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2014年 第34卷 第9期 刊出日期：2014-09-01

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网络与通信

基于干扰抑制的上行多基站协作能效算法

戴翠琴 李途 张祖凡

2014, 34(9):  2451-2455.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2451

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针对上行链路多基站协作通信系统中联合处理功耗过高的问题，提出了一种基于小区间干扰抑制的上行多基站协作能效算法(ICIR-UMBCEEA)。首先，通过解码参考信号(DMRS)序列得到等效噪声和协作多点(CoMP)估计信道，推导出CoMP信道的干扰抑制合并(IRC)滤波矩阵；其次，建立等效干扰模型，利用IRC滤波矩阵得到了小区间平均干扰；最后，计算出各小区用户对非CoMP集合小区的干扰程度，针对强干扰用户作出联合处理。理论分析和链路仿真表明，与上行协作多基站最优注水功率控制算法(UMBCA-OWFC)相比，ICIR-UMBCEEA的用户归一化平均干扰在中心用户和边缘用户处的下降幅度分别为19.2%和24.5%；而ICIR-UMBCEEA的能量利用效率在中心用户和边缘用户处分别提高了25.48%和18.03%；ICIR-UMBCEEA所消耗的能量更小，其中心用户的吞吐量更高，而边缘用户的吞吐量则与UMBCA-OWFC相差不大。实验结果表明，ICIR-UMBCEEA在实际工程中能够有效提高系统的能量效率。

基于簇的能量均衡无线传感器网络时间同步算法

孙毅 南婧 武昕 陆俊

2014, 34(9):  2456-2459.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2456

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针对现有时间同步算法应用于多跳无线传感器网络时存在的误差累计和能耗不均衡问题，提出一种基于簇的能量均衡时间同步算法。该算法基于簇状分层的网络拓扑，簇首之间采用双向监听机制代替双向交换机制，以减小通信开销和发送时延带来的同步误差；簇成员节点利用双向交换和单向广播相结合的机制与簇首同步，并通过最优剩余能量选取回应节点，均衡簇内节点能耗。对提出的新方法和传统的同步算法在精度和能耗方面进行理论分析和仿真验证，结果表明，该算法在保证较高同步精度的前提下可以减小通信开销，均衡网内节点能量消耗，延长网络生命周期。

无线传感器网络局部协同定位算法

任秀丽 安乐

2014, 34(9):  2460-2463.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2460

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针对无线传感器网络中距离定位算法精度和覆盖率低的问题，提出了局部协同定位算法(LCLA)。该算法通过对节点路径损耗指数的局部计算，将通信中受到环境或者障碍物影响的锚节点判定为无效锚节点；同时引入协同定位思想，将满足误差要求的已定位节点升级为锚节点，并参与其他未知节点的定位，以提高定位的覆盖率。节点定位时，若收到多个锚节点信号，优先选取初始的有效锚节点对其进行定位；当有效锚节点个数不足以定位时，再选取升级后的锚节点，以减少累积误差，提高定位精度。仿真结果表明，局部协同定位算法在定位覆盖率和精度方面优于改进的接收信号强度指示(RSSI)定位算法、多维尺度分析(MDS-MAP)算法和协作定位算法。

基于二维网格融合特征参数的室内匹配定位算法

关维国 鲁宝春

2014, 34(9):  2464-2467.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2464

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针对接收信号强度值(RSSI)的时变特性降低定位精度的问题，提出了一种基于二维网格特征参数融合的室内匹配定位算法。该算法融合RSSI和信号到达时间差(TDOA)构建网格特征参数模型，基于二维网格快速搜索策略降低匹配定位的计算量，采用网格特征向量的归一化欧氏距离进行最优网格匹配定位，最终由匹配网格的参考节点计算终端的精确位置。定位仿真实验中，该算法在3m网格粒度下的定位均方根误差为1.079m，平均定位误差小于1.865m；3m定位精度下的概率达到94.7%，相对于传统单一RSSI模型法提高了19.6%。所提算法能够有效提高室内定位精度，同时减少搜索数据量，降低匹配定位的计算复杂度。

避免路由断裂的优化AODV路由协议

李向丽 荆瑞霞 何一涵

2014, 34(9):  2468-2471.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2468

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移动自组网(MANET)中，节点的移动容易引起链路失效，传统的按需距离矢量(AODV)路由算法的本地修复机制局限于在链路断裂后进行，如果修复失败或者过慢，可能导致缓存的数据包丢失。针对这一问题，提出一种避免路由断裂的优化AODV路由算法ARB-AODV，该算法首先对即将断裂的链路进行预测，然后计算有关节点的相对稳定度，将稳定性较高的节点插入即将断裂的链路中，以消除节点的边缘效应来避免路由断裂。在NS-2平台下采用随机路点移动模型(RWM)和恒定比特率(CBR)数据源进行实验，在节点的移动速度大于10m/s时，ARB-AODV算法的分组投递率保持在80%以上，其平均端到端时延比AODV算法降低了40%，归一化路由开销比AODV算法降低了15%。仿真结果表明，ARB-AODV优于AODV，能有效提高网络性能。

软件定义网络中交换机处理时延的仿真

吕怡龙 黄传河 贾永宏 张海

2014, 34(9):  2472-2475.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2472

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针对目前的网络仿真工具在对软件定义网络(SDN)的仿真过程中，未考虑交换机的处理时延的问题，提出一种处理时延的仿真方法，目的是为了使仿真结果更加真实和准确。该方法首先将交换机的转发处理过程分解为对流表的查询操作和执行不同的动作；然后，利用交换机的处理器频率和访存周期，将查询流表和执行动作转换为处理时间。实验中测量了真实环境中不同配置的交换机处理时延，并与利用该方法仿真出的处理时延进行对比。实验结果表明，利用该方法仿真出的处理时延和真实交换机的处理时延基本一致，该方法能够较准确地仿真交换机处理时延。

基于节点相似性的容延/容断网络路由算法

戴晨曲 李建波 由磊 徐吉兴

2014, 34(9):  2476-2481.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2476

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针对容延/容断网络(DTN)网络的时延高、割裂频繁，以及节点缓存和能量受限等网络特性，为提高容延网络的传输率，同时降低网络开销和网络时延，提出了一种基于节点相似性的容延网络路由算法(RABNS)。该算法利用历史相遇信息预测节点未来相遇概率，并且把历史相遇的节点录入为集合，利用集合的交集运算来评估一对相遇节点的相似性，并以此为判定条件控制网络中的副本数量。在模拟器The ONE上采用RandomWaypoint运动模型进行仿真，其中RABNS在消息投递率方面优于PROPHET，网络负载约为PROPHET的50%，较大程度上提高了网络资源利用率；平均时延稍高于Epidemic但低于PROPHET，节点缓存空间大小对算法的平均跳数影响不大，且RABNS的平均跳数约为PROPHET的一半。仿真结果表明，RABNS能有效地限制消息洪泛，获取更高的消息投递率、更低的网络开销和数据时延，因此尤其适用于节点存储空间有限的DTN环境和具有群居特性的社交容延网络中。

基于Stackelberg博弈的协作网络功率分配策略

卫萌菡 秦爽 孙三山

2014, 34(9):  2482-2485.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2482

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针对协作网络中的功率分配问题，提出基于Stackelberg博弈的分配策略。首先建立博弈模型，源节点根据中继节点分配的功率给出价格；中继节点根据自身资源情况、信道状态、位置信息以及源节点提出的价格，进行协作传输功率的分配，从而构建用户效用函数；接着证明了该效用函数满足凹函数的条件，且存在均衡点，因此参与决策的用户可以通过求解协作功率和价格的Stackelberg均衡解(SE)最大化自己的效用；最后，通过仿真实验验证了均衡点的存在，并对源节点位置不同情况下节点的价格、功率和效用进行了分析，实验中离中继更近的源节点的协作功率和效用分别是距离较远用户的1.29倍和1.37倍。理论分析与实验结果证明了策略的有效性，而且该策略能适用于协作网络及其他分布式网络。

改善SCCRFQPSK迭代检测收敛性的简单方法

张高远 文红 宋欢欢 李腾飞

2014, 34(9):  2486-2490.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2486

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首先分析加性高斯白噪声(AWGN)信道条件下递归FQPSK-B调制的最大后验概率(MAP)解调算法，论述了递归FQPSK与卷积码构成的串行级联(SCCRFQPSK)系统迭代所需要的对数似然比外信息(ex-LLR)提取方法；其次，针对SCCRFQPSK系统迭代检测中存在的正反馈现象，提出对FQPSK-B解调器输出的ex-LLR进行适当的线性加权处理。通过蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真得到了经过加权处理后的迭代系统所需的最优加权因子为0.7；且误比特率(BER)为10-5时，与传统迭代方案相比，该系统在4次迭代时可获得0.3dB的信噪比(SNR)增益。仿真结果表明：经过线性加权处理后，SCCRFQPSK系统的检测收敛性加快，系统性能提高，系统时延降低，能在一定程度上缓解深空通信中由于传输距离远而带来的SNR极低的通信问题。

物联网环境下具有顺序约束关系的静态任务表调度算法

叶佳 周鸣争

2014, 34(9):  2491-2496.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2491

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针对物联网异构调度环境下并行计算的静态任务调度问题，提出了一种基于最早完成时间策略改变调度顺序的表调度算法HDPTS。该算法针对现有表调度算法在调度前不能准确地确定调度顺序的问题，在IHEFT算法的基础上添加了一个动态优先级调度策略，当节点的前驱任务都已经完成调度任务时，就改变该节点的调度优先级。任务优先级的计算在所有前驱任务到达这个任务的最晚完成时间与所有资源上最大可以使用时间之间取最大值的基础上，同时考虑到分配到各个资源上的任务对后继任务的影响和资源上的负载情况，以及上行权重的计算值和对出口任务的影响，使得优先级计算更加合理，能够根据任务分配动态合理改变任务调度顺序。通过随机生成一个算例进行测试，结果表明HDPTS比IHEFT、HEFT在调度长度方面减少14.29%；对大量随机产生的特定结构的有向无环图(DAG)进行测试，测试结果显示HDPTS算法比IHEFT、HEFT和LDCP算法更有效。

一种星载强容错SpaceWire总线网络拓扑设计与分析

牛跃华 赵文彦

2014, 34(9):  2497-2500.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2497

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目前SpaceWire总线应用主要基于单个路由器上连接数个节点设备，构成小型星状网络结构，而对复杂航天器多节点情况下的SpaceWire网络系统应用研究较少。针对航天器高可靠要求，提出一种总线型网络拓扑容错设计方案，对网络工作方式、多层次冗余容错机制、系统可靠度和网络传输性能进行了分析推导，结果表明提出的网络拓扑满足星载应用要求。最后根据分析结果提出了SpaceWire网络系统中数据包长、链路速率和节点布局的设计指导原则。

基于信号功率谱密度分布的动态非均匀子带分解方法

马令坤 戴志美

2014, 34(9):  2501-2504.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2501

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针对频谱变化范围较大的宽带信号的子带分解问题，为了动态地调整子带的宽带与数量，合理地控制子带信号的自相关矩阵特征值扩散度，提高子带信号处理的性能和效率，在基于离散傅里叶变换(DFT)子带分解方法的基础上，提出了一种基于信号功率谱密度(PSD)的动态非均匀子带分解的新方法。对于给定序列，通过功率谱估计，确定子带数目和子带幅度范围，通过子带调制实现不同子带向零频处搬移，实现信号的分解。利用Matlab对子带信号特征值扩散度和信号重建性能进行了仿真。实验结果表明，与均匀子带分解相比，提出的方法直接利用PSD的分布信息实现非均匀子带分解，有效地控制了子带信号特征值扩散度在合理范围内的分布，并具有较好的重构性能。

高通信效率的分布式流数据聚类算法

朱强 孙玉强

2014, 34(9):  2505-2509.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2505

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传感器节点的资源是有限的，高的通信开销会消耗大量的电量。为了减小分布式流数据分类算法的通信开销，提出一种高效的分布式流数据聚类算法。该算法包含在线局部聚类和离线全局协同聚类两个阶段。在线局部聚类算法将每个流数据源进行局部聚类，并将聚类后的结果通过序列化技术发往协同节点；协同节点得到来自不同流数据源的局部聚类信息后进行全局聚类。从实验中可以看出，当不断增加窗口的大小时，算法用于数据发送的时间恒定不变，算法的聚类时间和总的时间呈线性增长，即所提出算法的执行时间不受滑动窗口宽度和聚类个数的影响；同时该算法与集中式算法的准确性接近，并且通信开销远远小于相关的分布式算法。实验结果表明，该算法具有很好的可扩展性，可应用于对大规模分布式流数据源进行聚类分析。

基于二阶统计和时间结构的盲信号分离方法

邱萌萌 周力 汪磊 吴建强

2014, 34(9):  2510-2513.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2510

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盲源分离(BSS)的目标就是在混合过程未知的情况下，仅仅依据观测得到的混合信号，恢复出不能直接观测的源信号。针对具有时间结构的源信号，即各个源信号分量满足空间上不相关但时间上相关，提出了一种基于二阶统计量的盲源分离方法。该方法首先对混合信号进行鲁棒预白化处理，其中依据最小描述长度准则对源信号的维数进行估计；然后通过对白化信号的时延协方差矩阵进行奇异值分解(SVD)，从而实现源信号的盲分离。仿真中通过对一组语音信号的分离验证了算法的效果，并利用信号干扰比(SIR)和性能指标函数(PI)两个指标定量地对算法的性能进行了度量。

基于一次投影子空间追踪的压缩感知信号重构

刘小青 李有明 李程程 季彪 陈斌 邹婷

2014, 34(9):  2514-2517.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2514

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为了降低信号重构算法的复杂度，实现对稀疏度未知信号的重构，提出了一种基于一次投影子空间追踪(OPSP)的信号重构方法。首先根据约束等距性质确定信号稀疏度的上下界，并将最接近上下界中值的整数作为稀疏度的估计值；然后在子空间追踪(SP)算法的框架下，去掉了迭代中观测向量在支撑集上的投影过程，降低了算法的复杂度。为了更准确地衡量算法的重构性能，提出用完整信号的重构概率作为衡量算法重构性能的指标。与传统的SP算法相比，所提算法可以重构稀疏度未知的信号，且重构时间短，重构概率高。仿真结果验证了该算法的有效性。

先进计算

内存云架构的磁盘节能策略

鲁亮 于炯 英昌甜 王政英 刘建矿

2014, 34(9):  2518-2522.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2518

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内存云(RAMCloud)的出现改善了在线数据密集型(OLDI)应用的用户体验，但其能耗高于传统的云数据中心。针对该问题，提出一种适用于该架构的磁盘节能策略。首先，引入遗传算法中适应度函数和轮盘赌法，尽量选择更为节能的磁盘进行数据持久化备份；其次，设定合理的服务器内存缓冲区来延长磁盘的平均连续空闲时间，使得部分服务器磁盘在空闲时进入待机状态。仿真实验结果表明，在50台服务器的内存云系统中，该策略能有效节能约12.69%；而缓冲区大小的设定对于节能效果和数据可用性具有双重影响，需权衡考虑。

私有云平台的虚拟机内存调度策略

李大为 赵逢禹

2014, 34(9):  2523-2526.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2523

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在私有云平台中，现有的方法无法灵活地对虚拟机内存资源进行有效的监控和分配。针对以上问题，提出了内存实时监测和动态调度(MMS)模型，利用libvirt函数库和Xen提供的libxc函数库实现了对虚拟机内存紧缺、内存空闲时的实时监测和动态调度，并且提出虚拟机迁移策略，有效地缓解宿主机的内存紧缺问题。最后选取一台物理机作为主控节点，两台物理机作为子节点，利用Eucalyptus搭建一个小型的私有云平台。结果显示，当宿主机处于内存紧缺状态时，MMS系统通过启动虚拟机迁移策略有效地释放了内存空间；当虚拟机占用内存逼近初始最大内存时，MMS为其分配新的最大内存；当占用内容降低时，MMS系统对部分空闲的内存资源进行了回收，而且释放内存不超过150MB(最大内存512MB)时，其对虚拟机性能的影响不大。结果表明该模型对私有云平台中虚拟机内存进行实时监测和动态调度是有效的。

基于任务复制的多维QoS云计算任务调度

张巧龙 张桂珠 吴德龙

2014, 34(9):  2527-2531.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2527

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为了满足云计算环境下用户服务质量(QoS)需求和提高虚拟资源空闲时间段的利用率，提出了一种基于任务复制的多维QoS任务调度策略。首先,构建云资源模型和用户QoS模型，然后根据虚拟资源的利用情况和QoS的满意度对虚拟机进行性能测评，选择综合性能更高的虚拟资源进行任务的分配；在任务执行时为了缩短任务的完成时间，在调度过程中引入了在空闲时间段复制父任务的方式。通过仿真实验将该算法与HEFT、CPOP进行比较，实验结果显示：当用户偏好可靠性执行时，该算法平均可靠性比HEFT和CPOP高；当用户偏好完成时间和费用花费执行时，该算法平均完成时间比HEFT和CPOP少；当用户无偏好执行时，该算法平均完成时间和平均花费均比HEFT和CPOP少。结果表明该算法能有效提高资源利用率和用户的满意度。

人工智能

基于二维可变邻域编码方式的混合遗传算法

朱碧颖 朱福喜 刘克刚 粟藩臣

2014, 34(9):  2537-2542.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2537

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针对现有混合遗传算法无法兼顾有效性及高效性的问题，提出一种基于二维可变邻域编码方式的新型混合遗传算法(VNHGA)。首先提出了一种将个体“基因型”与“邻域型”分开编码、同步遗传的新型编码方式，以替换传统二进制编码方式；然后设计了一种稳定变异算子，以替换传统变异算子来提高效率。通过多维函数最小值问题对VNHGA进行测试:首先验证采用所提二维可变邻域编码方式后，使用“鲍德温(Baldwin)效应”作为将局部搜索嵌入传统遗传算法策略时，相对于基于“拉马克(Lamarckian)进化”的嵌入策略，仍然具有采用传统二进制编码方式时的特性，即具有良好有效性但高效性不足；其次验证引入稳定变异算子后，算法在保持其有效性的同时提升了效率，运行时间缩短到之前的50%左右；最后，与两种改进混合遗传算法进行比较，验证所提算法优势。结果表明VNHGA兼具有效性与高效性特点，可用于解决最优化问题。

带高效变异尺度系数和贪婪交叉策略的回溯搜索优化算法

王晓娟 刘三阳 田文凯

2014, 34(9):  2543-2546.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2543

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针对回溯搜索优化算法(BSA)收敛速度慢的缺点,提出基于麦克斯韦〖CD*2〗玻尔兹曼分布的变异尺度系数和带贪婪性的交叉策略,来提高算法收敛速度。利用麦克斯韦〖CD*2〗玻尔兹曼分布产生变异尺度系数,能有效提高搜索效率,提高收敛速度;在交换维数较少的交叉策略中使用向优秀个体群学习过的变异种群进行交叉,在充分保证种群多样性的前提下为交叉策略添加了一定贪婪性,成功克服了以往算法添加贪婪性时易陷入局部最优的缺点。对15个标准测试函数进行仿真实验,结果显示,改进算法收敛速度较快，收敛精度较高,即使在高维多峰函数中,相同迭代次数后改进算法的搜索结果比原BSA平均高出近14个数量级,收敛精度均达到10-10以上。

基于非支配解排序的快速多目标微分进化算法

许玉龙 方建安 张晗 王晓鹏

2014, 34(9):  2547-2551.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2547

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为解决基于帕累托(Pareto)支配解排序的多目标进化算法高时间复杂度问题，依据非支配解排序潜在特性，介绍了一种快速的非支配解排序方法，每次只处理当前种群中最高等级个体，且在分配等级的同时，能选择个体进入下一代，下一代被选足时即结束程序，减少了排序处理个体的数量，大幅度降低时间复杂度；另外，给出一种均匀的拥挤距离计算方法；最后，将快速非支配解排序和均匀拥挤距离计算与微分进化算法结合，提出基于非支配解排序的快速多目标微分进化算法(FMODE)。采用标准多目标优化问题ZDTl～ZDT4和ZDT6进行仿真实验：当种群个体较多(大于500)时，FMODE所用时间远小于NSGAⅡ；FMODE的总体性能上均优于经典的NSGAⅡ、SPEAⅡ和DEMO；在FMODE框架内，采用均匀拥挤距离在性能上也明显优于经典拥挤计算方法；并通过实验确定了FMODE算法的参数。实验结果表明FMODE能够减少计算等级时的处理时间，并在收敛性和多样性指标上明显优于对比算法。

萤火虫算法的改进分析及应用

王吉权 王福林

2014, 34(9):  2552-2556.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2552

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针对萤火虫算法(FA)在求解有约束全局优化问题时，存在初始种群不易产生、相对吸引力的大小与萤火虫的绝对亮度无关、惯性权重没有充分利用目标函数信息、不能更好地控制和约束萤火虫的移动距离等缺点，提出一种改进的萤火虫算法。首先，给出了一种基于遗传算法(GA)的初始种群产生方法，提高了初始种群的产生速度；其次，给出了一种基于目标函数的动态自适应惯性权重萤火虫算法，以提高萤火虫算法收敛速度；另外，给出了一种相对吸引力大小与萤火虫的绝对亮度有关的吸引力的计算方法；最后，为了控制和约束萤火虫位置的移动距离，将压缩因子引入到萤火虫算法的位置更新公式中，从而提高了算法收敛速度。4个测试函数的计算结果表明，与标准FA和基于惯性权重的萤火虫算法相比，改进的萤火虫算法运算速度明显提高，迭代次数明显减少，从而验证了改进萤火虫算法的有效性。

基于建筑特征及二维地图的复杂城市场景中移动机器人视觉定位算法

李海丰 王怀超

2014, 34(9):  2557-2561.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2557

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针对城市环境中全球定位系统(GPS)信号易受到高层建筑遮挡而无法提供准确位置信息的问题，提出了一种基于建筑物竖直侧平面特征及建筑物二维轮廓地图的移动机器人定位方法。该方法利用车载视觉，首先对两视图间的竖直直线特征进行匹配;然后基于匹配的竖直线特征对建筑物的竖直侧平面进行重建;最后，利用建筑物竖直侧平面特征及建筑物二维俯视轮廓地图，设计了一种基于随机采样一致性(RANSAC)的移动机器人视觉定位算法，从而解决了在建筑物方向任意的复杂城市环境中的机器人定位问题。实验结果表明，算法的平均定位误差约为3.6m，可以有效地提高移动机器人在复杂城市环境中自主定位的精度及鲁棒性。

基于新的粒子群算法的虚拟角色路径规划仿真系统

周静 付绪昌

2014, 34(9):  2562-2565.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2562

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针对标准粒子群算法(SPSO)中粒子在避障时易陷入局部最优而无法继续行走的问题，提出一种将局部最优粒子的位置后退至其历史最优位置，在此位置进行8-邻域局部搜索最优可行解的方法。该方法找到离目标最近的非障碍点，让粒子行走至该位置；同时找出当代群体的全局最优位置，并将各粒子位置设定为此位置，继续迭代。通过在栅格地图中的避障实验发现，传统算法粒子遇到障碍物时会陷入局部最优而无法行走，而改进后的算法粒子能够成功避开障碍到达终点。将改进的算法引入三维视景仿真系统，仿真结果表明在大地图、多障碍场景下粒子陷入局部最优而导致寻路失败的概率高达50%；通过给障碍物添加圆形坡度对算法进一步改进，粒子成功规划出路径的概率提高至83%。实验结果表明改进后算法搜索能力增强，能在复杂场景中有效地规划出路径。

融合广告主行为的拍卖词实时触发

解忠乾 常笑 姬东鸿

2014, 34(9):  2566-2570.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2566

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搜索引擎触发广告的过程中，需要实时计算拍卖词(Bidword)和用户查询(Query)的相关性，广告语境下的Term动态赋权方式和短语商业价值评估成为相关性计算必须考虑的问题。为此引入广告主行为，结合连续词袋模型(CBOW)，提出了一种广告语境下的短语相关计算方法ADPCB。首先通过CBOW模型获得短语中每个Term的向量；然后分析广告主行为，构建关于短语的全局赋权树，对短语结构进行分析得到Term的动态权重；最后将Term权重和向量线性组合产生短语的向量表示，用于Bidword和Query的相关性度量。对10000对带有标签的Query和Bidword(正负比例1∶〖KG-*2〗1)利用Word2vec进行实验，ADPCB比结合CBOW模型的TF-IDF效果更好；而在准确率达到0.70时，ADPCB比潜在狄利克雷分布(LDA)、BM25和TF-IDF获得了更高的召回率。结果表明ADPCB提高了触发Bidword和Query的相关性，同时可以量化短语中Term的商业价值属性，减少低商业价值Query的广告触发数量，可应用于实时计算的场景。

基于二维坐标映射法的消费情感分类方法

林明明 邱云飞 邵良杉

2014, 34(9):  2571-2576.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2571

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针对中文消费评论的情感分类问题，构建了一种基于语料库的二维坐标映射法的情感分类方法。根据中文语言特点，首先提出了基于语料库的搜索方法，使搜索更有针对性；其次，定义了提取表达情感的中文短语的规则；第三，构造了某领域的最佳种子词选取算法；最后，构造了二维坐标映射算法，通过计算评论句子的坐标值，将其映射到二维直角坐标系中，判断句子的语义倾向性。选取亚马逊网站某商家1200条与牛奶相关的评论(好、差评各600条)进行实验，首先根据最佳种子词选取算法选取“很好漏”作为最佳种子词，再根据二维坐标映射算法判断评论的情感极性，实验的平均F值达到了85%以上。实验结果表明该算法可以对消费评论进行情感分类。

基于双标签集的标签匹配集成学习算法

张丹普 王莉莉 付忠良 李昕

2014, 34(9):  2577-2580.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2577

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当标识示例的两个标签分别来源于两个标签集时，这种多标签分类问题称之为标签匹配问题，目前还没有针对标签匹配问题的学习算法。 尽管可以用传统的多标签分类学习算法来解决标签匹配问题，但显然标签匹配问题有其自身特殊性。 通过对标签匹配问题进行深入的研究，在连续AdaBoost(real Adaptive Boosting)算法的基础上，基于整体优化的思想，采用算法适应的方法，提出了基于双标签集的标签匹配集成学习算法，该算法能够较好地学习到标签匹配规律从而完成标签匹配。 实验结果表明，与传统的多标签学习算法用于解决标签匹配问题相比，提出的新算法不仅缩小了搜索的标签空间的范围，而且最小化学习误差可以随着分类器个数的增加而降低，进而使得标签匹配分类更加快速、准确。

0-1背包问题的预期效率和线性拟合求解

张玲玲 张弘

2014, 34(9):  2581-2584.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2581

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为了进一步优化0-1背包问题的解，就背包容量、物体个数、物体重量、物体价格和物体性价比之间的关系进行深入的分析研究，构建了一个基于数学理论的线性拟合模型，与预期效率相结合，给出了一个解决0-1背包问题的混合算法。给出了三组实验，测试ρ<0.7时的算例，当背包容量改变时，与萤火虫群算法相比，该算法提高了目标函数值的收敛速度，同时节省了存储空间；与单纯的预期效率算法相比，该算法能够求得最优解，而单纯的预期效率算法则不能。实验结果表明，预期效率和线性拟合混合算法具有合理性及准确性，该算法能够应用于解决实际的0-1背包问题。

基于随机需求的区域血液供应系统优化

余娟 王文宪 钟庆伦

2014, 34(9):  2585-2589.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2585

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从供应链一体化的角度对区域血液供应网络建模。采用多目标规划的方法，将血液采集风险成本、系统运作成本、供给过多与过少的惩罚成本最小作为目标，考虑血液报废量与时间成正比的特性，将过期报废血液处理费用考虑在内，建立了随机需求的四种血型的区域供需网络均衡模型。通过证明所建模型是凸的，进一步导出了血液供需网络平衡的变分不等式。运用修改的拟牛顿法，求得了随机需求下血液供应链供需平衡的解。最后，通过成都某区供血系统进一步验证了模型的适用性。

基于Gabor小波与深度信念网络的人脸识别方法

柴瑞敏 曹振基

2014, 34(9):  2590-2594.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2590

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特征提取与模式分类是人脸识别的两个关键问题。针对人脸识别中的高维和小样本问题，从人脸特征的提取与降维算法入手，提出基于受限玻尔兹曼机(RBM)的二次特征提取及降维算法模型。首先把图像均匀分成若干局部图像块并进行量化，再对图像进行Gabor小波变换，通过RBM对得到的Gabor人脸特征进行编码，学习数据更本质的特征，从而达到对高维人脸特征降维的目的；并以此为基础提出基于深度信念网络(DBN)的多通道人脸识别算法。在ORL、UMIST和FERET人脸库上对不同样本规模和不同分辨率的图像进行实验，识别结果表明，与采用线性降维和浅层网络的方法相比，所提方法取得了较好的学习效率和很好的识别效果。

基于模糊自适应共振理论映射算法的单样本三维人脸识别

王斯藤 唐旭晟 陈丹

2014, 34(9):  2595-2599.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2595

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针对传统的三维人脸识别分类算法大多需要多个样本进行训练，而在单训练样本的前提下识别性能会严重降低的问题，提出了基于模糊自适应共振理论映射(Fuzzy ARTMAP)的算法对三维人脸数据库进行分类识别。首先对三维人脸深度图像进行局部二值模式(LBP)统一模式算子的特征提取，再对LBP特征进行Log-Gabor小波变换，提取图像的频域特征向量作为训练的输入向量，最后将单样本训练向量集送入Fuzzy ARTMAP分类器进行训练识别。该算法在FRGC v2.0三维人脸数据库中的识别率可达到87.15%，分类器的训练时间为24.88s，单张待识别人脸样本与单张已注册的人脸匹配时间为0.0015s，一张新的人脸样本在数据库完成一次搜索匹配则需要1.08s。实验结果表明，所提方法在测试中的性能优于概率神经网络(PNN)和极限学习机神经网络(ELM)，既能保证较高的识别率，又能拥有较短的训练时间，且时间增幅稳定，可控性强。

基于遗传优化函数曲线的小波阈值法心电信号除噪

王争 何宏 谭永红

2014, 34(9):  2600-2603.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2600

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针对小波阈值滤波方法中硬阈值方法易产生震荡和软阈值方法易产生波形失真的缺点，提出了一种基于遗传优化函数曲线的小波阈值法GOCWT。该方法利用二次函数模拟阈值转换函数曲线，并根据均方根误差(RMSE)与平滑度建立适应度函数，运用遗传算法(GA)对转换函数参数进行寻优。通过对48段心电信号滤波性能指标分析发现：与硬阈值滤波方法相比，GOCWT的平滑度性能提升了36%；与软阈值滤波方法相比，其均方根误差性能提升了32%。实验结果表明，GOCWT的滤波性能优于硬、软阈值滤波方法，既避免了心电信号滤波时产生的震荡现象，同时又很好地保留了信号的峰值等细节特征。

数据技术

异构信息网中基于元路径的动态相似性搜索

陈湘涛 丁平尖 王晶

2014, 34(9):  2604-2607.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2604

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现有的相似性搜索算法通常没有考虑时间因素，为此，提出一种异构信息网中基于元路径的动态相似性搜索算法PDSim。PDSim算法首先计算给定元路径下实体的链接矩阵，得到实体之间的元路径实例数比值，同时基于建立时间的不同，计算其时间差异度；在此基础上针对给定的元路径，获得异构信息网中动态相似性的度量。在多个相似性搜索实例中，PDSim能够捕获到实体随时间变化而产生的兴趣的变化；应用于聚类时，相对于PathSim和PCRW方法，其标准互信息聚类精度可以提高0.17%~9.24%。实验结果表明，PDSim方法与传统的基于链接的相似性搜索算法相比，显著提高了异构信息网中动态相似性搜索的效率和用户满意度，是一种研究实体随时间而发生动态变化的相似性搜索方法。

互信息与模糊C均值聚类集成的特征优选方法

朱接文 肖军

2014, 34(9):  2608-2611. 

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针对大型数据中大量冗余特征的存在可能降低数据分类性能的问题，提出了一种基于互信息(MI)与模糊C均值(FCM)聚类集成的特征自动优选方法FCC-MI。首先分析了互信息特征及其相关度函数，根据相关度对特征进行排序；然后按照最大相关度对应的特征对数据进行分组，采用FCM聚类方法自动确定最优特征数目；最后基于相关度对特征进行了优选。在UCI机器学习数据库的7个数据集上进行实验，并与相关文献中提出的基于类内方差与相关度结合的特征选择方法(WCMFS)、基于近似Markov blanket和动态互信息的特征选择算法(B-AMBDMI)及基于互信息和遗传算法的两阶段特征选择方法(T-MI-GA)进行对比。理论分析和实验结果表明，FCC-MI不但提高了数据分类的效率，而且在有效保证分类精度的同时能自动确定最优特征子集，减少了数据集的特征数目，适用于海量、数据特征相关性大的特征约简及数据分析。

带有间隔约束的多序列模式挖掘

王华东 杨杰 李亚娟

2014, 34(9):  2612-2616.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2612

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研究这样一个问题：给定多序列、支持度阈值和间隔约束，从多序列中挖掘所有出现次数不小于支持度阈值的频繁序列模式，这里要求模式中任意两个相邻元素在序列中的出现都要满足用户自定义的间隔约束，并且模式在序列中的出现要满足one-off条件。在解决该问题上，已有算法M-OneOffMine在计算模式的支持度时，只考虑模式的每个字符在序列中的首次出现，导致计算的模式支持度远小于其真实支持度，以致许多频繁的模式没有被挖掘出来。为此，设计了一个有效的带有间隔约束的多序列模式挖掘算法——MMSP算法：首先，通过采用二维表保存模式的候选位置；然后，根据候选位置采用最左最优的思想选择匹配位置。通过生物DNA序列进行实验，多序列中元素序列数目不变而序列长度变化时，MMSP挖掘出的频繁模式总数是同类算法M-OneOffMine的3.23倍；在元素序列个数变化时，MMSP挖掘出的频繁模式个数平均是M-OneOffMine的4.11倍；这两种情况下MMSP都有更好的时间性能。在模式长度变化时，MMSP挖掘出的频繁模式个数分别平均是M-OneOffMine的2.21倍和MPP的5.24倍。同时还验证了M-OneOffMine挖掘到的模式是MMSP挖掘到的频繁的子集。实验结果表明，MMSP算法不仅可以挖掘到更多的频繁模式，而且时间花费更少，更适合于实际的应用。

基于HBase的气象地面分钟数据分布式存储系统

陈东辉 曾乐 梁中军 肖卫青

2014, 34(9):  2617-2621.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2617

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针对气象地面分钟数据要素多样、信息量大、产生频次高等特点，传统的关系型数据库系统在存储和管理数据上出现负载饱满、读写性能不理想等问题。结合对分布式数据库HBase的存储模型的研究，行主键(row key)采用时间加站号的方式设计了气象分钟数据存储结构模型，实现对海量气象数据的分布式存储和元信息管理。对HBase的唯一索引在面对气象业务的复杂查询用例时响应时间过长的问题，使用搜索引擎solr提供的API接口并参考气象业务中的查询用例对相关字段建立辅助索引，来满足业务检索时效。实验结果表明，该系统具有很好的存储能力和检索效率，入库效率最高可达每秒34000条，并且在常规查询用例的结果返回时效达到毫秒级，能够满足大规模气象数据在业务应用中对存储和查询时效的性能要求。

计算机安全

基于模糊层次法的改进型网络安全态势评估方法

李方伟 杨绍成 朱江

2014, 34(9):  2622-2626.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2622

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为最大限度降低网络安全问题带来的损失，提出一种基于模糊层次分析法(FAHP)的改进型网络安全态势评估模型。鉴于未来的大规模网络环境，首先建立一套符合实际环境的，由指标层、准则层、决策层三层组成的态势指标体系；针对态势评估中的数据分布不确定性、模糊性对评估结果的影响，利用模糊C-均值(FCM)聚类和最佳聚类准则进行数据预处理，得到最佳聚类数和聚类中心；最终建立多因素二级评估模型得到态势评估向量。仿真结果表明，与目前的基于模糊层次法的态势评估方法相比，更好地考虑到某些权重小的因素，因而标准偏差更小，评估结果更加客观、准确。

基于熵的赋权网络抗毁性评估方法

赵静娴

2014, 34(9):  2627-2629.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2627

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为了研究赋权网络在遭到局部破坏后，网络性能保持稳定的抗毁能力，通过计算节点间不重叠路径对流量的贡献度，进而引入熵的概念，将网络拓扑结构的连通稳定性与网络承载流量的稳定性相结合，以全连通网为基准，提出了用于评估节点间抗毁性的标准稳定熵指标，并在此基础上给出了用于全网抗毁性评估的模型。仿真实验表明网络的抗毁性不仅与网络的拓扑结构、各边权重所代表的边容量总和有关，同时也与各边权重的均匀度有关；关键边性能权重分布越均匀的网络，其整体抗毁性能越强。

基于数据求精的矩阵迷惑

孙喁喁 黄光球

2014, 34(9):  2630-2634.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2630

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目前数据迷惑通常是针对单一具体的数据结构，为了将相同的迷惑方法应用于不同的数据结构，提出了将迷惑看作数据求精，认为迷惑是一个抽象数据类型，建立了证明迷惑正确性的通用方程。通过分割矩阵，改变元素的模式，从而隐藏矩阵的含义。基于该数据类型的操作，利用函数式语言构建了相应的矩阵标准操作的迷惑框架。说明了如何应用矩阵进行纯量及其算术运算的迷惑，运用数学方法证明了迷惑运算的正确性。结果表明迷惑操作与原始操作复杂度相同，提高了操作的难度，是一种有效的数据迷惑方法。

可隐私保护的电子交易新方案

杨波 李顺东

2014, 34(9):  2635-2638.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2635

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针对电子交易中的隐私安全问题，提出了一个可保护用户隐私的电子交易方案。方案将不经意传输协议和ElGamal签名相结合，实现了电子交易中交易双方的隐私安全。用户使用序号选择商品，匿名付费给银行；银行将商品的数字签名发送给用户，用户使用数字签名和商家进行不经意信息交互；对序号进行幂运算加密得到密钥，商家不知道用户订购何种数字商品，序号的隐蔽性和制约性也使得用户不能以没有选择的序号打开消息，用户得到且只能得到自己订购的数字商品。正确性证明和安全性分析结果表明，方案保护了交易双方在电子交易过程中的交互信息，同时防止商家恶意欺诈行为。方案签名短，计算量小，密钥动态变化，安全性强。

基于文档平滑和查询扩展的文档敏感信息检测方法

苏赢彬 杜学绘 夏春涛 李海华

2014, 34(9):  2639-2644.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2639

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由于办公终端可能出现敏感信息泄露的风险，对终端上的文档进行敏感信息检测就显得十分重要，但现有敏感信息检测方法中存在上下文信息无关的索引导致文档建模不准确、查询语义扩展不充分的问题。为此，首先提出基于上下文的文档索引平滑算法，构建尽可能保留文档信息的索引；然后改进查询语义扩展算法，结合领域本体中概念敏感度适当扩大敏感信息检测范围；最后将文档平滑和查询扩展融合于语言模型，在其基础上提出了文档敏感信息检测方法。将采用不同索引机制、查询关键字扩展算法及检测模型的四种方法进行比较，所提出的算法在文档敏感信息检测中的查全率、准确率和F值分别为0.798，0.786和0.792，各项性能指标均明显优于对比算法。结果表明该算法是一种能更有效检测敏感信息的方法。

数字加网信息隐藏技术在隐秘保密通信中的应用

国伟 刘会平

2014, 34(9):  2645-2649.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2645

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针对现代网络环境通信的隐秘性和信息容量问题，提出了一种基于数字加网的信息隐藏算法，通过该算法将秘密信息嵌入文本载体中实现隐秘通信。该算法首先将隐秘信息隐藏在由网点组成的背景底纹图案中，接着与随机生成的半色调调频网点图像相融合，最后将嵌入水印后的背景底纹图案作为常规元素叠加到文本文档的版面中。分析与实验结果表明，该方法可以隐藏的隐秘信息容量大，在A4幅面的文档页面中嵌入72000个汉字的信息量，而且视觉效果美观自然，隐蔽性好，安全性高，文件体积小，可以广泛应用于现代网络安全通信领域。

MD5选择前缀碰撞算法的改进及复杂度分析

程宽 韩文报

2014, 34(9):  2650-2655.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2650

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针对MD5选择前缀碰撞算法在实际应用时复杂度分布的失衡问题，提出了改进的MD5选择前缀碰撞算法。结合非相邻表示型(NAF)，给出了生日搜索复杂度中概率值在特定条件下的推导方式，建立了平衡参数与生日搜索复杂度之间的关系；并基于上述理论结果，通过引入新的消息差分，改进了选择前缀碰撞所需的生日碰撞形式，得到改进算法。在实际应用所需的参数条件下，改进算法相对MD5算法平均可降低1比特的复杂度。分析结果表明：相对于原MD5算法，改进算法缓和了复杂度分布的失衡现象，降低了算法复杂度，更适用于实际应用。

对“改进遍历矩阵和像素值扩散的图像加密算法”的密码分析

杨吉云 田维兴 周发贵

2014, 34(9):  2656-2658.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2656

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最近提出了一个基于混沌的改进遍历矩阵和像素值扩散的图像加密算法，该加密算法首先将Logistic混沌映射构造一个遍历矩阵用于在图像空域迭代置换，然后再采用一个新的混沌序列对像素值进行扩散。通过对该加密算法的分析，找出了该算法存在的安全漏洞，从而提出了选择明文/已知明文的攻击方法，通过选择特殊的明文图像及其对应的密文图像，可在未知密钥的条件下对同样大小的密文图像进行破解。仿真实验结果表明这种攻击方法非常有效。

结合在线/离线方法的无证书签密

赵晶晶 赵雪霞 石岳蓉

2014, 34(9):  2659-2663.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2659

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作为密码学原语，签密同时具有签名的认证性与加密的机密性。在线/离线签密结合了在线/离线的方法，在已有基础上提高了系统的效率。但目前的在线/离线签密方案大多数都是在基于身份的环境下实现的，都存在密钥托管的安全问题。基于无证书密码体制撤销证书管理及无密钥托管问题的优点，提出了一种安全的在线/离线的无证书签密方案，满足离线阶段不需要确定接收者身份信息的条件，并在随机预言模型中证明了方案的安全性。

高效的可证明安全的基于证书聚合签名方案

刘云芳 左为平

2014, 34(9):  2664-2667.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2664

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聚合签名主要适用于需要将不同用户对不同消息的签名聚合成一个单一签名的场合。针对已有的基于证书聚合签名方案效率不高的问题，利用双线对构造了一个高效的基于证书聚合签名方案。在随机预言模型中证明了方案在适应性选择消息和身份攻击下是存在性不可伪造的，其安全性归约为计算Diffie-Hellman(CDH)困难问题。分析表明该方案的对运算是常量，而且只需3次双线性对运算，因此运算效率较高。

虚拟现实与数字媒体

类别约束下的低秩优化特征字典构造方法

吕煊 刘玉淑 丁洪富 李爱迪

2014, 34(9):  2668-2672.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2668

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字典模型(BOW)是一种经典的图像描述方法，模型中特征字典的构造方法至关重要。针对特征字典构造问题，提出了一种类别约束下的低秩优化特征字典构造方法LRC-DT，通过低秩优化的方法使训练出来的特征字典在描述同类图像时表示系数矩阵的秩相对较低，从而将类别信息引入到字典学习中，提高字典对图像描述的可分辨性。在标准公测库Caltech-101和Caltech-256上的实验结果表明：将SPM、稀疏编码下的SPM(ScSPM)、局部线性编码(LLC)和线性核函数的SPM(LSPM)编码方法中的特征字典替换为加入低秩约束(LRC)的特征字典后，随着训练样本数目增多，字典模型的分类准确率与未引入低秩约束的方法相比有所提高。

一种适于移动设备的全景图快速拼接方法

戴华阳 冉飞鹏

2014, 34(9):  2673-2677.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2673

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针对传统移动端全景图生成方法存在拼接速度慢、消耗内存以及存在接缝和“鬼影”等问题，提出了一种适用于移动设备的全景图生成算法。算法首先对源序列图像进行色彩校正，从而保证色彩及亮度均匀，以缩短后期图像融合时间；然后在全景图拼接过程中检测“鬼影”，同时运用梯度域目标移除和区域填充方法移除“鬼影”，利用泊松融合进行拼接后的平滑处理；同时在图像拼接过程中优化了内存分配机制，以减少在图像拼接过程中的内存消耗。通过编程实现了该算法，在配置为332MHz处理器和128MB内存的手机上对不同光照下拍摄的分辨率为1280×720的照片进行测试，并与传统的全局全景图拼接算法进行对比，若利用全局全景图拼接算法对2至9张源序列图像进行拼接，内存消耗为12.3~23.6MB，而提出的算法占用更少内存，分别为9.9~14.5MB。实验结果表明该方法消除图像接缝及“鬼影”较彻底，拼接速度快且节省内存，生成的最终全景图质量较好，可用于移动设备上的全景图拼接。

基于旋转不变特征的SIFT描述子在图像配准中的应用

王帅 孙伟 姜树明 刘晓辉 彭蓬

2014, 34(9):  2678-2682.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2678

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针对尺度不变特征变换(SIFT)算法中描述子维度高造成配准过程中计算量过大的问题，提出了一种改进的SIFT算法。该算法利用圆形的旋转不变性，以特征点为中心，在近似大小的圆形特征点邻域内构造特征描述子，以每个圆环作为一个子环，每个子环内只有像素位置发生了改变，像素之间其他相对信息是保持不变的。当图像发生旋转时，统计每个圆环内元素的梯度累加值进行排序，生成特征向量描述子，降低了算法的维度及复杂度，把特征描述子的维数从128维降低到48维。实验结果表明，改进算法旋转配准重复率在85%以上；在图像旋转、缩放和光照变化情况下，与SIFT算法相比，平均配准准确率提高5%，平均配准耗时降低30%左右，有效实现了对SIFT的改进。

面向瓦片金字塔的层深确定与投影变换方法

李建勋 郭莲丽 李杨 孙霄

2014, 34(9):  2683-2686.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2683

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为了提高瓦片金字塔变换效率，结合数字地球的视域模型，建立一个15参数的四次多项式投影变换方法，从理论上探讨瓦片大小选择的影响因素，给出瓦片大小和瓦片金字塔层深的优化方法，并且采用JOGL构建一个基础数字地球环境BDE2对算法进行测试。分析与实验结果显示：该算法构建的像素精度为10m的瓦片金字塔层深仅为10，投影变换误差未超过5×10-5，且算法复杂度低、拼接紧密、清晰度高、失真小，能够有效地避免变换后影像的拼接裂缝和特征失真。

基于同态补偿翻拍图像的方向预测方法

谢哲 王让定 严迪群 刘华成

2014, 34(9):  2687-2690.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2687

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为抵抗翻拍图像对人脸识别等认证系统的攻击，提出一种人脸图像梯度方向预测算法。通过自适应高斯同态滤波进行光照补偿增强真实活体图像与翻拍图像的对比度，用八方向Sobel算子与像元卷积方向预测，并使用支持向量机(SVM)分类器设计图像分类器判别两类图像。抽取国内外数据库(南京航空航天大学与耶鲁大学人脸库)活体人脸与翻拍人脸共522张进行实验，检测率达到99.51%；另用三星Galaxy Nexus手机拍摄261张真实人脸，同时进行翻拍，得到样本库522张人脸，实验检测率达到98.08%，特征提取用时167.04s。结果表明能有效地检测分类出真实人脸照片与翻拍假冒照片，并具有较高的特征提取效率。

晃动目标抑制的拟周期背景算法

贺飞越 李佳田 徐珩 张蓝 徐燕竹 王红梅

2014, 34(9):  2691-2696.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2691

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准确的背景模型是目标提取与跟踪的重要基础。针对复杂场景中出现的局部拟周期变化的晃动目标，在多高斯背景模型基础上，提出一种拟周期背景算法(QPBA)，用以抑制晃动目标，建立准确而稳定的背景模型。具体过程是：根据多高斯背景模型建立场景目标分类模型，分析晃动目标对高斯模型各参数产生的影响；以颜色分布值为样本建立高斯模型保留晃动所在像元，并以出现频次、时间间隔为权重因子，使晃动像元中的晃动模型融入背景模型。将拟周期背景算法与高斯混合模型(GMM)、背景建模算法(ViBe)、CodeBook等典型背景建模算法进行比较，通过定性、定量与效率三个方面的评估结果表明：拟周期背景算法对晃动目标抑制作用明显，误检率小于1%，可以很好地应对场景中晃动目标干扰；同时正检个数与其他算法保持一致，能够完整地保留运动目标；算法效率高，解算时间与CodeBook算法近似，满足实时性的计算要求。

遥感图像Contourlet变换域压缩融合

杨森林 高静怀 万国宾

2014, 34(9):  2697-2701.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2697

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基于传统分块压缩感知(BCS)的图像融合中，由于空间域BCS采样缺乏考虑图像的全局特性，导致融合图像重构质量差，且存在分块效应。首先将输入图像在Contourlet变换(CT)域稀疏表示，并对CT分解系数进行分块压缩感知；再对压缩采样线性加权融合；最后用迭代阈值投影(ITP)方法重构融合图像，并消除分块效应。提出了基于Contourlet变换域分块压缩感知(CTBCS)的遥感图像压缩融合方法，并给出算法的详细实现流程。基于BCS和CTBCS进行压缩采样，再用ITP算法进行图像重构，仿真结果显示，与BCS相比，CTBCS采样有效考虑了图像的全局特性，基于CTBCS的ITP重构收敛速度更快，重构计算复杂度更小，重构精度更好，对应的重构图像峰值信噪比(PSNR)更高；实际资料测试结果表明，基于CTBCS的压缩融合效果比基于BCS的压缩融合效果更好，更接近常规CT融合效果。CTBCS压缩融合用较少量采样点获得与常规CT相比拟的融合结果，有效实现了大数据量遥感图像的压缩融合。

颜色保持的实时图像/视频去雾算法

刁扬桀 张红英 吴亚东 陈萌

2014, 34(9):  2702-2707.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2702

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针对目前去雾算法实时性较差，对天空等区域的处理不理想以及去雾后图像偏暗等问题，提出一种实时有效的去雾算法。首先，利用暗原色先验估计粗略透射率图；其次，下采样粗略透射率图并用优化的导向滤波得到改善的透射率图，以便实时处理更高分辨率的图像；然后，上采样改善的透射率图，并对其进行修正，得到优化后的透射率图，以解决暗原色先验不适于处理含有天空等大面积亮区图像的问题；最后，经过颜色保持的自适应亮度调整得到最终去雾图像。该算法时间复杂度仅是图像像素数的线性函数，对分辨率为600×400的图像，耗时约80ms。与基于导向滤波算子的暗原色先验的单幅图像去雾方法、基于中值滤波的快速去雾方法和带颜色恢复的多尺度Retinex(MSRCR)算法进行了对比，

基于Gauss-Markov随机场的贝叶斯盲复原

周箩鱼 张正炳

2014, 34(9):  2708-2710.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2708

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针对图像盲复原中图像细节恢复的同时块效应放大的问题，提出了一种贝叶斯盲复原算法。首先使用贝叶斯框架模式，对原始图像、观察图像、点扩散函数(PSF)及模型参数分别建立先验模型，并将能有效描述图像局部统计特征的带有高斯特性的Markov(Gauss-Markov)随机场模型作为原始图像的先验模型；然后利用贝叶斯公式推导出原始图像及点扩散函数的迭代公式。实验结果表明，与总变分(TV)先验模型的恢复图像相比，所提算法的恢复图像块效应明显减少，并且视觉效果更好；在点扩散函数的大小已知和未知的情况下，相比TV先验模型，所提算法的改善信噪比(ISNR)能提高1dB左右。

基于形态学多尺度修正的模糊C均值脑肿瘤分割方法

刘岳 王小鹏 于挥 张雯

2014, 34(9):  2711-2715.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2711

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针对脑部核磁共振成像(MRI)图像因噪声、灰度不均匀、组织结构复杂及边界模糊不连续等造成肿瘤难以准确分割的问题，提出一种基于形态学多尺度修正的模糊C均值(FCM)聚类分割方法。首先根据邻域统计信息引入控制参数用于区分邻域中的噪声点、边缘点和区域内部点,结合空间位置信息建立像素与结构元素大小之间的函数关系；然后利用不同大小的结构元素对图像中不同类型像素进行形态学闭运算，消除对应于局部极小值的噪声干扰和非规则细节，而目标部分的区域轮廓位置基本保持不变；最后在修正基础上进行FCM聚类分割，避免FCM陷入局部极优和误分类，同时保持区域轮廓准确定位。与标准FCM、核FCM(KFCM)、遗传FCM(GFCM)、模糊局部信息C均值(FLICM)等改进方法以及专家手工勾画结果进行了对比，实验结果表明，该方法的过分割率和欠分割率较低，且与标准分割的相似度指数和JS值均较高，具有较好的分割效果。

STL格式文件的快速拓扑重建算法

王增波

2014, 34(9):  2720-2724.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2716

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针对立体光刻(STL)文件所表示的图形要素之间缺乏必要的拓扑关系，对STL格式文件进行分析和读取，以哈希表作为查找表快速建立三维模型各要素间的拓扑关系，建立能表示要素关系的点表和面表，利用基于哈希表的拓扑重建算法实现了拓扑结构的快速建立, 算法时间复杂度仅为O(n), 空间复杂度为O(3n+(4+m)f+m)。最后，列举5个实例进行验证测试，实验结果显示，与直接算法和红黑树法相比，所提出的算法用时更少，在普通计算机上重建含有65万个三角面片模型的拓扑结构只需2.3s。

基于改进ORB算法的虚实注册方法

赵剑 韩斌 张其亮

2014, 34(9):  2725-2729.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2720

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针对增强现实(AR)中虚实注册的精度和实时性易受图像纹理和不均匀光照影响的问题，提出一种改进的ORB算法予以解决。首先，设置ORB特征点数量和距离阈值对图像特征点稠密区域进行优化，利用并行算法保留特征值较大的N个特征点；然后，采用离散差异特征增强光照不均匀变化时的稳定性，将改进的ORB与词袋(BOF)模型结合，实现基准图像的快速检索；最后，利用图像间的单应性关系实现虚实注册。从准确性和实时性两方面对提出的改进ORB算法与原始ORB算法、尺度不变特征变换(SIFT)算法和加速稳健特征(SURF)算法进行了对比实验分析，结果显示改进ORB算法的注册时间平均降低了约40%，准确性达到了95%以上。实验结果表明，所提出的算法在不同纹理和不均匀光照的情况下，具有更高的实时性、准确性。

行业与领域应用

降低寄存器软错误的静态寄存器重分配方法

闫国昌 何炎祥 李清安

2014, 34(9):  2730-2733.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2725

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针对寄存器交换方法在降低寄存器软错误率过程中,未考虑寄存器分配过程对软错误所带来影响的问题,提出一种基于活跃变量对于软错误影响的静态寄存器重分配方法。首先,引入活跃变量权值来评估其对寄存器软错误的影响；然后,提出两条规则,在进行寄存器交换后对活跃变量进行寄存器的重新分配。该方法在更小粒度的活跃变量层次,进一步降低了寄存器软错误率。实验和分析表明,相对于寄存器交换方法,该策略能进一步降低30%的寄存器软错误率,增强了寄存器的可靠性。

多交叉通道模型中瞬时故障的后向恢复

马满福 姚军 张强 贾永新

2014, 34(9):  2734-2737.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2734

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在多交叉通道余度系统中，最大限度恢复个别通道出现的输出错误，是表决结果正确性的前提，也是余度系统中的基本问题。在一个指令周期中，多交叉通道针对任务在时间分配上存在一定冗余，对当前表决面之前时间的冗余进行汇总，并假设之后阶段不出现瞬时故障，进行后期冗余时间的估计；累计这两部分冗余，构造一个较大的时间窗口，利用该窗口，在故障时增加回卷深度，实现瞬时故障的最大恢复。基于上述思想，提出了多通道交叉余度模型中的动态时间序列，针对该序列，进行时间回卷深度分析，由此设计了支持后向恢复的算法和具有后向恢复能力的故障监测逻辑。理论分析和实验表明，提出的方法对于提高多通道系统的故障恢复率、减少失步次数等方面十分有效:与静态回卷相比，4通道和6通道下恢复成功率分别提高了47.49%和72.35%，失步次数分别下降了58%和85%，进而较大幅度促进了系统可靠性的提高，尤其是表决面数目较大时效果更为明显。

基于现场可编程门阵列的新型可编程逻辑控制器在线调试技术

罗奎 严义

2014, 34(9):  2738-2741.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2738

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针对基于现场可编程门阵列(FPGA)的新型可编程逻辑控制器(FPGA based PLC)的在线监控问题，提出了泛化的基于FPGA技术对嵌入式片上系统(SoC)进行在线监控的方法。该方法设计了一个FPGA片上通信系统，系统内部固化基于UART的ModBus通信协议栈，通过串口与计算机上位机进行通信；采用双口RAM(DRAM)作为与监控对象间共享的数据缓存区，通过中断机制实现缓存数据的同步交换。性能分析结果表明，该方法将SoC处理监控通信的时间百分比降低至0.002%，确保了监控数据传送的实时性，且使SoC能够获得更佳控制性能。在Altera的cycloneⅡ系列芯片开发板上验证了方案的可行性。

超高频RFID系统的CRC分组ALOHA算法优化

张小红 卢娟

2014, 34(9):  2742-2746.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2742

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标签冲突增加了射频识别(RFID)系统的时间开销和能量损耗，降低了识别速度，随着标签数量的不断增加，冲突更加明显，系统性能急剧下降。为了解决RFID系统中的多标签防碰撞问题，在分析帧时隙ALOHA算法的基础上提出一种基于标签分组的帧时隙ALOHA优化算法。该算法首先通过标签自身携带的循环冗余校验(CRC) 码将标签分组，记录标签组的组号，按照组号的顺序依次识别，从而减少同时响应阅读器命令的标签数量；针对识别过程中的时隙选择冲突问题，可以通过混沌系统产生均匀分布的伪随机数，对进入识别状态的标签随机选择时隙号，使标签在一帧内选择的时隙分布更加均匀，从而减少标签碰撞的次数。与传统算法的对比实验中：当待识别标签数量相等时，优化算法识别完标签所需命令数更少，且所用命令数与标签数目呈近似线性关系；当待识别的标签数量小于256时，优化算法的标签识别速度提高率稳定在50%；当待识别的标签数量大于256时，优化算法能使标签识别速度提高率达80%。理论分析与实验结果表明，优化算法识别标签的速度更快，且随着标签数量的增加，其优势更明显。

基于信息融合的多Agent智能家居系统

王良周 于卫红 黄广超

2014, 34(9):  2747-2751.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2747

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绿色智能的家居控制需要复杂的系统和多源的信息。为了进一步提高家居系统的协同性，充分利用多源的决策信息，设计了一种基于多源信息融合的多Agent智能家居系统。研究了系统的框架和各个Agent的功能和交互机制；提出了一个基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的多源信息融合模型，使用ANFIS算法对家居环境进行特征提取和用户行为学习；利用Android的轻量级嵌入式Jade Agent平台和Matlab对模型进行仿真。理论分析和仿真实验表明，该模型能够提高家居系统的协同交互性，提高家居系统多源数据融合的有效性。

地应力监测中定位与姿态数据采集系统设计

谷静博 关桂霞 赵海盟 谭翔 晏磊 王文祥

2014, 34(9):  2752-2756.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2752

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针对地应力低频电磁监测中高效数据采集、精准授时和实时定姿定位问题，设计并实现了基于嵌入式的定位与姿态测量模块相结合的实时数据采集系统，以ARM微处理器(S3C6410)和嵌入式Linux作为系统控制核心平台，详细介绍了系统软硬件设计架构，设计并完成定位与姿态测量特征数据提取算法，基于LCD触摸屏和Qt/Embedded进行数据采集处理终端的图形用户界面设计并实现人机交互；另外，系统在完成控制显示等功能的同时能将所需数据实时存储至SD卡，为后续数据分析提供依据。系统联调与外场实验验证表明：该系统能够完成定位与姿态数据的实时采集和处理，数据获取效率较高，有效解决了地应力监测中的实时定姿定位，能够高速、实时、可靠地进行地应力低频电磁监测。

设计非90°移相希尔伯特变换器的新方法

刘渭清

2014, 34(9):  2757-2760.  DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2014.09.2757

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提出了一种实现非90°移相希尔伯特变换器的新方法，基本思想是利用一个指定相位要求的全通滤波器来实现非90°移相器。众所周知，对于一个平稳的全通滤波器，其分母多项式必定是一个最小相位系统。根据最小相位系统的相位函数与其复倒谱序列之间的关系，该方法通过构造一个纯虚奇对称相位函数，同时利用傅里叶变换的共轭对称性，得到分母系数所对应的复倒谱序列的解析表达式；然后，依据复倒谱的基本理论，通过求解一个非线性递归差分方程得到分母多项式系数。给出了逼近理想特性和非理想特性的实现方法，设计实例表明该方法很好地近似了设计要求，是一种简单、高效、无限精度的实现方法。