同余方程和改进的压扁控制流混淆算法。首先,使用密钥和一组同余方程来生成源代码的基本块中需要使用的不透明谓词;其次,基于Logistic混沌映射提出了一种新的N态不透明谓词构造算法,并将其应用到现有的压扁控制流算法中,对现有的压扁控制流算法进行改进;最后,将上述两个对源码进行混淆的算法结合,以此来增加源代码中控制流的复杂度,使其更难被破解。与现有的基于混沌不透明谓词的压扁控制流算法相比,所提混淆算法使混淆后代码的防篡改攻击时间平均提高了22%以上,总圈复杂度平均提高了34%以上。实验结果表明,所提算法能够保证混淆后程序执行结果的正确性并且具有很高的圈复杂度,能够有效地抵抗静态攻击和动态攻击。
    综合模块化航空电子分区配置启动机制
    王运盛, 雷航
    2017, 37(6):  1808-1813.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1808
    摘要 ( )   PDF (1045KB) ( )  
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    为了解决综合模块化航空电子(IMA)系统资源分配问题并明确分区启动时间,以VxWorks 653分区操作系统为研究实例,针对分区配置和启动过程采用统一建模语言(UML)建立了包括类图和时序图在内的模型。该模型深入地分析了分区配置和启动机制,说明了分区配置在资源分配以及操作系统编译和分区初始化过程中的作用,阐述了分区"冷启动"和"热启动"模式的差别,并建立了实验平台测试两种启动模式的启动时间,测试结果显示分区冷启动和热启动的时间分别为148 ms和8.5 ms,进而提出了这两种分区启动模式的应用场景以及分区配置和应用程序软件启动初始化设计的策略。例如在建立分区主时间框架和健康监控策略过程中应确定分区启动的方式并充分考虑分区启动时间,这些设计策略也适用于其他高安全性应用环境中分区系统的设计。
    应用前沿尧交叉与综合
    贪婪搜索算法在卫星调度中的应用
    单国厚, 刘建, 水艳, 李丽华, 喻光晔
    2017, 37(6):  1814-1819.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1814
    摘要 ( )   PDF (916KB) ( )  
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    针对采用天气预报的滞后云层进行卫星调度影响观测图像质量和观测收益的问题,提出一种获取实时云层的数学模型,并基于此构建考虑实时变换云层的敏捷观测卫星(AEOS)调度模型。由于贪婪搜索算法(GSA)具有局部优化的特性,能够充分考虑卫星观测的云层和有限存储资源等约束,研究了GSA在该卫星调度问题中的应用。首先,GSA优先考虑观测任务的云层遮挡,并根据云层遮挡大小,计算待观测任务的图像质量,将之排序选择待观测的任务;其次,结合任务的大小、截止时间和卫星的存储资源约束,选择能够给观测收益带来最大化的任务;最后,进行观测和任务传送。仿真实验表明,在任务数为100的情况下,采用GSA进行卫星调度的任务收益比常用于卫星调度的动态规划算法(DPA)所获得任务收益提高了14.82%,比局部搜索算法(LSA)所获得任务收益提高了10.32%,并且同等条件下,采用GSA得到的观测图像的质量比其他两种方法得到的图像质量更高。实验结果表明,GSA在实际卫星调度中,能够有效地提高图像观测质量和任务观测收益。
    应用于石油钻井安全评价的改进主成分分析贝叶斯判别方法
    任冬梅, 张宇洋, 董新玲
    2017, 37(6):  1820-1824.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2017.06.1820
    摘要 ( )   PDF (753KB) ( )  
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    针对主成分分析-贝叶斯判别法(PCA-BDA)仅支持安全评价但不能发现危险因素的问题,引入属性重要度的概念,提出一种改进的PCA-BDA算法,并将其应用于石油钻井安全评价。首先,使用原始PCA-BDA方法评估出各条记录的安全等级;然后,利用主成分分析(PCA)过程中的特征向量矩阵,贝叶斯判别(BDA)过程中的判别函数矩阵,以及各安全等级的权重计算得出属性重要度;最后,通过参考属性重要度来调控属性。安全评价准确率的对比实验中,改进PCA-BDA方法准确率达到96.7%,明显高于层次分析法(AHP)和模糊综合评价法(FCE)。调控属性的仿真实验中,调控重要度最高的3个属性70%以上的钻井安全等级得到改善;相对地,调控重要度最低的3个属性钻井安全等级几乎没有变化。实验结果表明,改进PCA-BDA方法不仅能够准确地实现安全评价,同时能够找出关键属性使石油钻井安全管理更有针对性。
2022年 42卷 9期
刊出日期: 2022-09-10
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