当期目录

    2019年 第39卷 第2期 刊出日期:2019-02-10
    人工智能
    基于深度学习的文本自动摘要方案
    张克君, 李伟男, 钱榕, 史泰猛, 焦萌
    2019, 39(2):  311-315.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018081958
    摘要 ( )   PDF (867KB) ( )  
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    针对自然语言处理(NLP)生成式自动摘要领域的语义理解不充分、摘要语句不通顺和摘要准确度不够高的问题,提出了一种新的生成式自动摘要解决方案,包括一种改进的词向量生成技术和一个生成式自动摘要模型。改进的词向量生成技术以Skip-Gram方法生成的词向量为基础,结合摘要的特点,引入词性、词频和逆文本频率三个词特征,有效地提高了词语的理解;而提出的Bi-MulRnn+生成式自动摘要模型以序列映射(seq2seq)与自编码器结构为基础,引入注意力机制、门控循环单元(GRU)结构、双向循环神经网络(BiRnn)、多层循环神经网络(MultiRnn)和集束搜索,提高了生成式摘要准确性与语句流畅度。基于大规模中文短文本摘要(LCSTS)数据集的实验结果表明,该方案能够有效地解决短文本生成式摘要问题,并在Rouge标准评价体系中表现良好,提高了摘要准确性与语句流畅度。
    基于毕达哥拉斯模糊Frank算子的多属性决策方法
    彭定洪, 杨扬
    2019, 39(2):  316-322.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061195
    摘要 ( )   PDF (888KB) ( )  
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    针对毕达哥拉斯模糊环境下的多属性决策问题,提出一种基于毕达哥拉斯模糊Frank算子的多属性决策方法。首先将毕达哥拉斯模糊数和Frank算子相结合,给出了基于Frank算子的运算法则;然后提出了毕达哥拉斯模糊Frank算子,包括毕达哥拉斯模糊Frank加权平均算子和毕达哥拉斯模糊Frank加权几何算子,并讨论了这些算子的性质;最后提出了基于毕达哥拉斯模糊Frank算子的多属性决策方法,将该方法应用于绿色供应商的选择中。实例分析表明,运用该方法可以解决实际的多属性决策问题,并可以进一步应用到风险管理、人工智能等领域。
    基于知识相似度的产品开发任务分配方法
    陈友玲, 左丽丹, 牛禹霏, 王龙
    2019, 39(2):  323-329.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061325
    摘要 ( )   PDF (1181KB) ( )  
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    针对产品开发的任务分配中知识不对等问题,提出一种基于任务与人员双边匹配的产品开发任务分配方法。首先,从知识量化的角度把任务与人员的匹配转化为任务与人员之间的知识相似度,建立序值矩阵,转换成任务对人员匹配的满意度矩阵;其次,根据人员在不同任务属性下对任务的偏好程度,获得人员对任务满意度的序值矩阵;然后,以双方之间的满意度最大为原则,构建基于双边匹配的任务分配多目标优化模型,采用基于隶属度函数的加权和方法转化为线性规划,并通过Matlab编程求解该模型;最后以某企业生产曲轴连杆机构为例,求解4项任务与7名人员双方满意度最大的匹配结果,确定最终的分配方案,与基于聚类分析和双边匹配的产品开发任务分配方法相比,结果显示人员3和人员7之间的知识相似度、人员偏好存在明显差值,表明所提方案能更高效地分配任务。
    基于定期竞争学习的多目标粒子群优化算法
    刘明, 董明刚, 敬超
    2019, 39(2):  330-335.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061201
    摘要 ( )   PDF (933KB) ( )  
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    为提高种群的多样性和算法的收敛性,提出一种基于定期竞争学习机制的多目标粒子群算法。该算法将多目标粒子群算法和竞争学习机制相结合,即每隔一定迭代代数便使用一次竞争学习机制,很好地保持了种群的多样性;同时,该算法不需要全局最优粒子的外部存档,而是从当前代种群中选取一部分优秀的粒子,再从这些优秀的粒子中随机选取一个作为全局最优粒子,能够有效提升算法的收敛性。将提出的算法与基于分解的多目标粒子群算法(MPSOD)、基于竞争机制且快速收敛的多目标粒子群(CMOPSO)算法、参考向量引导的多目标进化算法(RVEA)等8个算法在21个标准测试函数上进行了比较,结果表明,所提算法的帕累托(Pareto)前沿更加均匀,在世代距离(IGD)上会更加小。
    基于广义反向学习的磷虾群算法及其在数据聚类中的应用
    丁成, 王秋萍, 王晓峰
    2019, 39(2):  336-342.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061437
    摘要 ( )   PDF (963KB) ( )  
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    针对磷虾群(KH)算法在寻优过程中因种群多样性降低而过早收敛的问题,提出基于广义反向学习的磷虾群算法GOBL-KH。首先,通过余弦递减策略确定步长因子平衡算法的探索与开发能力;然后,加入广义反向学习策略对每个磷虾进行广义反向搜索,增强磷虾探索其周围邻域空间的能力。将改进的算法在15个经典测试函数上进行测试并与KH算法、步长线性递减的磷虾群(KHLD)算法和余弦递减步长的磷虾群(KHCD)算法比较,实验结果表明:GOBL-KH算法可有效避免早熟且具有较高的求解精度。为体现算法有效性,将GOBL-KH算法与K均值算法结合提出HK-KH算法用于解决数据聚类问题,即在每次迭代后用最优个体或经过K均值迭代一次后的新个体替换最差个体,使用UCI五个真实数据集进行测试并与K均值、遗传算法(GA)、粒子群优化(PSO)算法、蚁群算法(ACO)、KH算法、磷虾群聚类算法(KHCA)、改进磷虾群(IKH)算法进行比较,结果表明:HK-KH算法适用于解决数据聚类问题且具有较强的全局收敛性和较高的稳定性。
    基于并行跟踪检测框架与深度学习的目标跟踪算法
    闫若怡, 熊丹, 于清华, 肖军浩, 卢惠民
    2019, 39(2):  343-347.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061211
    摘要 ( )   PDF (973KB) ( )  
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    在空地协同背景下,地面目标的移动导致其在无人机视角下外观会发生较大变化,传统算法很难满足此类场景的应用要求。针对这一问题,提出基于并行跟踪和检测(PTAD)框架与深度学习的目标检测与跟踪算法。首先,将基于卷积神经网络(CNN)的目标检测算法SSD作为PTAD的检测子处理关键帧获取目标信息并提供给跟踪子;其次,检测子与跟踪子并行处理图像帧并计算检测与跟踪结果框的重叠度及跟踪结果的置信度;最后,根据跟踪子与检测子的跟踪或检测状态来判断是否对跟踪子或检测子进行更新,并对图像帧中的目标进行实时跟踪。在无人机视角下的视频序列上开展实验研究和对比分析,结果表明所提算法的性能高于PTAD框架下最优算法,而且实时性提高了13%,验证了此算法的有效性。
    基于滑动窗口和动态规划的连续动作分割与识别
    杨世强, 罗晓宇, 乔丹, 柳培蕾, 李德信
    2019, 39(2):  348-353.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061344
    摘要 ( )   PDF (911KB) ( )  
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    针对现有动作识别中对连续动作识别研究较少且单一算法对连续动作识别效果较差的问题,提出在单个动作建模的基础上,采用滑动窗口法和动态规划法结合,实现连续动作的分割与识别。首先,采用深度置信网络和隐马尔可夫结合的模型DBN-HMM对单个动作建模;其次,运用所训练动作模型的对数似然值和滑动窗口法对连续动作进行评分估计,实现初始分割点的检测;然后,采用动态规划对分割点位置进行优化并对单个动作进行识别。在公开动作数据库MSR Action3D上进行连续动作分割与识别测试,结果表明基于滑动窗口的动态规划能够优化分割点的选取,进而提高识别精度,能够用于连续动作识别。
    基于多注意力多尺度特征融合的图像描述生成算法
    陈龙杰, 张钰, 张玉梅, 吴晓军
    2019, 39(2):  354-359.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071464
    摘要 ( )   PDF (1033KB) ( )  
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    针对图像描述生成中对图像细节表述质量不高、图像特征利用不充分、循环神经网络层次单一等问题,提出基于多注意力、多尺度特征融合的图像描述生成算法。该算法使用经过预训练的目标检测网络来提取图像在卷积神经网络不同层上的特征,将图像特征分层输入多注意力结构中,依次将多注意力结构与多层循环神经网络相连,构造出多层次的图像描述生成网络模型。在多层循环神经网络中加入残差连接来提高网络性能,并且可以有效避免因为网络加深导致的网络退化问题。在MSCOCO测试集中,所提算法的BLEU-1和CIDEr得分分别可以达到0.804及1.167,明显优于基于单一注意力结构的自上而下图像描述生成算法;通过人工观察对比可知,所提算法生成的图像描述可以表现出更好的图像细节。
    基于资源描述框架图切分与顶点选择性的高效子图匹配方法
    关皓元, 朱斌, 李冠宇, 蔡永嘉
    2019, 39(2):  360-369.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061262
    摘要 ( )   PDF (1749KB) ( )  
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    在SPARQL查询过程中,含有复杂结构的资源描述框架(RDF)图的查询效率低下。为此,通过分析几种RDF图的基本结构与RDF顶点的选择性,提出RDF三元组模式选择性(RTPS)——一种基于RDF顶点选择性的图结构切分规则,以提高面向RDF图的子图匹配效率。首先,根据谓词结构在数据图与查询图中的通性建立RDF相邻谓词路径(RAPP)索引,将数据图结构转化为传入-传出双向谓词路径结构以确定查询顶点的搜索空间,并加快顶点的过滤;接着,通过整数线性规划(ILP)问题计算建模将复杂RDF查询图结构分解为若干结构简单的查询子图,通过分析RDF顶点在查询图中的相邻子图结构与特征,确立查询顶点的选择性以确定最优切分方式;然后,通过RDF顶点选择性与相邻子图的结构特征来缩小查询顶点的搜索空间范围,并在数据图中找到符合条件的RDF顶点;最后,遍历数据图以找到与查询子图结构相匹配的子图结构,将得到的子图进行连接并将其作为查询结果输出。实验采用控制变量法,比较了RTPS、RDF子图匹配(RSM)、RDF-3X、GraSS与R3F的查询响应时间。实验结果充分表明,与其他4种方法相比,当查询图复杂度高于9时,RTPS的查询响应时间更短,具有更高的查询效率。
    基于深层长短期记忆网络与批规范化的间歇过程故障检测方法
    王硕, 王培良
    2019, 39(2):  370-375.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061371
    摘要 ( )   PDF (961KB) ( )  
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    传统的基于数据驱动的间歇过程故障诊断方法往往需要对过程数据的分布进行假设,而且对非线性等复杂数据的监控往往会出现误报和漏报,为此提出一种基于长短期记忆网络(LSTM)与批规范化(BN)结合的监督学习方法,不需要对原始数据的分布进行假设。首先,对间歇过程原始数据运用一种按变量展开并连续采样的预处理方式,使处理后的数据可以向LSTM单元输入;然后,利用改进的深层LSTM网络进行特征学习,该网络通过添加BN层,结合交叉熵损失的表示方法,可以有效提取间歇过程数据的特征并进行快速学习;最后,在一类半导体蚀刻过程上进行仿真实验。实验结果表明,所提方法比多元线性主成分分析(MPCA)方法故障识别的种类更多,可以有效地识别各类故障,对故障的整体检测率达到95%以上;比传统单层LSTM模型建模速度更快,且对故障的整体检测率提高了8个百分点以上,比较适合处理间歇过程中具有非线性、多工况等特征的故障检测问题。
    基于深度学习的海底观测视频中鱼类的识别方法
    张俊龙, 曾国荪, 覃如符
    2019, 39(2):  376-381.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061372
    摘要 ( )   PDF (1013KB) ( )  
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    针对海底环境恶劣、海底观测视频品质差导致视频中的海洋鱼类识别难的问题,提出一种基于深度学习的海洋鱼类识别方法。首先,将海底观测视频分解为图片,由于海底观测视频中存在较大比例的空白数据,使用背景差分法过滤不包含鱼类的图片,缩短处理全部数据的时间;然后,考虑到海底拍摄环境亮度低、场景模糊的实际情况,对图片基于暗通道先验算法进行预处理提高品质;最后,以卷积神经网络(CNN)为基础构建深度学习模型,并且提出了权重化特征的卷积过程,提高模型的鲁棒性。实验结果表明:面对较差品质的海底观测视频图片,在深度学习模型结构相同的条件下,与普通卷积神经网络模型相比,使用权重化卷积作为隐层并且加入预处理过程后,对海洋鱼类识别准确率的提升幅度达到23%,有助于实现对海底观测视频图片中海洋鱼类的精准识别。
    改进的基于深度学习的遥感图像分类算法
    王鑫, 李可, 徐明君, 宁晨
    2019, 39(2):  382-387.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061324
    摘要 ( )   PDF (1083KB) ( )  
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    针对传统的基于深度学习的遥感图像分类算法未能有效融合多种深度学习特征,且分类器性能欠佳的问题,提出一种改进的基于深度学习的高分辨率遥感图像分类算法。首先,设计并搭建一个七层卷积神经网络;其次,将高分辨率遥感图像样本输入到该网络中进行网络训练,得到最后两个全连接层输出作为遥感图像两种不同的高层特征;再次,针对该网络第五层池化层输出,采用主成分分析(PCA)进行降维,作为遥感图像的第三种高层特征;然后,将上述三种高层特征通过串联的形式进行融合,得到一种有效的基于深度学习的遥感图像特征;最后,设计了一种基于逻辑回归的遥感图像分类器,可以对遥感图像进行有效分类。与传统基于深度学习的遥感图像分类算法相比,所提算法分类准确率有较高提升。实验结果表明,该算法在分类准确率、误分类率和Kappa系数上表现优异,能实现良好的分类效果。
    基于VGGNet和多谱带循环网络的高光谱人脸识别系统
    谢志华, 江鹏, 余新河, 张帅
    2019, 39(2):  388-391.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018081788
    摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
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    为了提高光谱人脸数据表征人脸特征的有效性,提出一种基于VGGNet和多谱带循环训练的高光谱人脸识别方法。首先,在光谱人脸图像的预处理阶段,采用多任务卷积神经网络(MTCNN)进行高光谱人脸图像的精确定位,并利用混合通道的方式对高光谱人脸数据进行增强;然后,基于卷积神经网络(CNN)结构建立一个面向高光谱人脸识别的VGG12深度网络;最后,基于高光谱人脸数据的特点,引入多谱带循环训练方法训练建立的VGG12网络,完成最后的训练和识别。在公开的UWA-HSFD和PolyU-HSFD高光谱人脸数据集的实验结果表明,所提方法取得了比其他深度网络(如DeepID、DeepFace、VGGNet)更好的识别性能。
    基于多尺度密集网络的肺结节图像检索算法
    秦品乐, 李启, 曾建潮, 张娜, 宋宇龙
    2019, 39(2):  392-397.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071451
    摘要 ( )   PDF (1084KB) ( )  
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    现有基于内容的医学图像检索(CBMIR)算法存在特征提取的不足,导致图像的语义信息表达不完善、图像检索性能较差,为此提出一种多尺度密集网络算法以提高检索精度。首先,将512×512的肺结节图像降维到64×64,同时加入密集模块以解决提取的低层特征和高层语义特征之间的差距;其次,由于网络的不同层提取的肺结节图像信息不同,为了提高检索精度和效率,采用多尺度方法结合图像的全局特征和结节局部特征生成检索哈希码。实验结果分析表明,与自适应比特位的检索(ABR)算法相比,提出的算法在64位哈希码编码长度下的肺结节图像检索查准率可以达到91.17%,提高了3.5个百分点;检索一张肺切片需要平均时间为48 μs。所提算法的检索结果在表达图像丰富的语义特征和检索效率方面,优于其他对比的网络结构,适用于为医生临床辅助诊断提供依据、帮助患者有效治疗。
    数据科学与技术
    基于密度峰值与密度聚类的集成算法
    王治和, 黄梦莹, 杜辉, 秦红武
    2019, 39(2):  398-402.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061411
    摘要 ( )   PDF (783KB) ( )  
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    针对快速搜索和发现密度峰值聚类(CFSFDP)算法需人工在决策图上选择聚类中心的问题,提出一种基于密度峰值和密度聚类的集成算法。首先,借鉴CFSFDP思想,将局部密度最大的数据作为第一个中心;接着,从该中心点出发采用一种利用Warshall算法求解密度相连改进的基于密度的噪声应用空间聚类(DBSCAN)算法进行聚类,得到第一个簇;最后,在尚未被划分的数据中找出最大局部密度的数据,将它作为下一个簇的中心后再次采用上述算法进行聚类,直到所有数据被聚类或有部分数据被视为噪声。所提算法既解决了CFSFDP选择中心需人工干预的问题,又优化了DBSCAN算法,即每次迭代都是从当前最好的点(局部密度最大的点)出发寻找簇。通过可视化数据集和非可视化数据集与经典算法(CFSFDP、DBSCAN、模糊C均值(FCM)算法和K均值(K-means)算法)的对比实验结果表明,所提算法聚类效果更好,准确率更高,优于对比算法。
    混合的密度峰值聚类算法
    王军, 周凯, 程勇
    2019, 39(2):  403-408.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061373
    摘要 ( )   PDF (842KB) ( )  
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    密度峰值聚类(DP)算法是一种新的基于密度的聚类算法,当它处理的单个聚类包含多个密度峰值时,会将每个不同密度峰值视为潜在聚类中心,以致难以在数据集中确定正确数量聚类,为此,提出一种混合的密度峰值聚类算法C-DP。首先,以密度峰值点为初始聚类中心将数据集划分为子簇;然后,借鉴代表点层次聚类算法(CURE),从子簇中选取分散的代表点,将拥有最小距离的代表点对的类进行合并,引入参数收缩因子以控制类的形状。仿真实验结果表明,在4个合成数据集上C-DP算法比DP算法聚类效果更好;在真实数据集上的Rand Index指标对比表明,在数据集S1上,C-DP算法比DP算法性能提高了2.32%,在数据集4k2_far上,C-DP算法比DP算法性能提高了1.13%。由此可见,C-DP算法在单个类簇中包含多密度峰值的数据集中能提高聚类的准确性。
    基于谱分析的密度峰值快速聚类算法
    韩忠华, 毕开元, 司雯, 吕哲
    2019, 39(2):  409-413.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061381
    摘要 ( )   PDF (869KB) ( )  
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    针对密度峰值快速聚类(CFSFDP)算法对不同数据集聚类效果的差异,利用谱聚类对密度峰值快速聚类算法加以改进,提出了一种基于谱分析的密度峰值快速聚类算法CFSFDP-SA。首先,将高维非线性的数据集映射到低维子空间上实现降维处理,将聚类问题转化为图的最优划分问题以增强算法对数据全局结构的适应性;然后,利用CFSFDP算法对处理后的数据集进行聚类。结合这两种聚类算法各自的优势,能进一步提升聚类算法的性能。在5个人工合成数据集(2个线性数据集和3个非线性数据集)与4个UCI数据库中真实数据集上的聚类结果显示,相比CFSFDP算法,CFSFDP-SA算法的聚类精度有一定提升,在高维数据集的聚类精度上最多提高了14%,对原始数据集的适应性更强。
    基于子序列全连接和最大团的时间序列模体发现算法
    朱跃龙, 朱晓晓, 王继民
    2019, 39(2):  414-420.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061326
    摘要 ( )   PDF (1058KB) ( )  
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    针对时间序列模体发现算法计算复杂,并且无法发现多实例模体的问题,提出基于子序列全连接和最大团的时间序列模体发现(TSSJMC)算法。首先,使用快速时间序列子序列全连接算法求得所有子序列之间的距离,生成距离矩阵;然后,设置相似性阈值,将距离矩阵转化为邻接矩阵,构造子序列相似图;最后采用最大团搜索算法从相似图中搜索最大团,最大团的顶点对应的时间序列为包含最多实例的模体。在公开的时间序列数据集上进行实验,选用已有的能够发现多实例模体的Brute Force和Random Projection算法作为对比对象,分别从准确性、效率、可扩展性和鲁棒性对TSSJMC算法进行分析并获得了客观的评判结果。实验结果表明,与Random Projection算法相比,TSSJMC算法在效率、可扩展性和鲁棒性法方面均有明显优势;与Brute Force算法相比,TSSJMC算法发现的模体实例数量虽略低,但其效率和可扩展性都优于Brute Force算法。因此,TSSJMC是质量和效率相平衡的算法。
    基于时滞特征的时序依赖情节发现
    顾佩月, 刘峥, 李云, 李涛
    2019, 39(2):  421-428.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061366
    摘要 ( )   PDF (1181KB) ( )  
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    对于事件序列中的时序依赖发现,传统的频繁情节发现方法一方面使用时间窗口机制挖掘事件之间简单的关联依赖,另一方面无法有效处理事件的交叉时序关联。针对以上问题,提出了时滞情节发现的概念,在频繁情节发现的基础上,设计了一种基于相邻事件匹配集(AEM)的时滞情节发现算法。首先,引入时滞的概率统计模型进行事件序列匹配,避免预先设定时间窗口,处理可能存在的交叉关联;然后,将时滞挖掘转化为最优化问题,使用迭代的方式得到时滞情节之间的时间间隔分布;最后,利用假设检验区分串行时滞情节和并行时滞情节。理论分析与实验结果表明,与目前最新的时滞挖掘方法迭代最近事件(ICE)算法相比,基于AEM的时滞情节发现算法模拟的时滞分布与真实时滞分布的平均KL距离为0.056,缩短了20.68%。基于AEM的时滞情节发现算法通过时滞的概率统计模型衡量事件多种匹配情况的可能性,获得一对多的相邻事件匹配集,比ICE算法中的一对一匹配更加有效地模拟了实际情况。
    基于Spark与粒子滤波算法的公交到站时间预测系统
    刘靖, 肖冠烽
    2019, 39(2):  429-435.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018081800
    摘要 ( )   PDF (1285KB) ( )  
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    针对公交车到站时间预测准确性不高的问题,选用具有流式计算特点的粒子滤波(PF)算法,建立了一个公交到站时间预测模型。为更好地解决使用PF算法过程中存在的预测误差及粒子优化选择问题,通过引入上一趟公交车的行驶速度和构造观测值的方法对预测模型进行改进,使之具有更贴近实际路况的公交到站时间预测精度,并且能同时预测多个公交到达时间。基于该模型和Spark平台实现了一套公交到站时间实时预测软件系统,所有到站时间预测结果与实际相比,平峰的最大绝对误差为207 s,平均绝对误差为71.67 s;高峰的最大绝对误差为270 s,平均绝对误差为87.61 s,而预测结果的平均绝对误差在2 min以内是公认的理想结果。实验结果表明,所提模型及实现系统能准确预测公交到站时间,满足乘客实际需求。
    基于SparkR的水文传感器数据的异常检测方法
    刘子豪, 李凌, 叶枫
    2019, 39(2):  436-440.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018081782
    摘要 ( )   PDF (891KB) ( )  
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    为了高效地从海量的水文传感器数据中检测出异常值,提出一种基于SparkR的水文时间序列异常检测方法。首先,对数据进行清洗后,采用滑动窗口配合自回归积分滑动平均模型(ARIMA)在SparkR平台上进行预测;然后,对预测的结果计算置信区间,将在区间范围以外的判定为异常值;最后,基于检测结果,利用K均值算法对原数据进行聚类,同时计算其状态转移概率,对检测出的异常值进行质量评估。以在滁河获取的水文传感器数据为实验数据,分别在运行时间和异常值检测效果这两个方面进行了实验。结果显示:利用SparkR对百万级数据进行计算时,利用双节点计算的时间要长于单节点;但是对千万级数据进行计算时,双节点比单节点计算时间上更少,最多减少了16.21%,且评估过后的灵敏度由之前的5.24%提高到了92.98%。实验结果表明,在SparkR下,根据水文数据的特点并结合预测检验和聚类校验的方法对千万级水文时间序列进行检测时,能有效提高传统方法的计算效率,并且在灵敏度方面相比传统方法也有显著提升。
    基于重构的改进自然排序树算法
    杜媛, 张世伟
    2019, 39(2):  441-445.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061328
    摘要 ( )   PDF (864KB) ( )  
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    针对自然排序树(CAN-tree)算法构建的树结构节点个数过多、压缩性不高等问题,提出一种基于重构的改进CAN-tree算法。首先,使用自然排序法直接构建树结构,将频繁项集挖掘算法实现中数据库扫描次数减少至1;然后,对构建的树结构以支持度降序方式结合剪枝操作实现树结构的重构,得到高压缩性的树结构;最后,对重构的树结构进行频繁项集挖掘。实验结果表明,基于重构的改进CAN-tree算法所构建的树结构节点个数减少至原来的20%以下,执行效率提高了4至6倍,在频繁项集挖掘中有效地压缩了树结构,缩短了算法的执行时间。
    网络空间安全
    基于安全威胁预测的5G网络切片功能迁移策略
    何赞园, 王凯, 牛犇, 游伟, 汤红波
    2019, 39(2):  446-452.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061399
    摘要 ( )   PDF (1142KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    随着虚拟化技术的发展,同驻攻击成为窃取用户敏感信息的重要攻击手段。针对现有虚拟机动态迁移方法对同驻攻击反应的滞后性,在5G网络切片背景下,提出了一种基于安全威胁预测的虚拟网络功能迁移策略。首先,通过隐马尔可夫模型(HMM)对网络切片运行安全进行建模,利用多源异构数据信息对网络安全威胁进行威胁预测;然后,根据安全预测结果,采用相应的虚拟网络功能迁移策略迁移以使迁移开销最小。仿真实验结果表明:利用HMM能对安全威胁进行有效的预测,同时该迁移策略能够有效减少迁移开销与信息泄漏时间,具有较好的同驻攻击防御效果。
    软件定义广域网中控制器部署与交换机动态迁移策略
    郭烜成, 林晖, 叶秀彩, 许传丰
    2019, 39(2):  453-457.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018082061
    摘要 ( )   PDF (801KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在软件定义广域网(SD-WAN)部署中,由于广域网(WAN)覆盖范围极大这一特性,单控制器部署策略无论在容量、负载还是安全方面都无法满足其需求,多控制器的部署成为必然趋势。而多控制器部署后整体网络的静态配置很难适应动态的网络流变化,从而造成控制器的负载不均衡,整体网络性能降低。针对上述问题,提出一种多控制器部署算法SC-cSNN,以有效减小控制器和交换机之间的传播时延;并提出一种基于时延、控制器容量以及控制器安全等特征的交换机动态迁移算法,以有效解决控制器超负载问题。仿真实验结果表明,SC-cSNN控制器部署算法的平均最大时延优于现有的基于k-means和基于谱聚类的控制器部署算法,交换机动态迁移算法从多特征的角度有效地解决了SD-WAN控制器负载不均衡的问题。
    基于区块链技术的物联网信息共享安全机制
    葛琳, 季新生, 江涛, 江逸茗
    2019, 39(2):  458-463.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061247
    摘要 ( )   PDF (1032KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对物联网(IoT)信息共享中存在的源数据易被篡改、缺乏信用保障机制以及信息孤岛问题,提出一种基于区块链技术的轻量级物联网信息共享安全框架。该框架采用数据区块链和交易区块链相结合的双链模式:在数据区块链中实现数据的分布式存储和防篡改,并通过改进的实用拜占庭容错(PBFT)机制共识算法,提升数据登记效率;在交易区块链中实现资源和数据交易,并通过基于部分盲签名算法的改进算法,提升交易效率、实现隐私保护。仿真实验部分分别针对抗攻击能力、双链的处理能力和时延进行了验证分析,结果表明该框架具有安全性、有效性和可行性,可应对现实物联网中的大部分场景。
    基于物联网设备指纹的情境认证方法
    杜俊雄, 陈伟, 李雪妍
    2019, 39(2):  464-469.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018081955
    摘要 ( )   PDF (1014KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对物联网设备中因非法设备接入带来的远程控制安全问题,提出一种基于设备指纹的情境认证方法。首先,通过提出的对交互流量中单个字节的分析技术,提取物联网设备指纹;其次,提出认证的流程框架,根据设备指纹在内的六种情境因素进行身份认证,设备认证通过才可允许访问;最后,对物联网设备进行实验,提取相关设备指纹特征,结合决策树分类算法,从而验证情境认证方法的可行性。实验中所提方法的分类准确率达90%,另外10%误判率为特殊情况但也符合认证要求。实验结果表明基于物联网设备指纹的情境认证方法可以确保只有可信的物联网终端设备接入网络。
    卫星网络中支持策略隐藏的多授权访问控制方案
    王亚琼, 史国振, 谢绒娜, 李凤华, 王雅哲
    2019, 39(2):  470-475.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018081959
    摘要 ( )   PDF (1000KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    卫星网络具有信道开放、节点暴露、星上处理能力受限等独有特征,但现有的基于密文策略的属性加密(CP-ABE)的访问控制不支持策略完全隐藏且属性授权方式不适用于卫星网络,为此,提出支持策略隐藏的多授权访问控制方案。该方案采用更灵活的线性秘密共享(LSSS)矩阵访问结构,不仅能有效保证数据机密性,而且能通过混淆访问结构实现策略完全隐藏;采用多授权机构实现细粒度的属性管控,能消除中心授权机构的性能瓶颈;各属性授权机构独立工作且密钥生成分权,能有效抵抗合谋攻击。安全性及性能分析表明,所提方案满足数据机密性、抗合谋攻击和完全策略隐藏的安全需求,比对比方案更适合卫星网络。
    面向Ad Hoc网络的无证书认证组密钥协商协议
    曹震寰, 顾小卓, 顾梦鹤
    2019, 39(2):  476-482.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018051019
    摘要 ( )   PDF (1235KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    安全和效率是影响无证书认证组密钥协商协议能否在Ad Hoc网络中得到实际应用的两个关键因素。针对这两个关键因素,以提高Ad Hoc网络安全组通信的安全性和效率为目标,提出一个无证书认证组密钥协商协议,基于椭圆曲线密码体制(ECC)点乘运算实现无配对的无证书认证组密钥协商和身份认证;并使用Huffman密钥树优化通信轮数,以降低计算量和通信量,提高组密钥协商效率。安全分析和性能分析表明,与现有基于无证书的组密钥协商协议相比,所提方案在组密钥协商时具有较高的效率和安全性,可以满足资源受限条件下组密钥建立以及组成员变动带来的密钥更新问题。
    基于单向预测误差扩展的三维医学图像可逆水印算法
    李琦, 颜斌, 陈娜, 杨红梅
    2019, 39(2):  483-487.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071471
    摘要 ( )   PDF (830KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    对于可逆水印技术在三维医学图像中的应用问题,提出一种基于单向预测误差扩展的三维医学图像可逆水印算法。首先根据像素间的三维梯度变化预测像素从而得到预测误差;然后结合磁共振成像生成的三维医学图像的特征,采用单向直方图位移与预测误差扩展相结合的方法将外部信息嵌入至三维医学图像;最后,重新预测像素,提取外部信息,恢复原始三维图像。实验结果表明,在MR-head和MR-chest测试数据体上,与二维梯度预测相比,所提算法预测误差的平均绝对偏差分别降低1.09和1.40,每个像素的最大嵌入容量分别增加0.0456比特和0.1291比特,从而能够更准确地预测像素值,嵌入更多的外部信息。该算法可应用于对三维医学图像的篡改检测以及患者隐私保护。
    基于内容挖掘的广域信息管理系统业务数据安全
    马兰, 王京杰, 陈焕
    2019, 39(2):  488-493.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071449
    摘要 ( )   PDF (1015KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对广域信息管理系统(SWIM)服务共享中的数据安全问题,分析了SWIM业务流程中的安全隐患,提出了一种基于潜在狄利克雷分配(LDA)主题模型和内容挖掘的恶意数据的过滤方法。首先对SWIM四种业务数据进行大数据分析,然后通过LDA模型对业务数据进行特征抽取完成内容挖掘,最后利用KMP匹配算法在主串中查找模式串,从而检测出含有恶意关键字的SWIM业务数据。在Linux内核中对该检测方法进行测试,实验结果表明该方法能够有效地对SWIM业务数据进行内容挖掘,与潜在语义分析(LSA)和基于概率统计的潜在语义分析(pLSA)的方法相比也具有更好的检测性能。
    先进计算
    基于李雅普诺夫优化的容器云队列在线任务和资源调度设计
    李磊, 薛洋, 吕念玲, 冯敏
    2019, 39(2):  494-500.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061243
    摘要 ( )   PDF (1156KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为在保证任务服务质量(QoS)的条件下提高容器云资源利用率,提出一种基于李雅普诺夫的容器云队列任务和资源调度优化策略。首先,在云计算服务排队模型的基础上,通过李雅普诺夫函数分析任务队列长度的变化;然后,在任务QoS的约束下,构建资源功耗的最小化目标函数;最后,利用李雅普诺夫优化方法求解最小资源功耗目标函数,获得在线的任务和容器资源的优化调度策略,实现对任务和资源调度进行整体优化,从而保证任务的QoS并提高资源利用率。CloudSim仿真结果表明,所提的任务和资源调度策略在保证任务QoS的条件下能获得高的资源利用率,实现容器云在线任务和资源优化调度,并且为基于排队模型的云计算任务和资源整体优化提供必要的参考。
    基于并行强化学习的云机器人任务调度策略
    沙宗轩, 薛菲, 朱杰
    2019, 39(2):  501-508.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061406
    摘要 ( )   PDF (1403KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了解决机器人完成大规模状态空间强化学习任务时收敛慢的问题,提出一种基于优先级的并行强化学习任务调度策略。首先,证明Q学习在异步并行计算模式下的收敛性;然后,将复杂问题根据状态空间进行分割,调度中心根据所提策略将子问题和计算节点匹配,各计算节点完成子问题的强化学习任务并向调度中心反馈结果,实现在计算机集群中的并行强化学习;最后,以CloudSim为软件基础搭建实验环境,求解最优步长、折扣率和子问题规模等参数,并通过对实际问题求解证明在不同计算节点数的情况下所提策略的性能。在使用64个计算节点的情况下所提策略相比轮询调度和随机调度的效率分别提升了61%和86%。实验结果表明,该策略在并行计算情况下有效提高了收敛速度,并进一步验证了该策略得到百万级状态空间控制问题的最优策略需要约1.6×105 s。
    超立方体网络的3路结构连通度及子结构连通度
    杨玉星, 李晓慧
    2019, 39(2):  509-512.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061402
    摘要 ( )   PDF (660KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对以超立方体网络为蓝本的多处理机系统的可靠性和容错能力的精准度量问题,结合多处理机系统遭受计算机病毒攻击时常常发生结构性故障的特点,研究了n维超立方体网络的结构连通性和子结构连通性评价问题。首先,使用构造n维超立方体网络的3路结构割的方法得到其3路结构连通度的一个上界;然后,使用构造n维超立方体网络的3路子结构集的等价变换或约简变换的方法,得到其3路结构子连通度的一个下界;最后,利用任意网络的3路结构连通度不小于3路子结构连通度的性质,证实了超立方体网络的3路结构连通度和子结构连通度均为该超立方体网络维数的一半。这一结果表明,在3路结构故障模型下,破坏敌方以超立方体网络为底层拓扑的多处理系统至少需要攻击该系统中维数一半的3路结构或子结构。
    计算机软件技术
    基于惩罚误差矩阵的同步预测无线体域网节能方法
    郑卓然, 郑向伟, 田杰
    2019, 39(2):  513-517.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071478
    摘要 ( )   PDF (785KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对传统无线体域网(WBAN)预测模型对感知数据预测精度低、计算量大、能耗高的问题,提出一种基于惩罚误差矩阵的自适应三次指数平滑算法。首先在感知节点与路由节点之间建立轻量级预测模型,其次采用地毯式搜索方式对预测模型进行参数优化处理,最后采用惩罚误差矩阵对预测模型参数作进一步的细粒化处理。实验结果表明,与ZigBee协议相比,在1000时隙范围内,所提方法可节省12%左右的能量;而采用惩罚误差矩阵与地毯式搜索方式相比,预测精度提高了3.306%。所提方法在有效降低计算复杂度的同时能进一步降低WBAN的能耗。
    车联网环境下基于节点认知交互的路由算法
    樊娜, 朱光源, 康军, 唐蕾, 朱依水, 王路阳, 段嘉欣
    2019, 39(2):  518-522.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061256
    摘要 ( )   PDF (799KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对车联网(IoV)环境下消息传输效率低下、网络资源开销较大等诸多问题,提出一种适用于城市交通场景下基于车辆节点认知交互的路由算法。首先,依据信任理论提出节点认知交互度的概念,并在此基础上对车联网中的车辆节点进行分类,赋予它们不同的认知交互度初值;同时还引入车辆节点交互时间、交互频率、车辆节点物理间隔距离、间隔跳数以及消息生存时间等影响因子,进而构建了车辆节点认知交互评估模型。基于该模型计算并更新节点的认知交互度,并通过比较对应车辆节点间的认知交互度值来选取认知交互度相对较高的邻居节点作为中继节点进行消息转发。仿真实验结果表明,与Epidemic和Prophet路由算法相比,所提路由算法有效提高了消息投递率并降低了消息投递时延,同时显著降低了网络资源的开销,有助于提升车联网环境的消息传输质量。
    基于迭代自适应方法的近场源二维参数联合估计
    王波, 刘德亮
    2019, 39(2):  523-527.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061417
    摘要 ( )   PDF (810KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对近场源波达方向(DOA)和距离的联合估计问题,提出一种近场迭代自适应算法(NF-IAA)。首先通过划分二维网格表示出近场区域内信源所有可能的位置,每个位置都看作存在一个潜在的信源入射到阵列上,表示出阵列输出的数据模型;然后通过循环迭代利用上一次谱估计的结果构建信号的协方差矩阵,将协方差矩阵的逆作为加权矩阵估计出每个位置对应的潜在信源能量;最后绘制出三维能量谱图,由于只有真实存在的信源能量不为0,因此谱峰对应的位置即为真实存在信源的位置。仿真实验表明在10个快拍条件下,NF-IAA的DOA分辨概率达到了90%,而二维多重信号分类(2D-MUSIC)算法只有40%;当快拍数降至2时,2D-MUSIC算法已经失效,而NF-IAA仍然能很好地分辨出3个入射信源并且准确地估计出位置参数。随着快拍数和信噪比(SNR)的增加,NF-IAA的估计性能一直优于2D-MUSIC。实验结果表明,NF-IAA具备少快拍条件下高精度、高分辨地估计近场源二维位置参数的能力。
    基于活跃时间分组的软件众包工人选择机制
    周壮, 余敦辉, 张万山, 王意
    2019, 39(2):  528-533.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061309
    摘要 ( )   PDF (953KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对现有的软件众包工人选择机制对工人间协同开发考虑不足的问题,在竞标模式的基础上提出一种基于活跃时间分组的软件众包工人选择机制。首先,基于活跃时间将众包工人划分为多个协同开发组;然后,根据组内工人开发能力和协同因子计算协同工作组权重;最后,选定权重最大的协同工作组为最优工作组,并根据模块复杂度为每个任务模块从该组内选择最适合的工人。实验结果表明,该机制相比能力优先选择方法在工人平均能力上仅有0.57%的差距,同时因为保证了工人间的协同而使项目风险平均降低了32%,能有效指导需多人协同进行的众包软件任务的工人选择。
    基于弱变异准则的测试用例约简方法
    王曙燕, 袁佳娟, 孙家泽
    2019, 39(2):  534-539.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071467
    摘要 ( )   PDF (1016KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对为数较多的测试用例增加了回归测试成本的问题,提出一种基于弱变异准则的测试用例约简方法。首先,基于弱变异准则获得测试用例和变异分支关系矩阵;然后,重复约简4种无效测试需求和子集测试用例;最后,结合人工鱼群算法选择当前最优测试用例,并且交替执行简化和测试用例选择操作直至覆盖所有测试需求。该方法针对6个经典程序与贪心算法和HGS算法相比,基于弱变异准则并且不改变或稍微改变变异评分的条件下,约简率分别提高了73.4%和8.2%,且耗时分别降低了25.3%和56.1%。实验结果表明,所提方法在回归测试中可有效约简测试用例,降低测试代价。
    虚拟现实与多媒体计算
    改进的基于稀疏表示的全色锐化算法
    吴宗骏, 吴炜, 杨晓敏, 刘凯, Gwanggil Jeon, 袁皓
    2019, 39(2):  540-545.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061374
    摘要 ( )   PDF (1149KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了更有效地结合高分辨率全色(PAN)图像细节信息和低分辨率多光谱(MS)图像光谱信息,提出了一种改进的全色锐化算法。首先,对低分辨率MS图像的强度通道进行下采样再上采样获取其低频成分;其次,用强度通道减去低频成分获取其高频成分,在获取到的高低频成分中进行随机采样来构建字典;然后,用构建好的过完备字典对高分辨率PAN图像进行分块分解以获取高频信息;最后,将分解出的高频信息注入到低分辨率MS图像中以重建高分辨率MS图像。经多组实验后发现,所提出的算法在主观上保留了光谱信息,并注入了大量的空间细节信息。对比结果表明,相比其他诸如基于成分替换算法、基于多分辨率分析算法、基于稀疏表示算法,所提算法重建出来的高分辨率MS图像更加清晰,且在相关系数等多种客观评价指标上优于对比算法。
    基于快速判别式尺度估计的核相关滤波方法
    熊晓璇, 王文伟
    2019, 39(2):  546-550.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061360
    摘要 ( )   PDF (881KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对核相关滤波(KCF)算法无法对视频序列中目标尺度变化作出响应的问题,提出一种基于快速判别式多尺度估计的核相关滤波跟踪算法。首先,使用核相关滤波器来估计目标位置;然后,通过使用一组不同尺度的目标样本来在线学习快速判别式尺度滤波器;最后,在目标位置应用学习的尺度滤波器来获得目标尺寸的准确估计。选取Visual Tracker Benchmark视频序列集进行实验,并与基于判别式尺度空间跟踪(DSST)的KCF算法和传统KCF算法进行对比,结果表明,在目标尺度发生变化时,所提算法在跟踪精度上提高了2.2%至10.8%;并且在平均帧率上,所提算法比DSST的KCF算法提高了19.1%至68.5%,表明该算法对目标尺度变化有很强的适应能力和较高的实时性。
    基于分组字典与变分模型的图像去噪算法
    陶永鹏, 景雨, 顼聪
    2019, 39(2):  551-555.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061198
    摘要 ( )   PDF (838KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对加性高斯噪声去除问题,在现有传统的K均值奇异值分解(K-SVD)字典学习算法的基础上,提出一种将字典学习与变分模型相融合的改进算法。首先,根据图像的几何和光度信息将图像进行聚类分组,再将图像组按照边缘和纹理类别进行分类,根据噪声水平和图像组类别训练一个自适应字典;其次,将通过所学字典得到的稀疏表示先验与图像本身的非局部相似先验进行融合来构建变分模型;最后,通过求解变分模型得到去噪后图像。实验结果表明,与同类去噪算法相比,当噪声比率较高时,所提算法可以解决前期算法准确性较差、纹理丢失较为严重、产生视觉伪影等问题,在视觉效果上要更为理想;同时该算法结构相似性指数有明显提高,峰值信噪比(PSNR)的值更是平均提高了10%以上。
    区域配对引导的光照传播视频阴影去除方法
    廖斌, 吴文
    2019, 39(2):  556-563.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061227
    摘要 ( )   PDF (1465KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    传统方法在处理自由移动相机捕获视频中的阴影时,存在时空不连贯现象。为解决该问题,提出一种区域配对引导的光照传播阴影去除方法。首先,使用基于尺度不变特征变换(SIFT)特征向量的均值漂移方法分割视频,通过支持向量机(SVM)分类器检测出其中的阴影;然后,将输入视频帧分解成重叠的二维图像区域块,建立其马尔可夫随机场(MRF),通过光流引导的区域块匹配机制,为每一个阴影块找到最佳匹配的非阴影块;最后,使用局部光照传播算子恢复阴影区域块的光照,并对其进行全局光照优化。实验结果表明,与传统基于光照传播方法相比,所提方法在阴影检测综合评价指标上提升约6.23%,像素均方根误差(RMSE)减小约30.12%,且大幅度缩短了阴影处理时间,得到的无阴影视频结果更具时空连贯性。
    不可分拉普拉斯金字塔构造及其在多光谱图像融合中的应用
    刘斌, 辛迦楠, 谌文江, 肖惠勇
    2019, 39(2):  564-570.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061346
    摘要 ( )   PDF (1259KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对拉普拉斯塔形(LP)变换在图像融合中具有高频信息损失严重且缺乏平移不变性的问题,利用不可分小波具有平移不变性和能够准确描述图像细节信息的特点,提出一种新的非采样不可分拉普拉斯金字塔构造方法,并将该构造方法应用于多光谱图像融合中。首先,构造六通道不可分低通滤波器,利用该滤波器构造多光谱图像和全色图像的非采样不可分小波塔形分解,进而对图像进行非采样不可分拉普拉斯塔形分解;然后,针对不同的分解层采用不同的融合规则进行融合;最后,根据不可分拉普拉斯重构算法进行重构,即可得到融合后的图像。实验结果表明,与离散小波变换(DWT)的融合方法、基于Contourlet变换(CT)的融合方法以及基于直方图中轴化(MHE)的融合方法对比,所提方法在保持原全色图像空间分辨率的评价指标空间相关系数上分别提高了1.84%、1.56%和11.06%,在光谱信息保持程度的评价指标相对整体维数综合误差上分别降低了49.26%、48.15%和89.19%。该方法所得图像在获得好的光谱信息的同时有效地提高了空间分辨率,较好地保留了图像的边缘信息与结构信息。
    基于角边特征的纸质碎片自动拼接复原算法
    史宝珠, 李美安
    2019, 39(2):  571-576.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061369
    摘要 ( )   PDF (934KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对人工复原纸质文物碎片存在尝试次数多、拼接速度慢、复原准确性与完成度低等问题,提出一种依据碎片角度与边长特征进行纸质文物碎片自动拼接复原的算法。首先,将碎片图像进行预处理并根据碎片的角度值进行粗匹配,得到角度值相等的碎片图像;然后,在粗匹配的基础上,利用碎片的角边长进行细匹配减少重叠情况,得到碎片图像的基本匹配结果;最后,利用凹凸函数对方向相对的碎片图像情况进行遗漏弥补,并运用震荡函数对最终匹配图像进行缝隙弥补得到完整拼接结果。理论分析和碎片拼接仿真实验结果表明,与特征点、近似多边形拟合、角序列匹配等碎片自动拼接算法相比,所提算法的拼接准确率、拼接完成度与拼接耗时分别至少提高了12个百分点、11个百分点与10个百分点。所提基于角边特征的碎片拼接算法减少了繁琐的图像计算步骤,精确了碎片匹配结果,使得在实际文物修复等工程中能够实现非规则碎片高效、高精准的匹配。
    基于图像块分类的图像超分辨率重建
    杜凯敏, 康宝生
    2019, 39(2):  577-581.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061368
    摘要 ( )   PDF (920KB) ( )  
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    针对当前图像超分辨率重建算法中存在的字典单一而导致重建图像质量不佳的问题,提出一种将图像块分类与图像卡通纹理分解相结合的单幅图像超分辨率重建算法。首先,将图像分块,并将图像块分为边缘类、纹理类和平滑类三类,其中纹理类用形态成分分析(MCA)算法分解为卡通部分和纹理部分;然后,对边缘类、卡通部分和纹理部分分别训练高低分辨率字典;最后,求解稀疏系数并与高分辨率字典重建图像块。仿真结果显示,与基于稀疏表示的超分辨率重建(SCSR)算法和单幅图像超分辨率重建(SISR)算法相比,所提算法的峰值信噪比(PNSR)值分别提高了0.26 dB和0.14 dB,表明该算法的重建效果更好,重建图像纹理细节更丰富。
    基于改进的Zernike矩的局部描述符与图割离散优化的非刚性多模态脑部图像配准
    王丽芳, 王雁丽, 蔺素珍, 秦品乐, 高媛
    2019, 39(2):  582-588.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061423
    摘要 ( )   PDF (1232KB) ( )  
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    针对脑部图像中存在噪声和强度失真时,基于结构信息的方法不能同时准确提取图像强度信息和边缘、纹理特征,并且连续优化计算复杂度相对较高的问题,根据图像的结构信息,提出了基于改进Zernike距的局部描述符(IZMLD)和图割(GC)离散优化的非刚性多模态脑部图像配准方法。首先,将图像配准问题看成是马尔可夫随机场(MRF)的离散标签问题,并且构造能量函数,两个能量项分别由位移矢量场的像素相似性和平滑性组成。其次,采用变形矢量场的一阶导数作为平滑项,用来惩罚相邻像素间有较大变化的位移标签;用基于IZMLD计算的相似性测度作为数据项,用来表示像素相似性。然后,在局部邻域中用图像块的Zernike矩来分别计算参考图像和浮动图像的自相似性并构造有效的局部描述符,把描述符之间的绝对误差和(SAD)作为相似性测度。最后,将整个能量函数离散化,并且使用GC的扩展优化算法求最小值。实验结果表明,与基于结构表示的熵图像的误差平方和(ESSD)、模态独立邻域描述符(MIND)和随机二阶熵图像(SSOEI)的配准方法相比,所提算法目标配准误差的均值分别下降了18.78%、10.26%和8.89%,并且比连续优化算法缩短了约20 s的配准时间。所提算法实现了在图像存在噪声和强度失真时的高效精确配准。
    应用前沿、交叉与综合
    物联网智能物流系统容错服务组合建模与分析
    郭荣佐, 冯朝胜, 秦志光
    2019, 39(2):  589-597.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061320
    摘要 ( )   PDF (1487KB) ( )  
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    针对物流领域的服务组合存在容错性差和服务不可靠等问题,提出一种基于π网的物联网智能物流系统物流服务容错组合模型。首先,在简单介绍物联网智能物流系统后,给出了物联网智能物流系统的容错服务组合框架;然后,基于π网建立了物联网智能物流系统物流服务容错组合模型,并对模型进行了容错正确性和拟合性分析;最后,对提出的模型进行了服务可靠性、服务故障容错可靠性实验,并与Petri网、QoS动态预测算法、模糊卡诺模型和改进粒子群优化的服务组合方法针对服务组合的执行时间、用户满意度、可靠性和最优度进行对比实验。实验结果表明,所提模型具有更高的服务可靠性和服务故障容错可靠性,同时在服务组合的执行时间、用户满意度、可靠性和最优度等方面也具有一定的优越性。
    考虑区域协调性的城际列车开行方案优化
    林立, 孟学雷, 宋仲仲
    2019, 39(2):  598-603.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061337
    摘要 ( )   PDF (895KB) ( )  
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    针对城际列车开行方案没有有效匹配城市轨道交通运能的问题,提出一种考虑区域协调性的城际列车开行方案优化方法。首先,以旅客出行费用最小和铁路运输效益最大为优化目标,考虑城际列车载客能力、出发地目的地(Original Destination,OD)客流需求和通过能力等约束;然后,在此基础上增加运能匹配度的限制,构建了考虑区域协调性的城际列车开行方案多目标非线性规划模型,并设计改进的模拟退火算法求解模型;最后,以广深城际铁路为例并进行两组对比分析。实验结果表明:考虑区域协调性的列车开行方案可以使旅客出行总广义费用降低约4.06%,铁路部门的效益提高约9.58%,旅客和铁路的系统总成本降低约23.27%;与遗传算法相比,改进的模拟退火算法在求解质量与收敛速度上均有较大提高。所提模型和算法可充分兼顾旅客和铁路双方利益,能够为城际列车开行方案优化问题提供有效解决方法。
    考虑客户聚类与产品回收的两级闭环物流网络选址路径优化
    梁喜, 凯文
    2019, 39(2):  604-610.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061318
    摘要 ( )   PDF (1191KB) ( )  
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    针对目前不合理的废旧产品回收以及物流活动产生的碳排放污染,提出了一种考虑客户聚类与产品回收的两级闭环物流网络选址-路径优化模型。首先,结合实际物流网络的动态性假设客户需求量和回收率的不确定性特征,以最小运营成本和最小环境影响为目标建立选址-路径优化模型;其次,对多目标进化算法进行改进,提出了考虑客户聚类结果的两级物流设施选址-路径问题求解算法;最后,对该优化算法进行算法性能分析,并以重庆市某企业为例进行了模型和算法验证。结果表明,所建立的模型和算法能有效降低决策难度并提高物流系统的运作效率,所求出的优化方案能减少物流运作成本和降低物流运输过程对环境的影响。
    考虑潮汐影响的班轮多船型船舶调度
    郑红星, 王泉慧, 任亚群
    2019, 39(2):  611-617.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018071470
    摘要 ( )   PDF (1008KB) ( )  
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    针对班轮企业由于提前公布船期表,但受货运需求的波动和潮汐的影响引起的多船型船舶调度问题进行研究。首先系统分析了一家班轮企业近洋运输航线结构;然后考虑大型船舶需乘潮进出港口,以及适当条件下允许租船的实际情况,兼顾班轮船期表的限制,构建了以运输总成本最小为目标的班轮多船型船舶调度非线性规划模型;最后考虑模型的特点,设计了嵌入基因修复的改进遗传算法(IGA)用于模型求解。实验结果表明,与传统的经验调度方案相比,得到的船舶调度方案在船舶利用率上能提高25%~35%;中规模算例下与CPLEX相比,IGA的CPU处理时间平均降低77%;中、大规模算例下与蚁群算法相比,IGA计算的运输费用平均降低15%。实验结果验证了所提模型和算法的有效性,可为班轮企业船舶调度提供参考。
    基于GAN-AdaBoost-DT不平衡分类算法的信用卡欺诈分类
    莫赞, 盖彦蓉, 樊冠龙
    2019, 39(2):  618-622.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2018061382
    摘要 ( )   PDF (771KB) ( )  
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    针对传统单个分类器在不平衡数据上分类效果有限的问题,基于对抗生成网络(GAN)和集成学习方法,提出一种新的针对二类不平衡数据集的分类方法——对抗生成网络-自适应增强-决策树(GAN-AdaBoost-DT)算法。首先,利用GAN训练得到生成模型,生成模型生成少数类样本,降低数据的不平衡性;其次,将生成的少数类样本代入自适应增强(AdaBoost)模型框架,更改权重,改进AdaBoost模型,提升以决策树(DT)为基分类器的AdaBoost模型的分类性能。使用受测者工作特征曲线下面积(AUC)作为分类评价指标,在信用卡诈骗数据集上的实验分析表明,该算法与合成少数类样本集成学习相比,准确率提高了4.5%,受测者工作特征曲线下面积提高了6.5%;对比改进的合成少数类样本集成学习,准确率提高了4.9%,AUC值提高了5.9%;对比随机欠采样集成学习,准确率提高了4.5%,受测者工作特征曲线下面积提高了5.4%。在UCI和KEEL的其他数据集上的实验结果表明,该算法在不平衡二分类问题上能提高总体的准确率,优化分类器性能。
2021年 41卷 11期
刊出日期: 2021-11-10
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