计算机工程与科学

陆平静，李宝，易任娇，张英，王绍刚，庞征斌

2015, 37(07): 1227-1232. doi:

摘要 ( 400 )

PDF (751KB) ( 98540 ) 　　

高级程序变换是提高程序性能的重要手段，很多涉及到优化参数的选择问题，如为循环分块选择适当的分块因子。由于优化参数搜索问题本身是NP难问题，目前尚没有确定性的算法可以有效解决该问题，针对于此，将该问题转化为一个非线性全局最优化问题，提出一种基于改进模拟退火算法的程序性能优化参数搜索算法，实验结果验证了算法的有效性。

一种基于综合不放回抽样的随机森林算法改进

李慧，李正，佘堃

2015, 37(07): 1233-1238. doi:

摘要 ( 192 )

PDF (574KB) ( 485 ) 　　

数据挖掘是大数据服务计算的一个重要方法，对于优化服务计算有重要意义。作为一种典型的数据挖掘方法，随机森林有着较高的正确率，因而得到广泛的应用。为了更加准确高效地处理服务计算中的大数据问题，进一步提升随机森林的正确率和效率，成为一项极其重要的研究。通过改变训练集的样本量和样本抽样方法，对平衡样本集和不平衡样本集进行分析，发现通过上述两个改进后，在优化区间内，平衡样本集泛化误差会减小12%~20%；单项改变抽样方法，可以使算法时间缩短，提升效率达10%~40%；对不平衡数据，也能够明显提升效率。理论和实验均证明，基于综合不放回抽样的随机森林算法改进能够提升平衡样本的正确率，使得该数据挖掘方法更适用于服务计算中的大数据分析和处理。

基于逐分量软干扰删除的迭代线性检测算法

李秀丽1，张益农1，周进1，戴晓明2

2015, 37(07): 1239-1244. doi:

摘要 ( 150 )

PDF (1452KB) ( 296 ) 　　

提出了一种新型基于调制符号的分量进行干扰删除和线性最小均方误差滤波的软输入软输出检测算法，并采用软输入软输出的多入多出MIMO检测器和信道编码串行级联的迭代检测译码IDD结构。该算法充分利用正交调制符号同相分量和正交分量的独立衰落特性，达到检测中更加准确的软干扰删除。外信息转移EXIT图表明该算法比传统的逐符号软删除算法具有更低的临界信噪比。数值仿真也验证了提出的基于调制符号的分量删除的线性检测算法比采用调制符号级的删除具有更优的误码性能，并且仍然具有低复杂度的特性。

基于云模型的用户双重聚类推荐算法

陈平华，陈传瑜

2015, 37(07): 1245-1251. doi:

摘要 ( 110 )

PDF (526KB) ( 309 ) 　　

协同过滤是一种应用广泛的推荐算法，但存在着效率低和数据稀疏等问题。为解决这些问题，提出了一种改进的聚类推荐算法。该算法引用云模型，先从项目属性和用户属性两方面计算云模型期望、熵和超熵，并考虑到评分时间、评分高低和评分习惯等因素的影响，建立用户兴趣模型；接着，采用基于云模型的修正相似度量方法进行用户兴趣相似度比较，并使用Kmeans算法进行聚类；最后，利用参与预测人数的比例对公共项目进行推荐结果合并。在MovieLens上的实验结果表明，该算法不仅可以解决效率低和数据稀疏等问题，还提高了推荐的准确性。

面向全数字锁相环应用的时间数字转换器

张孝，马卓，谢伦国，余金山，袁珩洲，王志强

2015, 37(07): 1252-1257. doi:

摘要 ( 218 )

PDF (2985KB) ( 314 ) 　　

时间数字转换器TDC是全数字锁相环ADPLL相位捕获的重要部件。以TDC分辨率的提升为主线，讨论了计数器型、门延迟和亚门延迟型三类全数字TDC的基本结构，从提高分辨率、增加动态范围、减小非线性误差等技术点对比阐述各自的优势，并对TDC技术在全数字锁相环中的应用前景以及未来研究重点进行了简要分析。

CPU-GPU协同计算的遥感仿真图像MTF退化并行算法

赵瑞斌1,赵生慧1,胡新礼2

2015, 37(07): 1258-1264. doi:

摘要 ( 198 )

PDF (3290KB) ( 353 ) 　　

在遥感图像仿真中，为了定量模拟并分析平台抖动、探测器电子特性、大气衰减等因素对遥感成像质量的影响，需要有效计算遥感系统的调制传递函数MTF，并将其快速作用到仿真图像上。然而，由于遥感仿真图像的大数据量特性以及MTF退化包含多个计算密集型算法，使得计算效率成为一个瓶颈问题。为此，根据已有研究提出的MTF计算模型，分析了遥感仿真图像MTF退化的一般流程及主要环节的算法复杂度。在此基础上，提出了一种CPUGPU协同计算的遥感仿真图像MTF退化并行算法。实验结果表明，该并行算法有效地发挥了GPU并行计算能力，并明显提高了MTF退化处理效率。

改进的物联网感知层访问控制策略

蔡婷1，陈昌志1，欧阳凯2，周敬利2

2015, 37(07): 1265-1271. doi:

摘要 ( 228 )

PDF (1968KB) ( 379 ) 　　

针对当前物联网感知层中海量终端节点访问控制策略可适应性以及运行效率的不足，提出一种高效的访问控制策略。一方面，该策略采用基于属性的访问控制 (ABAC)机制，规范了ABAC形式化定义，给出了物联网感知层下的访问控制策略框架，实现了更加细粒度的授权；另一方面，该策略采用了一种改进的密文策略基于属性加密 (CPABE) 算法，引入了析取范式结构，用DNF树替代传统CPABE算法中AND/OR访问树结构，有效地简化了计算，提高了系统运行效率。通过实验分析，该策略相比传统的访问控制方法减少了系统的时间开销，在物联网环境下更具适应性和优越性。

Ad Hoc网络的自适应分布式PKG机制

任方

2015, 37(07): 1272-1279. doi:

摘要 ( 131 )

PDF (2923KB) ( 328 ) 　　

为了提高Ad Hoc网络中基于身份密码体制的安全性，提出了自适应的分布式PKG机制。该机制中充当分布式PKG的服务者节点不是固定不变的，而是随着网络运行自适应地动态确定。为Ad Hoc网络节点赋予信用值，该值随着网络中有效的指控消息而发生改变，网络自动选择信用值排序靠前的节点充当服务者节点。该机制避免了传统分布式PKG机制中服务者节点固定不变带来的安全隐患，能够极大地降低PKG私钥泄露的概率，有效提升Ad Hoc网络的抗攻击能力。

自认证签密方案的安全性研究

王云1,芦殿军2

2015, 37(07): 1280-1283. doi:

摘要 ( 151 )

PDF (399KB) ( 230 ) 　　

签密体制是将签名和加密融为一体的思想，它改变了传统的先签名后加密的体制，而是在一个逻辑步骤内实现对传送信息的既保密又认证的服务。设计安全、高效的签密方案非常重要。对现存文献进行分析，发现有些方案存在不同程度的安全缺陷，它们不满足不可伪造性：即存在已知明文与密文对的伪造攻击，任何第三方均可借助窃取到的明文与密文对假冒签密者伪造任意消息的合法签名，严重危害签密者的利益。

自增长网络模型及其算法

张志昌1，姚东任1，刘霞2

2015, 37(07): 1284-1289. doi:

摘要 ( 157 )

PDF (588KB) ( 321 ) 　　

众所周知，现实世界的网络大部分都不是随机网络，少数的节点往往拥有大量的连接，而大多数的节点连接却很少，这正是无标度网络的重要特性。于是对于无标度网络性质的研究，因为其实用性而变得及其重要。首先定义了一种新的自增长网络模型，对它的基本参数进行计算，证明了它的无标度性。其次验证模型的最大叶子生成树的度分布服从幂率分布，并且得到了网络的平衡集，从而对无标度网络有了初步探索。最后给出了一个计算平均路长的算法。

基于OPNET仿真的ZigBee信标模式网络性能研究

兰勇1，陈志成2

2015, 37(07): 1290-1296. doi:

摘要 ( 144 )

PDF (4619KB) ( 267 ) 　　

针对信标模式的ZigBee网络性能受超帧参数取值影响关系复杂的这一特性，采用OPNET模型仿真方法，对所有不同超帧参数取值的网络模型实例进行仿真，并基于仿真结果分析了ZigBee网络性能受超帧参数取值的影响规律；基于分析出的性能影响关系，进一步提出了在ZigBee网络应用设计中的超帧参数配置策略。研究结果表明，基于OPNET网络模型的性能仿真结果，更全面地反映了ZigBee网络性能与超帧参数的影响关系，并可作为ZigBee应用设计中配置更为适合的超帧参数的理论依据。

一种基于有向无环图的本体内聚度度量方法

廖莉莉，沈国华，黄志球，阚双龙

2015, 37(07): 1297-1303. doi:

摘要 ( 119 )

PDF (564KB) ( 209 ) 　　

目前，随着本体的广泛使用和快速发展，本体在结构与语义上变得越来越复杂。如何对本体的质量进行评估成为本体构建和重用的主要问题。在本体构建过程中，对本体进行评估有利于对本体进行重构和优化，以构建高质量的本体。在本体重用过程中，可以帮助用户在候选本体集中选择最优结构的本体。提出一种基于有向无环图(DAG)的本体内聚度度量方法，首先依据有向无环图的结构提出一组本体内聚度度量指标；然后根据已有的度量验证框架对其进行验证，说明度量指标在理论上有效；最后使用经典本体数据集进行实验，说明所提出的本体内聚度度量方法的合理性和有效性，有利于本体的构建和重用。

SVM参数优化的AFMC算法

高雷阜，赵世杰，于冬梅，徒君

2015, 37(07): 1304-1310. doi:

摘要 ( 126 )

PDF (1315KB) ( 284 ) 　　

支持向量机的参数选择仍未有系统的理论指导，其优化选择一直是支持向量机的一个重要研究方向。考虑到人工鱼群算法优化支持向量机参数往往易陷入最优参数组合微小邻域的问题，构造了用于支持向量机参数优化的AFMC算法。该算法前期利用鱼群算法较好的并行寻优性能，能快速寻得问题的近似最优解，而后利用MonteCarlo法进行局部寻优，以实现快速、有效地获取强近优解。数值实验结果表明，该算法具有较好的分类性能和较快的寻优速度，验证了在支持向量机参数寻优中的有效性和可行性。

精英改进粒子群算法在入库堆垛问题中的应用

张琦琪1,2 ，张涛1,3，刘鹏1

2015, 37(07): 1311-1317. doi:

摘要 ( 150 )

PDF (590KB) ( 239 ) 　　

针对钢铁企业生产与物流一体化协同管理中入库堆垛问题，基于出库次序A型约束、垛位选择分散性约束等，建立了以均衡库存垛位负载和最大化板坯综合匹配度为目标的联合优化模型。结合问题的特点，基于PSO算法，利用收敛指数判断种群进化状态，并对处于“收敛”状态的种群执行精英学习策略，提高粒子的活性，帮助种群跃出局部最优。最后通过实例仿真说明了模型与算法的有效性和可行性。

连锁零售供应链多级库存协同决策研究

薛红1，薛军2，邱斌1

2015, 37(07): 1318-1324. doi:

摘要 ( 120 )

PDF (1242KB) ( 373 ) 　　

针对连锁零售供应链多级库存资源的动态优化配置问题，提出了在上层对库存策略和下层对物流分配方案协同寻优的多级库存双层规划模型。借鉴细粒度模型遗传算法的遗传操作具有局部性的特点，模拟微观群体交互作用的局部性，基于细粒度模型遗传算法的Agent群体行为优化算法和基于复杂适应系统涌现机理的协同决策机制，进行连锁零售供应链多级库存协同决策研究。通过算例实验对模型的有效性进行了验证。仿真实验结果表明，通过连锁零售供应链微观个体Agent的群体行为优化，从系统工程的角度，实现了连锁零售供应链多级库存的动态资源优化配置和信息共享，降低了多级库存管理与运营的总成本。

基于FY-3A/VIRR数据的雪盖信息提取软件设计与实现

张永宏1，2，曹庭2,任伟2,田伟3,王剑庚4,杨润芝5,卢晶6

2015, 37(07): 1325-1330. doi:

摘要 ( 129 )

PDF (765KB) ( 289 ) 　　

目前基于FY-3A/VIRR资料的处理研究较少且VIRR数据量庞大，一些商用遥感图像处理软件很难直接完成对图像的预处理工作，这样对后续的定量化反演以及对FY-3A/VIRR的推广使用带来了困难。为了解决业务化问题，运用改进的归一化积雪指数（NDSI）、综合阈值判别算法和IDL、VB混合编程技术相结合的方法设计了积雪信息批量提取软件，实现了针对FY-3A/VIRR数据的单幅图像或多幅图像的积雪信息提取以及精度验证。实验表明，该软件处理速度快、实时性好、可批量提取积雪信息，大大节省了人力资源，同时提高了VIRR数据的分发和共享能力，可以在今后的工业生产和自动化领域推广使用。

基于相机响应曲线的高动态范围图像融合

都琳，孙华燕，张廷华，王帅

2015, 37(07): 1331-1337. doi:

摘要 ( 209 )

PDF (1062KB) ( 535 ) 　　

高动态范围成像技术由于能够更加真实地再现成像目标及周围场景，在军事、航天等领域具有重要的研究价值。首先利用佳能1DC针对同一场景拍摄不同曝光量的序列图像，通过推导计算获得彩色图像各通道的相机响应曲线；然后通过建立图像灰度值与辐照度之间的照度映射获得一幅高动态范围的辐照度图像；其次利用基于双边滤波色调映射算法对获得的高动态范围图像进行压缩；最后通过基于镜面反射白平衡算法对图像进行色彩校正，从而获得拍摄场景的高动态范围图像。抽取不同帧数的实验拍摄图像对所提算法进行有效性验证，通过实验结果分析该算法实现高动态范围图像融合所需最少图像帧数为4帧。

一种基于改进的支持向量机多分类器图像标注方法

吴伟1，聂建云2，高光来1

2015, 37(07): 1338-1343. doi:

摘要 ( 108 )

PDF (1396KB) ( 317 ) 　　

针对多标签图像标注问题，提出一种改进的支持向量机多分类器图像标注方法。首先引入直方图交叉距离作为核函数，然后把传统支持向量机的输出值变换为样本到超平面的距离。基于这两点改进，采用一种特征选择方法，从众多的图像特征中，选择那些相互之间冗余度较小的视觉特征，分别建立分类器，最终形成以距离大小为判别依据的支持向量机多分类器模型。此外，在建立分类器时，考虑到训练图像中不同标签类样本分布的不均匀，引入了一个关于图像类标签的概率分布值做为分类器的权重系数。实验采用ImageCLEF提供的图像标注数据集，在其上的实验验证了所采用的特征选择算法和多分类模型的有效性，其标注精度要优于其他传统分类模型，并且，实验结果与最新的方法相比也具有一定的竞争力。

基于改进最小噪声分离变换的特征提取与分类

白璘，惠萌

2015, 37(07): 1344-1348. doi:

摘要 ( 167 )

PDF (611KB) ( 344 ) 　　

在最小噪声分离变换的基础上，引入核方法，采用小波核函数代替传统核函数对最小噪声分离变换予以改进。小波核函数的多分辨率分析特性可进一步提高算法的非线性映射能力。相关向量机高光谱图像分类是一种较新的高光谱图像分类方法，将新型核最小噪声分离变换方法与相关向量机相结合，对高光谱影像数据进行分类实验。仿真实验结果表明，基于小波核最小噪声分离变换的方法体现了高光谱影像的非线性特征，将所提出的方法应用于HYDICE系统在Washington DC Mall 上空拍摄的数据，与对照算法相比，分类精度可提高3%~8%，并可有效地提高小样本区域的分类精度。

复杂背景下小麦叶部病害图像分割方法研究

张武，黄帅，汪京京，刘连忠

2015, 37(07): 1349-1354. doi:

摘要 ( 641 )

PDF (762KB) ( 189930 ) 　　

针对复杂背景下小麦叶部病害图像分割问题，以小麦条锈病、叶锈病为研究对象，提出一种结合Kmeans聚类、Otsu阈值法等多种方法的分割策略。主要分三个步骤将小麦病斑图像分割出来：首先，利用背景与叶片a*b*分量的差异性，采用Kmeans聚类分割方法，去除泥土、杂草、阴影等背景，分割出小麦植株图像；其次，利用Otsu动态阈值法进行二值化处理，并结合数学形态学运算及面积阈值法分割出带有病斑的主要小麦病害叶片图像；最后，采用Kmeans算法对小麦病害叶片图像进行聚类运算，最终分割出小麦病斑图像。利用该方法进行分割实验，分割准确率达到95%以上，分割效果理想，为小麦叶部病害图像分割提供了参考，也为后续的小麦病害识别和诊断提供了基础。

基于Gabor和改进LDA的人耳识别

胡春安，陈玉玲

2015, 37(07): 1355-1359. doi:

摘要 ( 211 )

PDF (478KB) ( 46812 ) 　　

针对人耳识别中无法避免的小样本问题，提出了基于Gabor特征和改进LDA(ILDA)的识别算法。该算法首先提取人耳局部Gabor特征，然后重新定义Fisher准则和类内分散度矩阵，再将高维空间映射到低维后寻找最优投影方向，最后利用训练样本与测试样本特征投影值的欧氏距离进行分类识别。与传统方法相比，新算法能有效解决人耳识别中的小样本问题，获得较高的识别准确率。

基于维纳线性预测的Horn-Schunck光流运动矢量优化算法

秦龙龙1,钱渊1,侯雪2，张晓燕1

2015, 37(07): 1360-1365. doi:

摘要 ( 137 )

PDF (1025KB) ( 314 ) 　　

针对HornSchunck光流运动估计的矢量中可能出现局部错误估计点的问题，提出一种基于维纳线性预测的光流运动矢量优化算法。首先，将光流运动矢量从笛卡尔坐标转换到极坐标下；其次，根据制定的判决规则，对于判决中的可疑点做进一步判定，而对于判决中的错估点采用维纳线性预测的方法进行重新估值；最后，将极坐标下的光流矢量转换到笛卡尔坐标下，到此就完成了光流运动矢量的优化。与直接求出的HornSchunck光流矢量相比，优化后的HornSchunck光流矢量中幅度和角度错估点的误差明显减小，光流矢量的准确性获得了一定程度的提高。将直接求出的HornSchunck光流矢量和优化后光流矢量分别应用到图像和视频序列的运动补偿中。结果表明：基于维纳线性预测的HornSchunck光流运动矢量优化算法取得了比较好的效果。

基于Android的水稻病害图像识别系统设计与应用

郑姣，刘立波

2015, 37(07): 1366-1371. doi:

摘要 ( 172 )

PDF (662KB) ( 416 ) 　　

针对目前水稻病害图像识别系统依赖于数码相机和计算机，缺乏便携性和实时性的问题，设计了一款基于Android手机的水稻病害图像识别系统。系统通过分析水稻稻瘟病、胡麻斑病、干尖线虫病、白叶枯病四种病害的颜色、形状、纹理特征，采用图像预处理、图像增强、图像分割、特征提取以及图像识别的处理方法，实现基于图像识别的及时准确诊断水稻病害类型的目的。实验结果表明，系统准确率可达93.78%，正检率96.22%，误检率6.22%，虚警率1.56%，平均诊断用时2.802 s。该系统能有效地拍摄并诊断水稻病害，迅速、准确地给出病害防治措施。

基于形态学梯度重建的车牌定位方法

曹岩

2015, 37(07): 1372-1380. doi:

摘要 ( 141 )

PDF (1140KB) ( 356 ) 　　

准确定位车牌是车牌识别的重要基础。针对复杂环境下车牌图像容易受背景、光照等因素的影响而导致车牌定位精度较低的问题，提出了一种基于形态学梯度重建的车牌定位方法。该方法首先利用颜色信息确定车牌候选区域；然后利用矢量梯度算子获取候选区域中车牌图像的梯度，利用形态学梯度重建运算提取具有车牌特征的图像结构，同时抑制非车牌特征的图像结构；最后利用车牌固定的宽长比先验信息对矩形区域进行提取，最终得到准确的车牌定位结果。实验结果表明，提出的车牌定位方法能在复杂环境下快速、准确地定位车牌，且具有较高的鲁棒性和实时性。

自适应的Haar型LBP纹理特征提取算法研究

刘天时，肖敏敏，李湘眷

2015, 37(07): 1381-1386. doi:

摘要 ( 134 )

PDF (517KB) ( 271 ) 　　

在提取纹理图像的Haar型LBP特征中，人为设定的判断阈值主观性强、局部性差，导致提取的纹理细节和边缘模糊、纹理图像的局部性易被忽略。为此，提出了一种自适应的Haar型LBP纹理特征提取算法。该算法在二值化Haar型特征时引入高斯加权矩阵，以此获得客观、符合纹理图像局部特征的自适应判断阈值和Haar型LBP特征。实验结果表明，该算法能够有效地避免人为设定阈值对纹理特征的影响，可以准确地描述图像的纹理特征，Brodatz标准纹理库分类的正确率也得到了进一步的提高。

最佳点平滑法寻找最佳拼接缝

孟建良，王雅继

2015, 37(07): 1387-1392. doi:

摘要 ( 164 )

PDF (958KB) ( 352 ) 　　

针对目前大多数算法在图像拼接过程中仍然存在明显缝隙的缺陷，提出了最佳点平滑方法，首先采用SIFT算法提取特征点，并用PCASIFT对特征描述符做降维处理；然后通过RANSAC消除误匹配点，将三基色最为接近的点作为拼接点，之后对拼接点集进行平滑处理；最后得到最佳拼接线。通过仿真实验表明，算法在保证了时间效率的同时，使得彩色图像得到了更好的拼接效果。

藏文问答系统中问句的分类方法研究

柔特

2015, 37(07): 1393-1398. doi:

摘要 ( 109 )

PDF (867KB) ( 302 ) 　　

问句分类在问答系统领域有着重要的研究意义和应用价值。为了提高自动问句分类识别效率，本文提出了基于藏文疑问虚词的问句分类方法。该方法首先提取问句中的藏文虚词；然后根据所得的虚词进行问句分类；其次，进一步将问句细分为问题大类和小类；最后，给问题贴上分类标签。这种方法，既缩小了检索空间又提高了答案的准确性。最后对各种藏文问句分类的准确性进行了测试。结果表明基于藏文虚词问句的分类方法具有可行性和实用性。

基于加权序列模式的推荐算法研究

宋威，乔阳阳

2015, 37(07): 1399-1404. doi:

摘要 ( 146 )

PDF (477KB) ( 292 ) 　　

由于考虑了用户的访问顺序，基于序列模式的推荐方法正在成为推荐系统研究的热点之一。为提高推荐结果的个性化程度，提出了一种基于加权序列模式的推荐算法PRWSP。首先，给出了新的加权序列模式模型，该模型在设置权重时充分考虑了项目在不同序列中的不同重要程度。其次，通过近似估计序列权重的方式，论证了挖掘加权序列模式时同样满足反单调性，从而约简了搜索空间。最后，定义了序列模式匹配程度的度量标准。实验结果表明，PRWSP算法具有较高的挖掘效率和推荐精度。

面向冗余度机械臂QP问题求解的E47和94LVI数值算法

谢清，张雨浓，余晓填，郭东生，金龙

2015, 37(07): 1405-1411. doi:

摘要 ( 161 )

PDF (592KB) ( 250 ) 　　

冗余度机械臂的二次规划(QP)问题同时受制于等式约束、不等式约束和双端约束，且面向冗余度机械臂实时控制的该类QP问题的求解对运算实时性有较高要求。考虑同时受制于上述三种约束的二次规划问题的求解，给出并研究两种数值算法(E47和94LVI算法)。这类带约束的二次规划问题被等价转换为分段线性投影方程。应用E47和94LVI算法求解上述分段线性投影方程，从而得到二次规划问题的最优数值解。同时，通过大量的数值实验，研究两种算法面向冗余度机械臂的QP问题求解性能，并给出E47、94LVI算法与经典有效集算法的对比实验结果。最终证实了E47和94LVI两种算法在求解二次规划问题上的高效性和优越性。

云台控制在旋转扫描式人体非接触测量中的应用

王悦1，姜寿山1,2，付永升3，刘晶晶4

2015, 37(07): 1412-1416. doi:

摘要 ( 165 )

PDF (653KB) ( 359 ) 　　

在分析了云台结构、步进电机工作原理以及云台控制系统需求的基础上，选用M415B为步进电机驱动器，自行研制了基于AT89C51单片机的步进电机控制系统软硬件；利用VB系统编写上位机程序，并通过USB转串口实现了与单片机之间的通信。该系统已成功应用于激光旋转扫描式人体非接触测量系统。

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