计算机工程与科学

林彦宇,陈虎,苗军,韩佳龙媚,赖路双

2015, 37(01): 1-6. doi:

摘要 ( 159 )

PDF (826KB) ( 271 ) 　　

大规模集群上的并行计算软件需要具备处理部分节点、网络等失效的容错能力，也需要具有易于管理、维护、移植和可扩展的服务能力。针对星形计算模型，研究和开发了一套并行计算框架。利用调度节点内部的可变粒度分解器、相关队列等方法，实现了全系统容错，且具有较好的易用性、可移植性和可扩展性。系统目前可以实现300 TFlops计算能力下连续运行超过150 h，而且还具有进一步的可扩展能力。

计算生物学中的高性能计算（Ⅱ）—序列分析

王涛

2015, 37(01): 7-13. doi:

摘要 ( 120 )

PDF (470KB) ( 207 ) 　　

序列分析是高性能计算应用的一个重要方向。随着高通量测序技术的发展，基因数据呈现爆炸性增长，对高性能计算的需求也更加迫切。介绍了高性能计算在序列分析中的应用和序列分析算法的并行实现，包括序列比对、检索、重测序、拼接等。

面向CPU+MIC混合异构平台的地震波叠前时间偏移算法并行与优化策略

熊敏，王勇献

2015, 37(01): 14-22. doi:

摘要 ( 129 )

PDF (1027KB) ( 150 ) 　　

地震波的叠前时间偏移算法是构造复杂岩层成像最有效的方法之一。地震勘探进入海量数据时代，且叠前偏移算法是数据处理中最费时的环节，对叠前偏移算法做并行计算优化有着重要的研究意义。近年来，高性能并行计算开始进入异构、众核时代，以Intel新一代至强融核MIC(Xeon Phi)为例，新型众核处理器具有成本低、性能高等特点。从最经典的Kirchhoff叠前时间偏移 (PKTM) 算法出发，基于CPU+MIC异构平台，采用offload编程模式实现对PKTM算法的并行移植与性能优化，对于6 000万规模(8 000×8 000)的应用问题，总的并行模拟时间从357.52 s减少到1.66 s，性能提升了214.37倍。

YHFT-XX芯片中长线延时优化策略

詹武，刘祥远，郭阳，丁艳平

2015, 37(01): 23-27. doi:

摘要 ( 130 )

PDF (639KB) ( 125 ) 　　

结合YHFTXX芯片中存在很多长路径的特点，对物理设计中长线的优化进行了研究，主要研究了三种中继器的插入对延时的影响，得出了不同长线下插入中继器的最优尺寸以及最优延时。结合具体的工程实践，运用得出的结论优化了长路径的延时。通过规整的中继器插入，将长线上中继器单元以及中继器单元间的间距进行优化，使得路径延时更小，通过跨模块的中继器插入优化，采用穿通技术，有效减小了延时，提升了芯片的时序性能。

面向大数据应用的众核处理器缓存结构设计

万虎1,徐远超1,2,孙凤芸1,闫俊峰1

2015, 37(01): 28-35. doi:

摘要 ( 140 )

PDF (2009KB) ( 226 ) 　　

大规模数据排序、搜索引擎、流媒体等大数据应用在面向延迟的多核/众核处理器上运行时资源利用率低下，一级缓存命中率高，二级/三级缓存命中率低，LLC容量的增加对IPC的提升并不明显。针对缓存资源利用率低的问题，分析了大数据应用的访存行为特点，提出了针对大数据应用的两种众核处理器缓存结构设计方案，两种结构均只有一级缓存，Share结构为完全共享缓存，Partition结构为部分共享缓存。评估结果表明，两种方案在访存延迟增加不多的前提下能大幅节省芯片面积，其中缓存容量较低时，Partition结构优于Share结构，缓存容量较高时，Share结构要逐渐优于Partition结构。由于众核处理器中分配到每个处理器核的容量有限，因此Partition结构有一定的优势。

基于GPU的密文分组随机链接加密模式的研究

吴伟民, 李坚锐,林志毅

2015, 37(01): 36-41. doi:

摘要 ( 98 )

PDF (1060KB) ( 143 ) 　　

大部分传统的分组加密模式不能有效应用于GPU上。分析传统加密工作模式，结合GPU并行计算的要求提出一种满足GPU执行要求的、高效的、安全的分组加密模式——密文分组随机链接加密模式（RCBC）。该模式不但执行效率高，并且增加了破解难度。实验结果表明，在CPU_GPU上采用RCBC的密码算法在处理数据时，呈现出高效的处理能力。

弱连接对不同类型在线社交网络信息传播范围的影响研究

张胜兵

2015, 37(01): 42-47. doi:

摘要 ( 115 )

PDF (699KB) ( 169 ) 　　

按照连接强度的不同，在线社交网络节点间的连接可以分为强连接和弱连接，可以通过网络上两个节点的邻居相对重叠来测量连接强度。实验表明，弱连接对于信息传播范围的影响与具体的网络类型有关系，在基于信息交换的在线社交网络中，例如移动电话通信网络、Wiki投票网络，移去弱连接并不会对信息收敛时传播的范围产生明显的影响；而在基于合作关系形成的在线社交网络中，例如Youtube、Facebook、CDBLP合作网，移去弱连接对信息传播的范围有明显的阻碍作用。

WSN中一种基于时空相关性的网内数据聚合路由协议

陈雪寒，陈志刚，曾锋，吴嘉

2015, 37(01): 48-55. doi:

摘要 ( 114 )

PDF (1537KB) ( 153 ) 　　

无线传感器网络越来越多地应用于各种精确监测中。由于网络中节点的部署密度较大，节点周期性地产生数据，网络中出现大量具有时空相关性的冗余数据，这些冗余数据的传送需要消耗大量的能量。为了减少网络中的数据传输量，降低网络的通信开销，提出了一种基于时空相关性的网内数据聚合路由协议TS-INDAR，通过网内数据聚合技术以及对网络中具有时空相关性数据的控制，减少网路中的数据传输量。 TS-INDAR 通过路由树的建立最大化重叠路由，以提高网络中数据聚合的几率，通过相关区域和时间抑制对网络中具有时空相关性的数据进行控制，根据事件区域与 sink 节点之间的距离调整相关区域的大小。与已有路由算法相比，TS-INDAR减少了网络中的通信负载，降低了网络中的能量消耗。仿真结果显示，TS-INDAR在确保监测数据准确性的情况下，网络中的能耗较DRINA算法降低了25%，较EAST算法降低了11.6%。

基于社会认证的网络身份模型

邵成成，姜新文，陈侃，朱培栋

2015, 37(01): 56-62. doi:

摘要 ( 94 )

PDF (1884KB) ( 121 ) 　　

网络实名制的提出，是为了解决网络匿名性所带来的问题，却又面临实名信息泄露的诟病。造成信息泄露的根源在于实名认证依赖于实名信息。基于社会认证的网络身份模型，依赖社会关系进行身份认证，其利用OSN节点的社会关系构建网络身份，在发挥网络监管作用的同时，避免实名信息的泄漏。模型首先在OSN中依据一定策略选择根节点；然后，采用担保方式进行社会认证；最后，在不依赖实名信息的基础上，构建节点的唯一网络身份SANI。SNAI身份含节点的社会认证信息，具有身份认证和行为溯源的功能。

基于均等化的企业服务选择方法研究

薛霄1，王俊峰1，曾志峰2

2015, 37(01): 63-69. doi:

摘要 ( 94 )

PDF (1167KB) ( 132 ) 　　

集群式供应链中，企业服务资源通过动态组合与匹配来应对快速多变的市场需求。然而，服务资源匹配的非均等化现象普遍存在，大量需求集中到少数服务资源上，不仅造成了服务资源整体利用率偏低，也降低了客户需求的满意度。因此，如何实现企业服务资源的均等化匹配，充分利用现有资源来提升效益，已经成为该领域亟需解决的问题。从两个方面进行了深入研究：首先根据企业服务的运行特征，设计了反映均等化状态的QoS评价模型；然后，构建了一个完整的均等化服务选择过程，通过调整QoS评价模型中的均等化系数，逐步消除服务匹配中的不均衡现象，从而实现客户所期望的均等化效果。实验结果表明，基于均等化的服务选择方法能够有效提升服务资源的利用率，降低需求完成的时间成本，具有可行性。

可信可控网络中的一致性视图构建机制

曹生林，柳立言

2015, 37(01): 70-77. doi:

摘要 ( 85 )

PDF (809KB) ( 98 ) 　　

在可信可控网络中利用多个控制节点对AS进行联合控制，容易造成多个控制节点在网络控制过程中持有的AS视图不一致问题。针对该问题，在可信可控网络模型的基础上提出了基于选举算法的AS内一致性视图构建机制，该机制首先基于选举算法选举出主控制节点，然后主控制节点根据AS内各个控制节点的负载，将视图构建任务分配给负载最低的控制节点负责构建视图，并利用主控制节点的时间对生成的视图的版本进行界定，从而避免了多个控制节点独自构建视图造成的视图混乱问题。仿真实验的结果表明，所提出的一致性视图构建机制具有良好的性能。

基于特征节点分析的恶意节点检测算法研究

谢晋阳1，李平1，谢桂芳2

2015, 37(01): 78-83. doi:

摘要 ( 127 )

PDF (923KB) ( 115 ) 　　

无线传感器网络（WSN）通常部署在复杂的环境中，攻击者很容易通过俘获节点注入虚假数据，造成严重后果。提出基于对事件源能量感知值相近的特征节点的恶意节点检测机制（DAFNA），首先对事件源的能量值进行估计，且在此过程中过滤保留良性特征节点；然后以特征节点为参照建立坐标系，通过分析待检测节点与事件源的距离计算值与距离感知值之间的差异，进行恶意节点的判断；最后通过仿真实验，对算法性能进行分析，并与Hur算法对比，得出DAFNA算法所需先验知识少，恶意节点容纳度更好。

基于过设计与欠设计约束的服务质量控制方法收

段玉聪1,高洪皓2,唐朝胜1,杜文才1,万世想1,卢俊星1

2015, 37(01): 84-92. doi:

摘要 ( 124 )

PDF (1071KB) ( 160 ) 　　

随着Web 服务技术的发展，基于服务模式的软件被广泛应用，包括医疗、教育和公共交通等领域。然而，服务质量QoS的控制是目前服务技术难题之一。在服务组合过程中，针对设计时(Design Time)和运行时(Runtime)的不同服务形态，提出了过设计(Over Design)与欠设计(Under Design)两种偏离需求的服务设计模式，并构建能够约束服务组合的变化空间(Variability Space)，实现控制服务质量的目的。通过电子商务的案例展示过设计和欠设计，并对相关偏离情形进行价值分析论证，以论证减少过设计和欠设计的重要性。

基于粗糙集支持向量机的软件缺陷预测

孟倩1,2，马小平1

2015, 37(01): 93-98. doi:

摘要 ( 119 )

PDF (547KB) ( 169 ) 　　

软件缺陷预测已成为软件工程的重要研究课题，构造了一个基于粗糙集和支持向量机的软件缺陷预测模型。该模型通过粗糙集对原样本集进行属性约减，去掉冗余的和与缺陷预测无关的属性，利用粒子群对支持向量机的参数做选择。实验数据来源于NASA公共数据集，通过属性约减，特征属性由21个约减为5个。实验表明，属性约减后，Bayes分类器、CART树、神经网络和本文提出的粗糙集—支持向量机模型的预测性能均有所提高，本文提出的粗糙集支持向量机的预测性能好于其他三个模型。

正则FBR0-代数的弱t-模及其应用

牛超慧，吴洪博

2015, 37(01): 99-103. doi:

摘要 ( 104 )

PDF (362KB) ( 90 ) 　　

吴望名教授建立的FI-代数(模糊蕴涵代数)是重要的基础逻辑代数, 且通过弱化WBR0-代数建立的FBR0-代数与FI-代数有相同的代数结构。对FBR0-代数进行了较细致的研究。首先,证明了正则的FBR0代数与RBR0-代数有相同的代数结构; 其次,讨论了正则FBR0代数中弱t-模的基本性质; 最后,给出了正则FBR0代数的弱t-模表示形式。

灰色变异粒子群算法在公交客流量预测中的应用

米根锁,梁利,杨润霞

2015, 37(01): 104-110. doi:

摘要 ( 89 )

PDF (849KB) ( 131 ) 　　

由于公交客流量是公交系统发展规划的基础依据，因此提高公交客流量预测的准确性有利于城市公交的发展。利用粒子群算法优化参数的良好性能和灰色预测法适合预测不确定因素影响系统的优势，提出用灰色变异粒子群组合预测模型来预测公交客流量，提高公交客流量预测精度，并通过实例对组合预测模型的预测精度和有效性进行了分析。结果表明，此组合预测模型的预测精度优于单一的灰色预测模型，也优于其他几种常用预测算法，能很好地预测公交客流量，为公交系统的决策规划提供了可靠的科学数据。

人脸检测的继承式集成学习方法

文佳宝1,2，熊岳山1

2015, 37(01): 111-118. doi:

摘要 ( 104 )

PDF (2138KB) ( 148 ) 　　

基于“遗传+变异”模式，提出继承式集成学习方法框架，它可以训练出四种不同形式的层叠分类器。除了基于“无遗传”模式的基本层叠分类器与基于“全部遗传”模式的嵌入式层叠分类器两种传统方法之外，还有基于“部分遗传+部分变异”模式的特征继承层叠分类器与弱分类器继承层叠分类器。虽然后两种层叠分类器都有一定的继承代价，但是其拟合性更好，可以更好地均衡收敛速度和扩展性能，其综合性能优于传统方法。基于RAB、GAB算法与LUT弱分类器的正面直立人脸检测实验结果表明了新的继承式集成学习方法的有效性。

基于检测的荧光显微图像中的神经丝蛋白质跟踪

袁亮1，朱俊达2

2015, 37(01): 119-124. doi:

摘要 ( 86 )

PDF (662KB) ( 125 ) 　　

神经丝蛋白质是沿神经轴突运输的功能性蛋白聚合物，神经丝蛋白质的运动研究对于如神经退行性疾病的诊断等应用是非常重要的。传统的方法在很大程度上依赖于在荧光显微镜图像下手工标记神经丝蛋白质。描述了一种基于检测跟踪的自动神经丝运动分析方法，用这种方法提取出沿轴突运动的神经丝轨迹并描绘成一条参数化曲线。首先,将轴突分解成块，然后利用马尔可夫随机场图形标签来确定包含运动神经丝的轴突块，最后将神经丝的首端和尾端位置细化到亚像素精度。神经丝运动的实际延时荧光图像序列实验表明了所提方法的有效性和可靠性。

混合量子粒子群图像分割算法IS-MQPS

高颖慧1,曲智国1,卢凯2

2015, 37(01): 125-132. doi:

摘要 ( 88 )

PDF (778KB) ( 142 ) 　　

基于群智能的图像分割技术因其与人类视觉机理相符合，受到人们重视。但是，现有群体模型存在的对参数取值敏感和易收敛于局部极值等问题，制约了群智能技术在复杂图像分割中的应用。首先定义了基于群智能图像分割的抽象模型，然后将通用量子粒子模型GQPM引进图像分割，提出了混合量子粒子群图像分割算法ISMQPS。ISMQPS算法以量子粒子携带灰度和坐标信息，以纠缠量子态定义群体行为规则，以混合量子粒子群的自组织聚类实现图像分割。实验表明，ISMQPS算法具有对噪声不敏感、分割区域意义明确等优点，可应用于复杂图像分割。

多轮廓线的三维形体重构技术研究与实现

刘坤良1，黄金明2

2015, 37(01): 133-138. doi:

摘要 ( 132 )

PDF (583KB) ( 262 ) 　　

实际应用中，三维重构经常面对的不是直接的体数据信息，而是一序列的二维轮廓线数据，因此基于轮廓线的三维重构研究有着极其重要的实用价值。在多轮廓线的三维形体重构中，轮廓对应、轮廓拼接、分叉处理和末端轮廓线的封闭处理等是其关键技术。提出了三维重构中每一个实现步骤具体的解决方案。针对轮廓线绕向问题提出了夹角和检测法，有效避免了轮廓多边形的绕向误判；对轮廓线一对多分叉问题提出了按周长比率解决问题的思路；在末端轮廓线的三角剖分算法中提出了最大张角三角形方法，减少了三角剖分的计算量，达到了在各种形态轮廓线条件下能够实现正确的拼接。实现结果表明，轮廓线拼接过程中每个步骤的解决方法是正确有效的，相较于其他实现方法通用性更强。

基于表观特征分析的手势识别及其应用

屈燕琴，李昕，卢夏衍

2015, 37(01): 139-145. doi:

摘要 ( 128 )

PDF (685KB) ( 246 ) 　　

针对复杂背景下的手势识别容易受到环境干扰造成的识别困难问题，通过分析手势的表观特征，提出并实现了一种可用于自然人机交互的手势识别算法。该算法基于Kinect深度图像实现手势区域分割，然后提取手势手指弧度、指间弧度、手指数目等具有旋转缩放不变性的表观特征，运用最小距离法实现快速分类。并将该算法成功运用于实验室三指灵巧手平台，达到了理想的控制效果。实验表明该算法具有良好的鲁棒性，针对九种常用手势，平均识别率达到94.3%。

基于肤色和Haar方差特征的人脸检测

李燕,王玲

2015, 37(01): 146-151. doi:

摘要 ( 98 )

PDF (625KB) ( 140 ) 　　

为了在提高复杂背景下的人脸检测率的同时减少检测时间，将肤色分割和Haar方差特征相结合，在YCbCr颜色空间通过椭圆肤色模型和logistic回归分析确定每一点的肤色概率，生成肤色概率图，从而将每一点的像素值映射到［0,1］,在Ostu方法的基础上采用并行的遗传算法确定肤色分割的阈值，快速分割出人脸区域；最后用少量的Haar方差特征取代原来的Haar特征，并采用SVM训练分类方法对分割出的人脸区域进行验证。实验表明，该方法不仅提高了人脸检测的正确率，而且具有较快的人脸检测速度。

基于YCbCr的自适应混合高斯模型背景建模

黄玉，殷苌茗，周书仁

2015, 37(01): 152-156. doi:

摘要 ( 94 )

PDF (507KB) ( 153 ) 　　

混合高斯模型是最常用的背景建模方法之一，但是它的精确度是以耗时为代价的，且它在RGB颜色空间进行背景建模时，对噪声的处理效果一般。因此，对混合高斯模型进行改进，提出了一种基于YCbCr的自适应混合高斯模型背景建模方法。首先，将建模颜色空间从RGB转换到YCbCr；然后，采用自适应选择策略来确定混合高斯模型的高斯成分个数；最后，将高斯成分按照关键字的值进行排序，以确定背景模型。将提出的建模方法应用于运动目标检测，实验结果表明，提出的方法与混合高斯模型背景建模相比，运动目标检测的检测结果更准确，耗时更少。

基于小波变换和曲波变换的图像边缘检测新算法

罗晓霞，王莉青，薛弘晔

2015, 37(01): 157-161. doi:

摘要 ( 87 )

PDF (923KB) ( 357 ) 　　

针对图像处理中的边缘检测问题，提出了一种基于小波变换和曲波变换的图像边缘检测新算法。首先对原始图像进行小波变换得到小波边缘图像；然后对原始图像进行曲波变换并使用Canny算子得到曲波边缘图像；最后基于小波变换的窗口内边缘强度自适应融合算法将小波边缘图像和曲波边缘图像进行融合得到最终边缘图像。该方法结合了小波变换描述图像细节特征的优势和曲波变换处理曲线或直线边缘特征的优势，能全面刻画边缘图像的纹理与细节信息，提高了图像清晰度。仿真实例表明了该算法的有效性。

二次双曲Bézier曲线曲面

严兰兰1,2，韩旭里2，周其华1

2015, 37(01): 162-167. doi:

摘要 ( 87 )

PDF (599KB) ( 119 ) 　　

为了简化构造组合曲线时，相邻曲线的控制顶点间应满足的光滑拼接条件, 构造了一种结构类似于二次Bézier曲线的含参数的双曲型曲线，称之为H-Bézier曲线。该曲线具有Bézier曲线的许多基本性质, 如凸包性、对称性、几何不变性、端点插值和端边相切性。另外，该曲线具备形状可调性，可以精确表示双曲线。此外, 若取特殊的参数，则当相邻HBézier曲线的控制顶点间满足普通Bézier曲线的G1光滑拼接条件时, 曲线在公共连接点处可以达到G3光滑拼接。另外, 给出了构造与给定多边形相切的H-Bézier曲线的方法, 该方法简单有效, 而且整条曲线对给定的切线多边形是保形的。运用张量积方法，将H-Bézier曲线推广后得到的曲面同样具有很多良好的性质。

基于最近邻子空间搜索的两类文本分类方法

李玉鑑，王影，冷强奎

2015, 37(01): 168-172. doi:

摘要 ( 90 )

PDF (469KB) ( 137 ) 　　

在文本分类中，最近邻搜索算法具有思想简单、准确率高等优点，但通常在分类过程中的计算量较大。为克服这一不足，提出了一种基于最近邻子空间搜索的两类文本分类方法。首先提取每一类样本向量组的特征子空间，并通过映射将子空间变换为高维空间中的点，然后把最近邻子空间搜索转化为最近邻搜索完成分类过程。在Reuters21578数据集上的实验表明，该方法能够有效提高文本分类的性能，具有较高的准确率、召回率和F1值。

差分化节点特征对复杂网络链接预测的分类性能分析

伍杰华1，2，朱岸青1，3 ，蔡雪莲1，张小兰1

2015, 37(01): 173-178. doi:

摘要 ( 83 )

PDF (797KB) ( 133 ) 　　

链接预测属于复杂网络分析的研究分支，它根据网络历史结构信息预测未来节点间会产生链接的可能性，从而挖掘网络的传播和演化方式。通过引入差分化节点的贡献权重并结合经典的节点和共邻节点网络拓扑结构特征，分别应用七类有监督学习分类模型对社交、生物、交通等不同领域的八个真实复杂网络数据集进行实验，并采用Precision和ROC曲线对实验结果进行分析与评价。实验表明，引入基于差分化节点的贡献特征能够在深入挖掘网络结构信息的基础上比其余特征有更优的预测精确度，同时差异化的分类模型和特征选择对链接预测性能有相异的影响。

基于用户人口统计与专家信任的协同过滤算法

焦东俊

2015, 37(01): 179-183. doi:

摘要 ( 117 )

PDF (445KB) ( 197 ) 　　

推荐系统是学术研究的热门课题，在工业界应用也越来越广泛，推荐系统旨在为用户推荐相关的感兴趣的物品。协同过滤算法被用来比较用户及物品的相似度，向用户推荐与其最近邻用户的偏好。为了提高协同过滤算法预测的准确率，提出基于用户人口统计与专家信任的协同过滤算法，先比较用户人口统计属性，然后进一步比较用户与专家的人口统计属性来得到用户与专家的相似度，从而提高预测的准确性。实验验证表明，提出的算法能够有效提高协同过滤算法预测的准确率。

物联网环境下基于用户满意度的实时调度算法

王盖，王永炎

2015, 37(01): 184-190. doi:

摘要 ( 88 )

PDF (1038KB) ( 150 ) 　　

随着3G网络和移动技术的发展，物联网已经深入到人们的工作和生活中，提供无所不在的服务。用户作为服务对象，以追求满意的高品质服务为目标，对服务具有选择权，对服务品质具有最直接、最重要的评判权。系统作为服务提供者，其服务品质取决于每个用户的满意度。因此，如何通过调度算法合理分配系统资源，让每个用户获得满意度更高的服务，成为了研究的重点。首先，构建个人满意度和系统满意度的评价标准；其次，依据用户期望的服务水平，为任务分配优先级；最后，通过反馈调节机制来调整任务优先级的分配，让更多用户对服务满意。实验表明，物联网环境下基于用户满意度的实时调度算法能够根据用户的需求，为用户提供满意的差别化服务，并提高系统满意度。

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