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2013年 第33卷 第03期 刊出日期：2013-03-01

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网络与通信

基于位置服务室内节点的信道分配模型与可信度评估

刘昭斌 刘文芝 方立刚 唐亚哲

2013, 33(03):  603-606.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00603

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针对位置服务(LBS)在深度室内环境下将无法进行GPS定位问题,提出一种融合GPS、Wi-Fi、ZigBee和蓝牙混合的LBS室内节点信道分配模型和可信度评估与控制方法。信道分配模型解决了组合信道分配包括业务负载判据和每个节点的可用射频及非重叠的射频信道的数量问题。通过对每一个接入点(AP)的信号强度建立与参考点的信号强度的预测模型,采用基于能量度量优化算法判断选择组合信道可信度,自适应选择性能好的邻居节点参与迭代优化。仿真结果表明,该方法能有效抑制通信干扰误差在网络内的扩散,降低定位复杂度,提高定位精度,同时提高整个网络的扩展性与鲁棒性。

相关分块衰落信道下基于因子图EM算法的解码方法

颜斌 贾霞 王小明 郭银景 郝建军

2013, 33(03):  607-610.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00607

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针对相关分块衰落信道模型,提出一种基于因子图期望最大化(FGEM)算法的联合估计解码方法。在接收机中,采用因子图消息传递方法进行信道估计和迭代解码, 并引入期望最大化(EM)算法来消除因子图模型中存在环路对消息传递的影响,同时解决了消息传递中的混合高斯消息计算的问题。采用卡尔曼前后向算法代替最大化步消息更新过程,简化了消息的迭代计算,降低了联合解码和估计的复杂性。实验结果表明,与只有导频辅助方法和判决方法相比,该算法进一步提高了信道估计的准确度和接收机的解码性能。

提高基于北斗卫星无源定位精度的方法

张瑜 刘莹 贺秋瑞

2013, 33(03):  611-613.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00611

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鉴于我国的北斗卫星具有可对我国实现连续覆盖、产生的多普勒频移不明显、邻近信道的干扰单一、安全性高等特征,利用北斗卫星作为机会辐射源进行无源定位。考虑大气折射引起的定位误差,提出一种定位误差修正方法,使定位精度进一步提高。仿真结果表明,随着仰角增大或目标高度减小,雷达定位误差也相应减小。经大气折射误差修正后的无源雷达定位精度大大提高。

新颖的物联网RFID传感系统防冲突算法

吴黎明 陈泰伟 项颖

2013, 33(03):  614-617.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00614

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基于超高频射频识别(RFID)技术构建物联网系统往往需要将多个读写器同时工作于同一区域,这种多读写器环境势必会造成多读写器冲突,严重影响系统的性能。针对常用的反向散射耦合方式,选取信干比作为系统通信质量的度量,提出基于快速功率控制和退避机制的防多读写器冲突算法。读写器依据信干比情况,动态调节自身发射功率,在保证读写器读写距离的同时,减少信号覆盖区域的冗余,实现防冲突。考虑到发射功率调节至最大时,读写器仍可能无法获取目标信干比,引入了退避机制,使读写器主动降低发射功率,其退避时间映射于目标信干比迭代比例。实验结果表明,读写器能够根据功率控制算法,动态调节发射功率并快速收敛,提高了系统的实时性和可靠性。退避算法的设计提高了读写器信道争用的公平性,而且大大降低读写器功耗,这对移动/手持读写器尤为重要。该防冲突算法有效地最小化信号覆盖区域的冗余,实现防多读写器冲突,同时能够保证读写器的目标识别距离,提高了标签识别率。

接收端发起的异步无线传感器网络MAC协议

王林 王晓哲

2013, 33(03):  618-620.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00618

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为了减少无线传感器网络中由于空闲侦听而产生的能量消耗,在接收端发起的介质访问控制(RI-MAC)协议基础上提出一种新的接收端发起的异步RP-MAC。该协议通过预测接收节点唤醒时间,采用随机数作为唤醒间隔,改进RI-MAC的重传机制,从而减少了空闲侦听和网络冲突。NS2仿真结果表明,改进后的MAC协议在在高负载网络中显著降低了节点工作的占空比,提高了包交付率,从而减少了网络能耗。

基于路由队列资源自适应的非线性随机早期检测算法

杨晓亚 何万生

2013, 33(03):  621-624.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00621

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针对随机早期检测(RED)算法在网络拥塞控制中的缺点和复杂性,提出了基于路由队列资源(缓冲)自适应的新算法(ND-RED)。该算法采用非线性丢包策略和动态调整算法参数的方法,使得路由队列长度稳定在参考值附近,从而有效控制了网络拥塞,高效地利用了资源。最后实验结果表明,ND-RED算法具有良好的稳定性,在队列控制和丢包率控制方面优于RED算法。

基于指数型多延迟误差信号自相关的变步长常模算法

张艳萍 纪磊

2013, 33(03):  625-627.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00625

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为了进一步提高指数型变步长常数模算法收敛速度,在分析误差信号自相关性的基础上,利用多延迟误差信号的自相关函数来控制步长,提出一种基于指数型多延迟误差信号自相关的变步长常模算法。该算法与无延迟及单位延迟相比,多延迟误差信号的自相关函数可以为训练轨迹提供简单且更为准确的信息,使得算法的收敛速度更快,同时使收敛过程更加平滑稳定。水声信道仿真实验进一步说明了该算法在收敛速度上的优越性。

基于二级码本的迫零波束成型自适应预编码方案

张志禹 李敏

2013, 33(03):  628-630.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00628

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为了克服基于有限反馈的多用户多输入多输出(MIMO)系统中迫零波束成型(ZFBF)预编码方案反馈量小时性能较差的缺陷,提出一种基于二级码本的ZFBF自适应预编码方案。该方案的码本设计结合了酉矩阵和随机矢量码本,首先在一级码本中搜索最佳的波束成形矢量; 然后在扰动范围内计算最佳波束成形矢量对应的信干噪比(SINR),将其与系统设定的SINR门限值进行比较来决定用户的反馈信息; 最后基站根据用户的反馈信息自适应地改变码本,对用户进行ZFBF预编码。从而简化了用户端的码本搜索过程,并且在用户数较多的情况下用较少的反馈比特数达到较好的性能。仿真结果表明,该方案能够显著降低每用户的平均反馈比特数,以较低的反馈速率获得较好的和容量性能。

基于附加信号的回波抵消技术

李会雅 杨建坡 尹永超 王芳 王振朝

2013, 33(03):  631-634.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00631

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针对移动通信网络中数字直放站的空间同频干扰问题,提出一种基于附加信号的回波抵消算法。首先对直放站真实回波信号的成因及特性进行了研究,建立了真实回波信道参数矩阵的模型; 然后在直放站接收的基站下行载波信号频谱空穴处附加单频正弦信号,利用直放站接收的混合信号、转发信号与附加信号之间互相关函数的卷积关系估计出回波信道的参数矩阵; 最后将接收的混合信号与转发信号通过估计回波信道得到的模拟回波相减,达到消除回波干扰的目的。仿真结果表明,该算法在COST 207标准的频率选择性衰落信道模型下,主径衰减系数的相对误差为1.8493×10-5,模拟回波能较好地跟踪真实回波,从而有效避免自激现象。

多媒体处理技术

立体目标的宽基线图像匹配

李威 史泽林 尹健

2013, 33(03):  635-639.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00635

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为了匹配立体目标的图像特征,提出一种仿射不变的局部特征提取算法。根据高斯滤波器的形状和大小要与图像结构相适应的原理,该算法利用图像中的最大稳定极值区域(MSER)的协方差矩阵衡量局部图像结构,并将局部图像结构变换到圆形高斯滤波器适用的形式下,以解决视角和尺度变化问题。为了保证图像变换的正确性,采用旋转压缩的方式将各向异性的图像结构变换为各向同性的图像结构。最后在各向同性的图像结构上提取尺度不变特征变换(SIFT)特征点,并将SIFT特征点的坐标变回原图像坐标。实验结果表明该算法提取的局部特征是完全仿射不变的,在立体目标的宽基线图像匹配中表现出良好的效果。

基于Powell算法与改进遗传算法的医学图像配准方法

李超 李光耀 谭云兰 徐祥龙

2013, 33(03):  640-644.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00640

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针对基于互信息图像配准的局部极值问题,提出一种基于Powell算法与改进遗传算法结合的医学图像配准方法。该方法对标准遗传算法存在的收敛速度慢、易早熟、有可能导致误配的缺陷,提出了相应的改进策略; 采用Logistic混沌映射生成迭代过程中的个体; 运用基于小波变换的多分辨率分析策略,采用混合优化算法在图像的最低分辨率层进行全局优化,以全局最优值,结合Powell算法完成医学图像配准。实验结果表明,所提方法可有效避免优化算子陷入局部极值,并提高了配准速度; 相对于纯Powell方法和未改进的遗传算法,配准的精确度和性能更好。

基于字符归一化双投影互相关性匹配识别算法

万金娥 袁保社 谷朝 米尔沙力江·沙吾提

2013, 33(03):  645-647.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00645

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针对印刷体维吾尔文文字识别系统中的字符识别正确率较低这一难点问题,采用对字符图像进行横向扫描和纵向扫描生成行和列投影图, 结合三级分类,将目标字符与对应分类中的字符的双投影图逐一归一化并进行相关性均值计算的方法,取均值最大的字符作为最佳匹配识别结果,实现了对维文字符的识别。实验证明这种基于字符归一化双投影互相关性匹配识别算法方法抗干扰性强,简单易行,匹配精度高,使得印刷体维吾尔文字字符识别的正确率有了进一步提高。

基于多分辨率的PET图像优质有序子集最大期望重建算法

张权 付学敬 李晓红 桂志国

2013, 33(03):  648-650.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00648

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在正电子发射断层扫描(PET)成像中,最大似然期望(MLEM)算法因不能有效地抑制噪声、收敛速度慢而难以直接应用于临床。有序子集最大期望(OSEM)算法具有较快的收敛速度,但是在迭代一定次数之后重建质量会迅速下降。针对此问题,将多分辨率技术引入到有序子集最大期望重建算法的子集中,以此抑制噪声,同时稳定求解过程。实验结果表明,新的重建算法克服了传统算法图像退化的缺点,并具有加快算法收敛速度的优点,能获得较高的信噪比(SNR)和较好的图像视觉效果。

基于自适应背景的多特征融合目标跟踪

李睿 刘昌旭 年福忠

2013, 33(03):  651-655.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00651

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针对基于单一特征的目标跟踪算法,在复杂情形下,很难准确跟踪目标的问题,提出一种基于自适应背景的多特征融合目标跟踪算法。该算法利用颜色和基于灰度共生矩阵纹理特征表征目标,在粒子滤波的框中,通过分析在不同特征下,粒子空间分布、权值分布,以及特征对背景的区分性,提出一种有效的融合系数计算方法; 根据在跟踪过程中目标外观的变化情况,自适应更新目标模板。在不同场景下的实验结果表明:该算法在不降低实时性的前提下,抗背景干扰能力大幅度提高; 在各种场景下,均具有良好的稳定性和鲁棒性。

基于改进的快速稀疏编码的图像特征提取

尚丽 苏品刚 周燕

2013, 33(03):  656-659.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00656

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考虑图像特征系数的最大化稀疏分布和特征基的正交性,在快速稀疏编码(FSC)模型的基础上,提出一种改进的FSC模型。该模型利用迭代法解决了基于L₁范数的归一化最小二乘法和基于L²范数的约束最小二乘法的凸优化问题,能够实现完备基和过完备基的学习,有效提取出图像的最佳特征,且比标准稀疏编码(BSC)模型的收敛速度快。分别利用自然场景图像和掌纹图像作为训练数据进行特征提取测试,并进一步利用提取的特征基进行图像重构实验,同时与BSC模型的图像重构结果进行对比,实验结果证实了所提出的改进FSC模型能够快速、有效地实现图像的特征提取。

基于相位相关的图像区域复制篡改检测与定位

景丽 张慧娟

2013, 33(03):  660-662.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00660

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针对区域复制篡改检测算法检测效率低问题,提出一种基于相位相关的检测与定位算法。算法首先对图像进行滑窗式分块,滑动步长为多个像素,通过对图像块灰度均值排序筛选出可能匹配的图像块; 然后,利用相位相关的互功率谱脉冲函数峰值确定两个图像块是否匹配以及二者的相对位移; 最后,通过统计匹配块对偏移距离方法消除误匹配,并对篡改区域进行标记。实验结果表明,该算法不仅检测效率高,而且对有损压缩、平滑滤波、噪声等常见的后处理操作具有鲁棒性。

基于四元数多特征并行融合的JPEG隐写检测

何凤英 钟尚平 杨健

2013, 33(03):  663-666.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00663

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针对串行特征融合方法易出现“维数灾难”以及并行复矢量特征融合方法只能融合两类特征的弱点,提出一种基于四元数多特征并行融合的JPEG隐写检测方法。方法利用四元数有4个分量能融合4种特征的性质,首先提取4种经典特征,然后用主成分分析(PCA)进行数据降维,去除冗余信息,最后将4种特征组合为四元数矢量,实现多特征的并行融合。实验结果表明,和传统特征融合方法相比,所提方法不仅有效提高了JPEG隐写图像检测率,而且具有较强的鲁棒性。

基于Bag-of-words和Hash编码的近似重复图像检测算法

王誉天 袁江涛 秦海权 刘鑫

2013, 33(03):  667-669.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00667

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针对近似重复图像检测的传统算法存在检测效率和准确率不够高的缺点,提出了基于Bag-of-words和哈希编码的近似重复图像检测算法。该算法首先利用Bag-of-words把一幅图像表示成一个500维的特征向量; 然后,利用主成分分析(PCA)和尺度不变特征转换(SIFT)进行特征降维,并利用Hash编码技术对特征进行编码; 最后,利用动态距离度量技术实现近似重复图像的检测。实验结果表明,利用该算法进行近似重复图像检测是完全可行的,在准确度和查全率之间做到了较好的平衡,查准率可达90%~95%,查全率可达70%~80%。

融合视觉模型和最大类间方差的阈值分割算法

邹小林 冯国灿

2013, 33(03):  670-673.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00670

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针对传统二维直方图的区域划分方法存在把图像的部分目标点和背景点错误划分为边缘点或噪声点,而把部分边缘点和噪声点划分为目标点和背景点的缺点,以及传统二维最大类间方差阈值分割算法的时间复杂度较高的缺点,提出了采用视觉模型构造二维直方图,并提出了该二维直方图的区域划分方法,同时还把提出的二维直方图应用到最大类间方差阈值分割算法中。根据分割时间、分类误差、均匀性等定量评价标准,做了一系列实验,与几种典型的二维阈值分割算法相比,提出的阈值分割算法在降低计算复杂度的同时还具有很好的分割性能。

基于多方向梯度边缘预测器快速边缘检测算法

党向盈 鲍蓉 姜代红

2013, 33(03):  674-676.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00674

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改进了无损压缩编码中的梯度自适应预测器(GAP)和梯度边缘检测(GED)预测器,并应用在图像边缘检测中,提出基于多方向梯度边缘预测器(MGEDP)的动态阈值控制的边缘检测算法。该方法主要步骤为:1)从图像中心划分四个区域; 2)采用并行技术多个方向应用MGEDP模板,分别预测错误值,利用错误反馈信息构建预测误差图像; 3)利用大津算法计算阈值,分类误差图像边缘; 4)细化边缘; 5)合成边缘图像。实验证明:应用并行技术降低了时间复杂度,以中心逐步向四周选择预测参考点避免了误差繁衍,最终得到清晰完整、细节丰富的边缘图像。

基于Contourlet变换和支持向量机的纹理识别方法

王佳奕 葛玉荣

2013, 33(03):  677-679.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00677

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针对变换域中图像纹理识别时如何选择最佳特征向量的问题,利用Contourlet变换的多方向、多尺度选择性和各向异性,将图像从空间域变换到频率域,全面地提取了Contourlet变换分解后低频子带、中频子带和高频子带的特征,输入支持向量机(SVM)分类器进行分类识别。利用Brodatz纹理库进行仿真实验,实验结果表明低频均值方差和高频能量作为组合特征时识别准确率可达98.75%,且特征向量维数少,是在Contourlet变换下表示图像纹理的最优特征。

X264的平均比特率控制算法优化

田一姝 沈强 刘延伟 张宇 赵志军

2013, 33(03):  680-683.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00680

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无线视频传输系统中,网络带宽往往是有限和动态变化的,这将导致视频信息在传输过程中的质量差以及不稳定,此时需要在视频编解码中采用码率控制进行调控。针对X264平均比特率(ABR)算法的不足,提出了两种改进措施:其一,根据实际输出比特和目标比特之差在帧层增加补偿算法来调整当前帧的量化参数(QP); 其二,改善缓存区增长函数以限制缓存区的过快增长。改进算法通过对同一视频序列不同目标码率以及不同视频序列同一目标码率两种方式进行实验仿真验证。仿真结果表明,在峰值信噪比(PSNR)平均值基本不变的情况下,输出的实际码率更加接近于目标码率。

基于非线性有限元的可变形模型的变形方法

李志威 刘明军 刘腾澳 赵秀阳

2013, 33(03):  684-687.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00684

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三维模型的变形是计算机图形学与其他学科交叉研究的热点问题之一。针对采用线性应变对模型变形时,容易出现不符合物体在客观实际情况下的形变。给出了一个有效的模型变形方法。首先,通过采用几何删除方法对原始模型进行简化,使简化后的模型尽可能地保持原模型的拓扑形态; 在此基础之上对其进行四面体剖分,进而采用格林应变对剖分后的模型进行变形。实验结果表明,在采用非线性有限元方法对模型进行变形时,先对模型进行简化,然后再四面体剖分,可以获得变形速率上的提升。

适用于网络渐进传输的多分辨率曲线生成算法

操震洲 李满春 程亮 陈振杰

2013, 33(03):  688-690.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00688

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针对渐进传输系统在多分辨率矢量数据生成过程中存在的计算费时、拓扑不一致问题,提出一种适用于网络渐进传输的多分辨率曲线生成算法。该算法通过预先存储的节点偏离量化简曲线,利用优化的单调链求交算法维护曲线拓扑一致性,从而支持多分辨率曲线的快速生成和拓扑一致性维护。基于该算法开发了曲线数据渐进传输实验系统,实验结果表明,多分辨率曲线数据保持了拓扑一致性,且其生成时间与数据量大小呈近线性的关系,证明了算法的有效性。

基于梯度相关性分解的无参考图像质量评价方法

廖宇 郭黎

2013, 33(03):  691-694.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00691

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目前大部分无参考型的图像质量评价方法都是基于图像的几何特征进行描述的,但是这种方法对于图像的边界要求较为严格,并且在实际应用中的图像的失真类型是未知的。针对这一缺点,提出一种基于梯度相关性分解的无参考图像质量评价(DGS)方法,该方法提取图像的梯度,对其进行奇异值分解作为图像的主要结构信息,以此对图像的质量进行评价。实验结果表明,DGS模型比通用的简单有效的峰值信噪比(或均方误差)模型更符合人眼视觉系统特性,能在无参考的情况下更好地评价图像质量,并与图像的主观评价值达到更准确的一致性。

年龄变化条件下采用Gabor金字塔的人脸描述与识别

许凤娇 王国胤

2013, 33(03):  695-699.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00695

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随着年龄的增长,人脸特征会发生不同程度的改变,这些改变主要包括形状特征变化和纹理特征变化,从而给人脸识别问题增加了难度。为了精确地描述年龄变化条件下人脸形状和纹理特征以提高人脸识别的精度,首先将Gabor小波运用在金字塔模型上,形成Gabor金字塔特征序列,利用均值网格对Gabor金字塔特征序列进行初步降维去噪; 然后将不同样本同一方向和尺度的Gabor金字塔特征进行重组; 最后构造40个并行分类器,利用直接分步线性判别分析(DF-LDA)算法进行分类识别。实验结果表明,Gabor金字塔特征序列能够提高年龄变化条件下人脸识别的精度。

基于能量的自适应局部Gabor特征提取的人脸识别

周立俭 马妍妍 孙洁

2013, 33(03):  700-703.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00700

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为了解决传统Gabor滤波器组在人脸识别过程中特征提取时间长、计算量大的问题,从不同方向、不同尺度以及全局角度按照能量大小构建了3种不同的局部Gabor滤波器组用来提取人脸特征。首先,分析数据库中部分图像Gabor变换后的图像能量,从不同角度选出能量较大的图像构建对应的局部Gabor滤波器组; 其次,根据所选滤波器组提取局部Gabor特征; 然后,采用线性判别分析(LDA)法进一步提取Fisher特征; 最后,利用最近邻法识别人脸图像。基于ORL人脸库和YALE人脸库的实验结果表明提出的人脸识别方法降低了人脸图像的特征维数,缩短了特征提取的时间,有效地提高了人脸识别率。

基于粗糙集的火灾图像特征选择与识别

胡燕 王慧琴 秦薇薇 邹婷 梁俊山

2013, 33(03):  704-707.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00704

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针对图像型火灾探测方法检测准确度和实时性间的矛盾,提出了基于粗糙集的火灾图像特征选择和识别算法。首先通过对火焰图像特征的深入研究发现,在燃烧能量的驱动下火焰的上边缘极不规则,出现明显的震动现象,而下边缘却恰恰相反; 基于此特点,可利用上下边缘抖动投影个数比作为火焰区别于边缘形状较规则的干扰。然后,选择火焰的6个显著特征构造训练样本,在火灾分类能力不受影响的前提下,使用实验所得的特征量归类表对训练样本进行属性约简,并将约简后的信息系统属性训练支持向量机模型,实现火灾探测。最后与传统支持向量机火灾探测算法做了比较。实验结果表明:将粗糙集作为支持向量机分类器的前置系统,把粗糙集理论的属性约简引入到支持向量机中,可以大大消除样本集冗余属性,降低了火灾图像特征空间的维数,减少了分类器训练和检测数据,在保证识别精度的同时,提高了算法的速度和泛化能力。

基于可见光的海上船舶油井平台遥感检测

孟若琳 邢前国

2013, 33(03):  708-711. 

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针对目前海上船舶油井提取多是使用已有的非实时陆地岸线提取海域,并且提取算法缺少在大尺度影像上搜索和查找可能存在目标能力的问题,提出一种基于可见光遥感数据的船舶油井检测策略。该策略主要包括综合形态学运算提取海域、目标有无判定算法、迭代最优阈值分割(TS)滑动窗口(SW)目标提取三个部分。探讨了目标有无判定算法中的参数设置和滑动窗口的大小设置,并将提取结果与人工目视解译结果进行了交叉对比验证。结果表明,该策略通过设置合理的参数,可使目标提取的真实精度达到0.981,相对精度达到0.954,表现出较高的实用性。

信息安全

基于无干扰理论的分布式多级安全核心架构

邵婧 陈性元 杜学绘 曹利峰

2013, 33(03):  712-716.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00712

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为了提高分布式环境下多级安全实施的正确性和可行性,提出了一个分布式多级安全保护核心架构——分布式可信计算基(DTCB)。DTCB具有三层结构,包括系统层可信计算基、模块层可信计算基和分区层可信计算基,实现了从模块间、分区间到分区内部的逐步细化的信息流和访问控制,有效降低了分布式环境下多级安全实施的复杂性。最后,采用组合无干扰模型形式化证明了DTCB的安全性,结果表明,DTCB能够从整体上为分布式系统提供较好的多级安全保护。

跨域引用监视器及其以数据为中心的多级安全模型

李洪敏 万平国 葛杨

2013, 33(03):  717-719.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00717

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为基于不可信计算机系统来构建一个可信的多级安全(MLS)大系统,提出一种新型的跨域引用监视器及其多级安全模型。该跨域引用监视器采用现有的商业现货(COTS)产品,使用一个或多个独立的计算机,在两个或多个不同的网络之间,通过满足EAL7的单向传输硬件装置来连接。基于该跨域监视器实现了以数据为中心的多级安全模型。该模型允许信息从低密级网络流向高密级网络,也允许高密级网络把低密级数据发布给低密级网络,禁止高密级网络的高密级信息和无密级标记信息流向低密级网络,并已在分级保护的网络系统中成功应用。通过安全模型和安全策略的形式化描述和证明表明,基于该安全模型构建可信MLS大系统是可行的。

基于多属性决策的多维时序信任度排序模型

高键鑫 吴晓平 秦艳琳 王甲生

2013, 33(03):  720-722.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00720

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针对属性权重未知且评价数据为多维时序的信任度排序问题,提出一种基于线性规划理论的信任度排序方法。首先使用线性规划模型确定一维时序下属性权重未知的多个节点信任度排序上下限向量,然后建立多维时序下信任度的最优协调排序模型,再将模型转化为典型指派问题并利用匈牙利算法进行求解,从而得到各个节点的信任度排序。实例分析表明,当最优协调排序模型中距离参数q取低值时,对极值数据不敏感,可以防止少数评价数据突变造成的误评; 当q选取高值时,对极值数据较敏感,可以识别受评对象中信任度摇摆不定的潜在不诚实对象。

基于Monte Carlo估计的免疫检测器分布优化算法

刘海龙 张凤斌 席亮

2013, 33(03):  723-726.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00723

摘要 ( )   PDF (621KB) ( )  

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针对免疫实值检测器的黑洞和边界入侵问题,分析规模对检测性能的影响,提出一种基于Monte Carlo估计的检测器分布优化算法,以Monte Carlo方法估计检测器对非自体空间的覆盖效果作为算法结束的条件,通过优秀子代替代不合时宜的父代来完成检测器的分布优化处理。经实验测试表明,该算法不仅可以有效地降低黑洞,而且能够以更少的检测器更精确地覆盖非自体空间,从而提升检测器的检测性能。

基于人工蜂群的业务流异常状态检测方法

段谟意

2013, 33(03):  727-729.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00727

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针对日益严重的网络安全问题,基于人工蜂群与聚类方法提出一种新的状态检测算法——DASA。该算法首先根据SKETCH方法和Hash函数建立业务流异常状态模型,并且利用人工蜂群技术实现对异常状态的检测。最后,以实际数据进行仿真实验,对比分析了样本数据与DASA算法检测的结果,发现DASA具有较好的适应性,而且聚类个数、丢弃阈值和邻域半径等因素对状态检测产生较大影响。

基于GE码的HDFS优化方案

朱媛媛 王晓京

2013, 33(03):  730-733.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00730

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针对Hadoop分布式文件系统(HDFS)数据容灾效率和小文件问题,提出了基于纠删码的解决方案。该方案引用了新型纠删码(GE码)的编码和译码模块,对HDFS中的文件进行编码分片,生成很多个Slice并随机均匀的分配保存到集群中,代替原来HDFS系统的多副本容灾策略。该方法中引入了Slice的新概念,将Slice进行分类合保存在block中并然后通过对Slice建立二级索引来解决小文件问题; 该研究方法中抛弃了三备份机制,而是在集群出现节点失效的情况下,通过收集与失效文件相关的任意70%左右的Slice进行原始数据的恢复。通过相关的集群实验结果表明,该方法在容灾效率、小文件问题、存储成本以及安全性上对HDFS作了很大的优化。

一类参数未知超混沌系统的广义函数投影滞后同步

柴秀丽 武相军

2013, 33(03):  734-738.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00734

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混沌系统同步问题的研究是混沌保密通信技术研究的重要理论基础。针对函数投影同步中对时滞现象研究较少的问题,基于Lyapunov稳定性定理和自适应控制方法,设计了相应的自适应控制器和参数更新规则,实现了一类超混沌系统之间的广义函数投影滞后同步,以超混沌LS系统和超混沌Lü系统为例,验证理论的正确性和有效性,同时分析了外加噪声干扰和延时对同步控制效果的影响。数值仿真结果证实了所提方法的有效性、可行性和鲁棒性。

基于两阶段免疫接种的SIRS计算机病毒传播模型

叶晓梦 杨小帆

2013, 33(03):  739-742.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00739

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针对现有的带有免疫接种策略的病毒传播模型的不足,根据生物学中的传染病模型提出了带有阶段免疫接种特点的SIRS计算机病毒传播模型。该模型充分考虑了在达到感染阈值时免疫接种概率的变化对于病毒传播的影响。此外,利用动力学稳定性理论分析并证明了病毒平衡点的存在和稳定条件。数值仿真结果表明,提高免疫接种率和设定适当的感染阈值可以有效控制计算机病毒在网络中的传播。

移动云计算环境中基于代理的可验证数据存储方案

杨健 王剑 汪海航 杨邓奇

2013, 33(03):  743-747.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00743

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现有云计算可验证数据存储协议无法直接应用于终端存储和计算能力有限的移动计算环境。针对该问题,提出移动计算环境下基于代理的可验证云存储协议,在终端和云服务器之间引入一个半可信的安全计算代理,利用代理来帮助移动终端用户完成计算密集的操作,从而使得可验证数据存储方案可用于移动计算环境。提出一个具体的可验证数据存储协议,形式化证明了所提协议满足随机预言机模型下的选择明文攻击(CPA)安全,量化分析结果表明协议设计适用于移动计算环境,符合设计目标。

基于SIFT抗几何攻击的数字水印算法

高虎明 李凯捷 王英娟

2013, 33(03):  748-751.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00748

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针对数字水印信息易遭几何攻击的问题以及水印算法的不可见性与鲁棒性的平衡性问题,提出一种基于尺度不变特征变换(SIFT)的图像局部特征点的数字水印算法。首先利用SIFT算法在原始图像中寻找局部特征点,再以局部特征点确定多个满足一定条件的圆形局部特征区域(LFA),经LFA正规化后将水印嵌入到LFA的离散余弦变换(DCT)域的中频系数中。其中,考虑到水印信息对图像质量的影响,嵌入强度根据Watson人类视觉模型进行动态调整。实验结果表明,该算法得出的峰值信噪比(PSNR)和水印相似度数值较高,说明该算法不仅保证了较好的水印不可见性,并且在一定的几何攻击下表现出较强的鲁棒性。

基于离散傅里叶变换的数字全息水印

吴清乐 彭代渊

2013, 33(03):  752-755.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00752

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针对打印扫描过程对硬拷贝水印图像的攻击,提出一种抗打印扫描的全息水印改进算法。改进的算法将双水印的数字全息图隐藏在载体图像的离散傅里叶变换(DFT)中频系数的幅度谱中,并在中心对称的相应块做同样的替换,通过控制图像纹理的峰值信噪比(PSNR)自适应地控制水印嵌入强度,并实现最佳的水印嵌入。改进的算法不可见性明显提高,嵌入有意义水印容量大,具有抗剪切、噪声、JPEG压缩等攻击的优势,且通过打印扫描校正,可从打印扫描图像中清晰提取水印。

基于FPGA的数字水印提取系统的设计

王沙沙 高飞 温英新 于静

2013, 33(03):  756-758.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00756

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针对传统软件实现数字水印系统难以满足实时性的问题,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件实现方案。通过对数字水印提取系统进行深入研究,设计了易于FPGA实现的数字水印算法和适用于5/3小波变换的算法结构,并进一步设计出与算法相对应的新的水印提取结构。该结构体现了流水线和高度并行性,计算效率高,具有体积小、功耗低、实时性强等特点。经仿真验证证实了所设计系统的正确性,算法结构具有广泛的适用性。

高效的基于证书强指定验证者签名方案

翟正元 高德智 梁向前 潘帅

2013, 33(03):  759-761.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00759

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针对基于身份公钥密码系统下的强指定验证者签名中的第三方完全可信问题及已有签名方案效率不高的问题,利用基于证书密码系统中证书认证机构(CA)的信任级别低的优点,提出了一个新的强指定验证者签名方案。在随机预言模型下基于双线性Diffie-Hellman(BDH)问题假设给出了形式化的安全性分析。通过性能分析可看出:该方案能满足强指定验证者签名方案的所有性质,且签名长度仅为群中一个元素,具有较高的通信效率,适用于带宽受限的环境。

基于身份部分盲签名方案的分析与改进

何俊杰 孙芳 祁传达

2013, 33(03):  762-765.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00762

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对李明祥等(李明祥,赵秀明,王洪涛. 对一种部分盲签名方案的安全性分析与改进. 计算机应用, 2010, 30(10): 2687-2690)提出的一种基于身份的部分盲签名方案进行了安全性分析,指出方案中签名请求者可以非法修改协商信息。为了有效抵抗篡改协商信息攻击,提出一种改进的部分盲签名方案。在随机预言机模型下证明了新方案对自适应选择消息和身份攻击是存在性不可伪造的。与基于身份部分盲签名方案的性能比较显示,新方案具有较高的运算效率。

人工智能

基于权值与结构确定法的单极Sigmoid神经网络分类器

张雨浓 陈俊维 刘锦荣 曲璐 黎卫兵

2013, 33(03):  766-770.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00766

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构造了以单极Sigmoid函数作为隐层神经元激励函数的神经网络分类器,网络中输入层到隐层的权值和隐层神经元的阈值均为随机生成。同时,结合利用伪逆思想一步计算出隐层和输出层神经元之间连接权值的权值直接确定(WDD)法,进一步提出了具有边增边删和二次删除策略的网络结构自确定法,用来确定神经网络最优权值和结构。数值实验结果表明,该算法能够快速有效地确定单极Sigmoid激励函数神经网络分类器的最优网络结构; 分类器的分类性能良好。

基于Jena的台风灾害领域本体模型推理

黄风华 晏路明

2013, 33(03):  771-775.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00771

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针对传统台风灾害预测以统计学方法为主,而缺乏语义驱动和智能推理的问题,提出一种基于Jena的台风灾害领域本体模型推理机制。首先,在分析台风灾害的影响因素和演变历史的基础上,采用网络本体语言(OWL)建立台风灾害领域本体模型; 其次,利用Jena推理引擎和自定义规则对台风灾害本体模型进行推理,挖掘被隐藏的台风灾害影响因素或灾害链信息; 最后,构建了本体驱动的台风灾害专家系统(Onto-TDES)。实验结果证明,该方案能初步解决传统台风灾害预测缺乏语义驱动和智能推理的问题,提高台风灾害管理与预测的智能化水平。

基于BP神经网络的Deep Web实体识别方法

徐红艳 党晓婉 冯勇 李军平

2013, 33(03):  776-779.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00776

摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  

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针对现有实体识别方法自动化水平不高、适应性差等不足,提出一种基于反向传播(BP)神经网络的Deep Web实体识别方法。该方法将实体分块后利用反向传播神经网络的自主学习特性,将语义块相似度值作为反向传播神经网络的输入,通过训练得到正确的实体识别模型,从而实现对异构数据源的自动化实体识别。实验结果表明,所提方法的应用不仅能够减少实体识别中的人工干预,而且能够提高实体识别的效率和准确率。

基于无监督学习的专业领域分词歧义消解方法

修驰 宋柔

2013, 33(03):  780-783.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00780

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中文自然语言处理中专业领域分词的难度远远高于通用领域。特别是在专业领域的分词歧义方面,一直没有找到有效的解决方法。针对该问题提出基于无监督学习的专业领域分词歧义消解方法。以测试语料自身的字符串频次信息、互信息、边界熵信息为分词歧义的评价标准,独立、组合地使用这三种信息解决分词歧义问题。实验结果显示该方法可以有效消解专业领域的分词歧义,并明显提高分词效果。

维吾尔语中疑问和焦点对语调的共同调节作用

吐尔逊·卡得 王蓓

2013, 33(03):  784-788.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00784

摘要 ( )   PDF (759KB) ( )  

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通过严格控制的语音实验,系统研究了维吾尔语焦点和疑问语气对语调的调节作用。结果发现维吾尔语疑问句中焦点对音高和时长都有调节作用:1)焦点词音高上升、音域扩大,焦点后音高仍保持高,但焦点前的音高基本不变; 2)疑问语调的重要特征是句末音高出现大幅度上扬,另外疑问句中焦点词后的音高高于其在陈述句条件下的表现; 3)焦点成分时长延长,而焦点前后成分的时长变化不明显; 4)与陈述句相比,疑问句的总时长要长于陈述句的,且主要表现在句末成分的时长上。总之,维吾尔语和汉语、英语一样支持平行编码目标逼近(PENTA)语调模型,但是三种语言在疑问句中焦点后的语调变化方式上并不相同。

基于粒子群优化的不均衡数据学习

曹鹏 李博 栗伟 赵大哲

2013, 33(03):  789-792.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00789

摘要 ( )   PDF (630KB) ( )  

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为了提高重采样算法在不均衡数据学习的性能,提出一种基于粒子群优化的不均衡数据学习方法。通过粒子群优化,以不均衡数据分类评价准则作为目标函数,来优化重采样算法中最佳的采样率,同时对特征进行选择,从而达到最佳的数据分布。该算法在大量UCI数据集上进行了测试,与其他不均衡学习算法进行比较,结果表明该算法具有更高的分类性能; 并验证了同时优化采样率和特征集合,可有效地改进不均衡数据分类效果。

基于对策论的团队计算机生成角色任务分配方法

郑延斌 陶雪丽

2013, 33(03):  793-795.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00793

摘要 ( )   PDF (475KB) ( )  

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针对带有时间约束的、可以动态加入到环境中的复杂任务,建立了一种基于对策论的任务分配模型,并给出了一种任务分配方法。该方法中计算机生成角色(CGA)根据自身掌握的局部信息进行行为选择,并使用虚拟行动方法确保CGA快速学习到一个严格纯策略Nash平衡。仿真实验结果表明该方法是合理的,能够有效地解决动态任务的分配问题。

基于混沌理论的动态种群萤火虫算法

冯艳红 刘建芹 贺毅朝

2013, 33(03):  796-799.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00796

摘要 ( )   PDF (724KB) ( )  

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针对萤火虫算法在全局寻优搜索中收敛速度慢、求解精度低,易陷入局部极值区域等缺陷,提出一种基于混沌理论的动态种群萤火虫算法。首先,该算法采用立方映射产生的混沌序列对萤火虫位置进行初始化,为全局搜索的多样性奠定基础; 其次,通过对种群的动态监测,每当算法满足预设条件时,基于混沌序列生成部分新的个体,以提高算法的收敛速度; 最后,对每一代产生的全局最优解,适时采用高斯扰动进行变异操作,使算法更具有跳出局部极小的能力。通过对6个复杂Benchmark函数进行测试,实验结果表明,该算法提高了全局搜索能力、收敛速度和解的精度。

基于通配符和长度约束的近似模式匹配算法

黄国林 郭丹 胡学钢

2013, 33(03):  800-805.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00800

摘要 ( )   PDF (835KB) ( )  

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针对近似模式匹配算法在处理带有灵活通配符和长度约束近似模式匹配(APMWL)问题时只能解决替换操作, 提出一种基于动态规划的编辑距离矩阵(EDM)构造方法,设计了基于EDM的近似模式匹配算法APM, 可以处理近似匹配中的三种编辑操作,即插入、替换和删除操作。此外,根据文本中字符是否允许被重复使用的约束条件,设计APM-OF算法。实验结果表明,APM和APM-OF与同类算法相比具备显著的优势:与Sail_Approx匹配算法实验对比, 获取解的平均增长率分别达到8.34%和12.37%; 将APM-OF算法应用至模式挖掘中, 挖掘出的频繁近似模式个数为OneoffMining算法的2.07倍。

基于反馈策略的引力搜索算法及其在支持向量机中应用

顾斌杰 潘丰

2013, 33(03):  806-809.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00806

摘要 ( )   PDF (565KB) ( )  

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针对标准引力搜索算法(SGSA)在高维多峰函数寻优过程中容易出现早熟的问题,提出一种基于反馈策略的引力搜索算法(FGSA)。由于粒子在进化过程中群体多样性损失过快,采用粒子与最佳位置的距离和最邻近粒子的距离两个参数来均衡优化算法的勘探和开发能力,并将变异操作引入到FGSA中。通过对选取的四个基准函数测试,验证了FGSA和SGSA相比,在高维多峰函数寻优时,精确度和稳定性都有显著提高。同时,针对支持向量机(SVM)分类问题时,可有效地找出合适的特征子集及SVM参数,并取得较好的分类结果。

改进克隆选择算法的收敛性分析

郑仙花 骆炎民

2013, 33(03):  810-813.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00810

摘要 ( )   PDF (595KB) ( )  

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为了完善克隆选择算法(CSA),使算法理论上成熟,利用两个随机收敛性度量:完全收敛和均值收敛, 证明基于多类数据分类的改进克隆选择算法(Multi_CSA)满足收敛到全局最优解的充分条件,并以实验数据进行验证。从理论上证明了Multi_CSA满足收敛的充分条件,实验方面也表明该算法在经过一定的代数后会收敛。理论和实验上均表明:Multi_CSA是一个能在有限代内收敛的较为成熟算法。

先进计算

蛋白质相互作用网络演化模型研究进展

骆嘉伟 梁成 宋丹 李光辉

2013, 33(03):  816-820.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00816

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研究蛋白质相互作用网络的演化机制及模型对于理解生物系统的进化及组织形成过程具有重要的意义。到目前为止,已经出现了多种依赖不同演化机制的蛋白质相互作用网络演化模型,这些模型有针对性地体现了真实蛋白质相互作用网络中出现的某些拓扑特征,但同时也具有一定的局限性。通过对典型蛋白质相互作用网络演化模型进行研究,从模型的构建机理、演化模型及真实蛋白质相互作用网络的拓扑特征等方面进行了分析和比较,并总结了各个模型的特点。最后,对蛋白质网络演化模型的进一步发展提出了自己的看法,为深入理解蛋白质相互作用网络演化模型提供有益参考。

多核机群上通信高效的整数序列并行排序方法

柯琦 钟诚 陈清媛 陆向艳

2013, 33(03):  821-824.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00821

摘要 ( )   PDF (681KB) ( )  

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建立一个适用于整数序列排序的数据分配模型,在多核计算节点组成的异构机群上设计通信高效的整数序列并行算法。所提出的数据分配模型依据机群中各节点不同的计算能力、通信速率和存储容量,动态计算出调度分配给各节点的数据块的大小以平衡各个节点的负载。所设计的并行排序算法利用整数序列的特性,主节点采取两轮分发数据与接收结果的方法,从节点运用分桶打包方式返回有序的整数子序列给主节点,主节点采用桶映射方法将各个有序子序列直接整合成最终有序序列,以减少需要耗费较多通信时间的数据归并操作。分析与实验测试结果表明,给出的多核机群上的整数序列并行排序算法高效,具有良好的可扩展性。

基于GPU的稀疏线性系统的预条件共轭梯度法

张健飞 沈德飞

2013, 33(03):  825-829.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00825

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研究了基于GPU的稀疏线性方程组的预条件共轭梯度法加速求解问题,并基于统一计算设备架构(CUDA)平台编制了程序,在NVIDIAGT430 GPU平台上进行了程序性能测试和分析。稀疏矩阵采用压缩稀疏行(CSR)格式压缩存储,针对预条件共轭梯度法的算法特性,研究了基于GPU的稀疏矩阵与向量相乘的性能优化、数据从CPU端传到GPU端的加速传输措施。将编制的稀疏矩阵与向量相乘的kernel函数和CUSPARSE函数库中的cusparseDcsrmv函数性能进行了对比,最优得到了2.1倍的加速效果。对于整个预条件共轭梯度法,通过自编kernel函数来实现的算法较之采用CUBLAS库和CUSPARSE库实现的算法稍具优势,与CPU端的预条件共轭梯度法相比,最优可以得到7.4倍的加速效果。

云环境下机群弹性负载均衡机制

杜垚 郭涛 陈俊杰

2013, 33(03):  830-833.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00830

摘要 ( )   PDF (641KB) ( )  

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为克服传统刚性负载均衡机制不能适应多变的网络环境的缺陷,解决云环境下已有负载均衡机制存在不能充分利用弹性机制,且服务质量(QoS)不稳定的问题,提出一种基于绿色计算资源池策略的云环境弹性负载均衡机制,根据系统资源利用率对负载进行量化,量化结果决定资源池虚拟机的分配,最后结合虚拟机的使用情况,回收资源,提高资源的利用率。实验结果显示在该负载均衡机制下,响应时间稳定在2.5s左右,整体服务质量有明显提高,降低了电能消耗,验证了该机制的有效性。

基于填充和相似性信任因子的协同过滤推荐算法

郝立燕 王靖

2013, 33(03):  834-837.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00834

摘要 ( )   PDF (666KB) ( )  

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为了提高推荐系统在数据稀疏情况下的推荐质量,提出一种改进的协同过滤算法。该方法使用一种数据挖掘算法对稀疏评分矩阵进行填充; 在完整的填充矩阵上计算用户相似性,并引入相似性信任因子; 最终做出推荐预测。典型数据集上的对比实验结果表明,即使在评分数据极为稀疏的情况下,该算法仍能取得较好的结果。

协同过滤在中文维基百科类别推荐上的应用

王静 何婷婷 衣马木艾山·阿布都力克木

2013, 33(03):  838-840.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00838

摘要 ( )   PDF (639KB) ( )  

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针对传统人工编辑导致大量类别信息重复和不规范的问题,提出了应用协同过滤技术为中文维基百科文章自动推荐类别。利用中文维基百科中的四个重要语义特征即链入、链出、链入的类别和链出的类别来表示维基百科文章,得到与目标文章相似的前若干篇文章的所有类别后,通过查询返回的相似度值计算各个类别的权重,选择前面的若干个类别作为推荐结果返回给目标文章。实验结果表明了这四个语义特征能较好地表征一篇维基百科文章,同时也验证了协同过滤方法在中文维基百科自动推荐类别中的有效性。

基于社会网络分析的协同推荐方法改进

冯勇 李军平 徐红艳 党晓婉

2013, 33(03):  841-844.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00841

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协同推荐是电子商务中被广泛使用的个性化服务技术,但由于数据稀疏、冷启动等原因,导致现有协同推荐方法的个性化服务水平不高。为提高协同推荐的准确性,利用社会网络分析对协同推荐方法加以改进,提出一种基于社会网络分析改进的协同推荐方法。该方法利用社会网络分析技术分析用户间的关系,将其量化为信任度以填充用户-项矩阵,并将信任度融入到用户相似性计算中。通过实验分析验证了所提方法的有效性。以信任度扩充用户-项矩阵不仅可以较好地解决协同推荐中数据稀疏和冷启动问题,而且能够提高协同推荐的准确性。

克隆选择免疫遗传算法对高维0/1背包问题应用

武慧虹 钱淑渠 徐志丹

2013, 33(03):  845-848.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00845

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针对遗传算法求解高维背包问题收敛速度慢、易于陷入局部最优的缺点,基于生物免疫系统克隆选择原理,提出一种克隆选择免疫遗传算法。该算法中抗体采用二进制编码,通过抗体浓度设计抗体亲和力,进化群分离为可行群和非可行群,进化过程仅可行抗体动态克隆和突变,非可行抗体经修复算子获可行抗体。数值实验中,选取三种著名的算法用于四种高维的背包问题求解,结果表明:所提算法较其他算法具有更强的约束处理能力和快速收敛的效果。

典型应用

基于泛关系模型表示的层次化模型管理框架

邢英 张宏军 张睿 何健

2013, 33(03):  849-853.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00849

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针对常见模型表示方法缺少对多阶段建模过程支持,造成不同建模阶段模型难以统一管理、共享和重用的问题,提出基于泛关系模型表示的层次化模型管理框架。分析现有模型表示方法特点和多阶段建模过程中模型表示及管理需求,采用泛关系模型表示建立概念模型和数学模型表示方法之间映射关系,建立一体化模型表示方法和层次化模型管理框架; 研究层次化模型管理框架中概念层模型和泛关系层模型的模型库设计逻辑,并基于泛关系理论,研究了物理层模型的动态生成方法,实现了不同建模阶段模型的一体化表示和统一管理。

基于有限状态机和Trie数的分级地址模型

张倩 郭嗣琮

2013, 33(03):  854-857.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00854

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针对地理编码系统中地址正确性校验、地址不规则命名和地址跳跃的问题,提出了运用有限状态机理论建立分级地址的转换模型,同时用Trie树来建立有限状态机中各个地址的转换函数,给出了转换函数的初始化和训练过程。测试数据对模型的验证表明,使用有限状态机和Trie树建立的地址模型,初步解决了地理系统编码中的地址校验、不规则命名和地址跳跃的问题。

四旋翼无人飞行器混合控制系统研究

夏国清 廖粤峰 王璐

2013, 33(03):  858-861.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00858

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针对四旋翼无人飞行器质量未知情况下的垂直起降控制问题,提出一种基于状态反馈和神经网络自适应的混合控制方法。该方法通过一个状态反馈控制器实现飞行器的水平位置和航向控制,考虑到飞行器负载的未知特性,通过径向基函数(RBF)神经网络对飞行器质量进行估计,从而实现对高度的精确控制。仿真分析及验证表明,所提出的控制方法能够有效实现飞行器高度的精确控制,并能够在线估计出飞行器质量参数。

基于多片FPGA的双优先级动态调度算法

杜双枝 王勇 陶晓玲

2013, 33(03):  862-865.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00862

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针对单片现场可编程门阵列(FPGA)在处理高速网络中海量数据时存在效率低下的问题,结合多处理器的双优先级调度算法,在所构建的多片FPGA并行处理的高速数据采集和处理模型上,提出一种基于多片FPGA的双优先级动态调度算法,并对处于低优先级段的强实时周期任务提出一种最早截止期临界松弛调度(EDCL)算法。根据任务的松弛度确定任务的优先级,若提升时间到达时仍未完成,则将其提升到高优先级段; 对软实时周期任务,设置在中优先级段,通过延长当前任务截止期至动态模糊阈值进行调度。实验结果表明,该算法能很好地调度强实时周期任务,保证重要任务的优先执行,并能降低由于抢占造成的软实时周期任务错失率。

异构双核构架下的脉冲涡流信号实时小波去噪

邱选兵 魏计林 崔小朝 夏春华

2013, 33(03):  866-870.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00866

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针对工业现场的脉冲涡流(PEC)信号,设计了基于异构双核OMAP3530的实时嵌入式去噪的硬件与软件系统。分析了适用于实时去噪的小波基的选择,完成了基于DB4小波基的Penalty阈值法、B-M阈值法、默认阈值法的Matlab去噪仿真实验,并给出了均方根误差(RMSE)和信噪比(SNR)。结合OMAP3530硬件平台,讨论了基于DSPLINK的异构双核构架的数据共享方法,并提出一种基于固定步长滑动窗口的实时去噪算法。通过计算机仿真与实验结果表明:该系统具有信噪比高、实时性强、数据吞吐率大的优点,满足连铸现场自动检测要求。

针对Kriging插值结果的空间查询方法

杜久升 陈宜金 侯争

2013, 33(03):  871-873.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00871

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Kriging插值方法及其各种改进模型已被广泛应用,但由于其插值结果是栅格形式,因此不利于与矢量数据叠加分析。为了更加便捷地使用插值结果,在衡量Voronoi图和最小外接矩形特点的基础上,提出了适用于Kriging插值结果的数据结构及空间查询方法。查询某一点位的特征值时,先通过区域的最小外接矩形初步判断出该位置可能存在的区域,进而逐一判断点与所选区域的空间关系,根据点所在区域的属性值得到该点位的特征值。该方法实现了对Kriging插值结果的空间查询,其正确性通过某露天矿的实际运行数据得到了验证。实验结果表明,该方法的查询效率控制在毫秒级,能够满足矿区车载终端程序及类似应用的需求。

基于多模型自适应的飞行控制系统重构与优化

史志波 董慧芬 李立毅

2013, 33(03):  874-877.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00874

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对飞行器执行机构受损或失效情况下其飞行控制规律重构的问题,提出一种基于线性二次最优控制理论的多模型自适应控制重构技术方案。利用线性二次调节器获得参考模型,基于故障诊断与检测技术,运用Lyapunov稳定性理论,确保闭环控制系统的严格正实性和全局渐进稳定性。根据飞行器的动力学控制规律,进行故障辨识和模型切换,实现故障状态下飞行控制规律的重构与优化设计。针对典型故障情况进行飞行器控制重构仿真验证,结果表明系统能够在舵面部分失效下完成控制重构,保证有效飞行器运行控制。

基于变速趋近律的离散滑模末制导律设计

舒燕军 唐硕

2013, 33(03):  878-881.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00878

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针对离散化的末制导模型,基于一种新型离散变速趋近律设计了离散滑模制导律。利用该新型离散变速趋近律的特性消除了视线角速率的稳态振荡,使其渐进地趋于原点,并显著降低了系统抖振。将目标机动视为未知不确定性,采用干扰观测器方法对其进行在线估计和补偿,无需知道不确定性的界,只需知道其变化率有界,且无需满足匹配条件。仿真结果表明,所设计的基于新型离散变速趋近律的滑模制导律对目标机动具有鲁棒性,且无稳态振荡和系统抖振。

形式语言在网页制作操作题自动阅卷中的应用

李娟

2013, 33(03):  882-885.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00882

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针对网页制作操作题自动阅卷方法中存在效率低、可重用性差等问题,建立基于形式语言的阅卷模型。分析并解决了两个关键问题:设计阅卷信息描述语言和形式化语句解析、匹配。通过实例分析表明,该方法有效提高了测评的效率和代码复用率。

基于JSP和Android的C/S结构问卷系统

陈望挺 林满足 陈健 章跃 傅奇佳 竺乐庆

2013, 33(03):  886-889.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00886

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为了方便问卷调查的实施过程,提高统计数据采集过程的效率,提出一种基于Android平台的手机问卷调查系统实现方法。该问卷系统是客户端/服务器结构的,服务端包括基于JSP的问卷设计模块、问卷信息统计模块、数据库,以及基于C#的Web Service用于实现数据库访问接口; 客户端是Android平台上的问卷交互系统,从数据库获取问卷信息,在手机上显示问题和选项供用户回答并把回答结果提交到数据库。该系统在Android模拟器上以及真机上都进行了测试,结果表明该系统能有效实现问卷调查功能。由于客户端可以运行在移动设备之上,该系统的实现可以使问卷过程随时随地进行,使调查过程更加便利和高效,拓宽问卷调查的客户群,因此可以为需要市场调查或社会调研的企业或机构所采用。

基于小波方差分解的混沌时间序列噪声估计和阈值去噪

黄腾飞 李帮义 熊季霞

2013, 33(03):  890-895.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00890

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针对小波噪声处理时重视信号的分解而忽略噪声特性的问题,利用小波变换的方差分解功能对白噪声的小波系数方差进行分析,提出一种新的小波噪声估计和阈值去噪方法。该方法以时间序列第一、二层的小波方差来估计噪声水平,通过计算出噪声方差在各层小波系数上的分布来确定软阈值。对Lorenz、Chen等混沌系统的仿真结果表明,该方法有较好的效果。其后对上证指数和上海天然胶期货日收盘价序列进行去噪处理,验证了该方法的有效性。

声带麻痹植入手术的有限元仿真模拟

陈维涛 陈东帆 韩兴乾 周晨 高祥

2013, 33(03):  896-900.  DOI: 10.3724/SP.J.1087.2013.00896

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由于外科医生对于声带麻痹植入手术没有有效的预测,手术的失败率较高,因此采用有限元的方法进行术前模拟仿真。通过人体的喉部CT数据,使用Mimics软件提取声带与声门气管三维几何模型,然后导入到ANSYS-Fluent来模拟声带麻痹患者植入手术前后声带振动模式与喉部气流动态耦合特性,分析声门气管表面压力以及气流速度的变化情况。实验结果与临床统计数据进行分析与对比,推断运用有限元分析技术进行声带麻痹植入手术仿真模拟的研究方法合理可行,为手术方案提供了支持。