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• 2017年, 第11期　刊出日期：2017-11-25 上一期    下一期
  本期栏目： 论文

论文

基于堆排序的片上Nor Flash损耗均衡硬件快速实现

徐书韬1，黄凯1，黄凯杰2，蒋小文1，张晓濛1

2017, 39(11): 1971-1979. doi:

摘要 ( 169 )   PDF (1314KB) ( 336 )   　　 评审附件

传统的Flash损耗均衡的实现大部分都是针对Nand Flash，且基本都是通过文件系统进行的。针对Nor Flash损耗均衡的研究较少，而且对于无法植入操作系统或者植入代价过大的情况，文件系统的方法将不再适用。在硬件层面实现了Flash损耗均衡算法，以满足上述应用条件，同时大大减少了芯片软件层面的开销。通过Verilog语言实现了损耗均衡、地址映射、垃圾回收、Flash接口等四个模块，每次写操作到来时通过堆排序寻找擦写次数最小的块，将其物理地址与虚拟地址对应并更新到地址映射表，并在垃圾块达到一定数量时进行回收操作，从而实现Flash的损耗均衡。实验结果表明，硬件实现的损耗均衡算法在初始化、堆删除、读操作的时间消耗上分别比软件算法最多快了14、16.4、17.8倍，获得了较大的速度提升。

 

一种面向高性能数值模拟软件的自动化测试平台

田鸿运1，刘青凯1，成杰2，杨章1，单雅辉2

2017, 39(11): 1980-1985. doi:

摘要 ( 125 )   PDF (747KB) ( 314 )   　　 评审附件

高性能数值模拟软件的快速研制是确保高性能数值模拟应用与高性能计算机协调发展的关键，是当前高性能计算应用领域亟待解决的瓶颈问题。软件测试是软件研制过程中不可或缺的重要环节，是影响软件研制效率的重要因素。研制适应于高性能数值模拟软件的自动化测试工具和环境对于软件的快速研发具有重要意义。当前广泛使用的商业、开源自动化测试平台无法很好地满足高性能数值模拟软件测试的需求，因此，设计实现了一种面向高性能数值模拟软件的自动化测试平台。该平台可以适应各类数值模拟软件的系统测试、验收测试需求，具有良好的跨平台性，简单易用，用户可同时通过多种方式方便快捷地访问测试结果，从而快速定位测试中发现的程序错误，为高性能数值模拟软件测试提供技术支撑。目前该平台已为实际的数值模拟软件研发提供测试验证服务，对中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心的19个软件，1 108个验收测试算例进行自动化测试，提供长时间的稳定测试服务，展现了该平台的普适性和稳定性。

一种支持SIMD体系结构的高效分布式堆栈——HEDSSA

孙海燕

2017, 39(11): 1986-1990. doi:

摘要 ( 115 )   PDF (550KB) ( 233 )   　　 评审附件

随着问题规模的增大和对实时性要求的提高，SIMD向量处理器尤其是带有向量运算单元的处理器在业界得到广泛应用。处理器上程序的运行状态一般由编译器通过堆栈进行管理。已有编译器堆栈设计机制在SIMD体系结构中严重影响了整个应用程序的运行性能。根据SIMD体系结构特点，提出了一种高效分布式堆栈设计方法——HEDSSA。实验结果表明，HEDSSA堆栈使得应用程序在进行局部数据访问、函数调用、发生中断以及动态分配数据时能够以更高的效率访问堆栈数据。

 

云环境下基于偏好的资源公平分配策略

贺智明，刘敏

2017, 39(11): 1991-1999. doi:

摘要 ( 130 )   PDF (1159KB) ( 281 )   　　 评审附件

资源分配策略是云计算领域的一个重要研究热点，其主要目标是同时考虑云用户和云提供商双方的利益，有效满足系统用户和任务的公平性，同时尽可能达到系统资源的充分利用。考虑到云环境中的用户需求各异，每个用户的任务请求数量不同，各个任务的资源需求也不同，设计了一种基于偏好的公平分配策略FABP，并给出了用户优先级和任务优先级的定义。实验分析表明，该算法不仅能缩短平均任务调度时间，而且还可以保证任务调度过程中用户和任务的公平性，实现综合资源利用率的最大化。

通用的辅助量子计算

周旭，谭晓青

2017, 39(11): 2000-2005. doi:

摘要 ( 124 )   PDF (537KB) ( 207 )   　　 评审附件

设计了一个通用的辅助量子计算协议。该协议的客户端Alice仅拥有经典计算机或有限的量子技术，这些资源不足以让Alice做通用量子计算，因此Alice需要把她的量子计算任务委派给远程的量子服务器Bob。Bob拥有充分成熟的量子计算机，并会诚实地帮助Alice执行委派的量子计算任务，但他却得不到Alice的任何输入、输出信息。该协议只要求Alice能发送量子态和执行Pauli门操作，协议具有通用性、半盲性、正确性和可验证性。

 

非同分布衰落环境下最大链路选择方案及性能研究

贾向东1,2，颉满刚1，周猛1

2017, 39(11): 2006-2015. doi:

摘要 ( 97 )   PDF (2419KB) ( 205 )   　　 评审附件

通过对Nakagami-m衰落环境下缓冲中继协作最大链路选择方案（MLS）的中断和延迟性能的研究，得到了中断概率和平均分组延迟的闭式解析解以及相应的分集增益和编码增益。基于所得结果，给出了中断概率和平均分组延迟的数值分析，结果表明，非同分布衰落环境不仅严重地影响了MLS方案的分集增益和编码增益，而且使得各个中继节点处的平均分组延迟也不相同，系统极不稳定。为此提出了一种新颖的基于加权的MLS（W-MLS）方案，该方案一方面使信源-中继和中继-信宿链路等效功率分别相同；另一方面使中继-信宿链路等效功率略大于信源-中继链路等效功率，这样，不仅可以保证系统获得足够的分集增益，而且可以显著地降低平均分组延迟，使得各个中继节点处的平均分组延迟完全相同，提高了系统的稳定性。

 

 

导向矢量失配情况下基于稀疏表示的波达方向估计算法

贾晋华，于洁潇，刘开华，赵宇

2017, 39(11): 2016-2021. doi:

摘要 ( 116 )   PDF (646KB) ( 298 )   　　 评审附件

提出了一种传感器阵列导向矢量失配情况下的基于稀疏表示的信号源波达方向DOA估计算法。针对一些实际环境中噪声重尾现象严重的特点，采用合成圆对称广义高斯噪声分布对其进行模拟。考虑到实际环境中传感器自身运动以及外界环境因素的改变可能会导致传感器导向矢量产生波动，利用加权最小二乘法对波动生成的增益值进行最优估计。然后，构建信号模型的分数低阶矩FLOM矩阵，进行矢量化处理，以提高其数组维数。最后，利用稀疏表示方法重构信号模型，将信号源DOA估计转化为二阶锥规划问题进行求解，并采用奇异值分解降低运算量。仿真结果表明，本算法的信号源DOA估计具有很高的分辨率，且有效地避免了导向矢量失配对DOA估计产生的影响。

 

一种基于标签传播算法的关键链路探测方法

董建亮，赵文涛，李方,黄心昊

2017, 39(11): 2022-2027. doi:

摘要 ( 142 )   PDF (760KB) ( 292 )   　　 评审附件

随着网络脆弱性逐渐引起人们的关注，对于一个复杂网络，对其关键链路的探测已经越来越重要。根据网络所具有的社团结构特征，立足于网络的社团划分，结合GN算法思想，把标签传播算法引入关键链路探测中。针对原有算法在迭代过程中出现的每个顶点都会得到一个标签而造成的资源浪费和随机迭代出现结果不稳定的问题，采用一次传播标签把结构较紧密的顶点绑定在一起和依据度顺序来更新标签的方法。通过实验验证，该算法能快速、稳定、高效地查找复杂网络中的关键链路。

无线多媒体传感器网络能量均衡的多跳图像传输机制

陈显毅1,2，金志刚1，苏毅珊1

2017, 39(11): 2028-2036. doi:

摘要 ( 101 )   PDF (1051KB) ( 241 )   　　 评审附件

针对由普通节点和图像节点组成的异构无线多媒体传感器网络，提出了基于图像节点邻域协作压缩的多跳图像传输机制MHIT。该机制在发送图像前，首先根据传输距离和路由跳数判断是否需要压缩图像，若压缩图像后再传输消耗更多能量，则直接发送图像；否则，图像节点将图像压缩任务分发给邻域内的普通节点协作完成，均衡了网络能量消耗，极大地缓解了图像节点的能耗压力。实验结果表明，MHIT有效解决了无线多媒体传感器网络因图像压缩而引发的能量空洞问题，明显延长了网络生存期，特别适合于大规模无线多媒体传感器网络远距离图像传输。

针对椭圆曲线点乘算法的代数故障攻击

许盛伟1，陈诚1,2，王荣荣1,2

2017, 39(11): 2037-2042. doi:

摘要 ( 130 )   PDF (506KB) ( 219 )   　　 评审附件

首先通过分析固定梳（comb）点乘算法和窗口非相邻型（NAF）点乘算法，提出了一种代数故障攻击算法，可以恢复椭圆曲线密码算法的全部私钥。代数故障攻击算法在执行过程中不会被检测出来，遇到全零块也不会使攻击失效。然后通过软件仿真分别实现了对两种点乘算法的攻击，攻击的参考椭圆曲线为商用密码SM2算法提供的素数域曲线。攻击comb点乘算法需要13 min，攻击窗口NAF点乘算法需要18 min，并且都恢复了256比特长的私钥。而差分故障攻击方法不能攻击comb点乘算法，也容易遭受“故障检测”和“零块失效”的威胁，使得攻击失败。实验结果表明，代数故障攻击可以对有预计算的点乘算法实现高效攻击，健壮性强。

 

基于分段线性函数的功放模型及数字预失真应用

贾冰，赵宇，刘开华，马永涛，刘彦北

2017, 39(11): 2043-2048. doi:

摘要 ( 197 )   PDF (637KB) ( 391 )   　　 评审附件

为了克服通信系统中功率放大器的非线性和记忆效应，数字预失真技术成为研究的热点。提出一种基于分段线性函数的多项式模型，与广义记忆多项式模型相比，我们把多项式中的高阶项转换为分段求和项，消除了高阶相乘带来的不稳定性，同时由于分段阈值的存在，该模型的适用性和稳定性均有所提高。把功放模型应用于数字预失真结构中的实验结果表明：与广义记忆多项式模型相比，分段线性函数模型所需系数要少40%，邻信道功率比提高约1 dB，归一化均方误差提高约8 dB，因此该模型在数字预失真方面具有较好的效果。

 

一种改进的射线跟踪路径搜索算法

杨晋生，赵月秋，邱光染，陈为刚

2017, 39(11): 2049-2053. doi:

摘要 ( 142 )   PDF (628KB) ( 342 )   　　 评审附件

基于几何光学原理的射线跟踪信道建模方法能够对场强、时延、到达角等多径信息进行精确预测，该方法多用多边形或三角构建三维场景模型。为了提高射线跟踪的路径搜索效率，提出一种改进的三角化射线跟踪路径搜索算法。在原带符号体积法中加入对实际不相交三角形的排除过程，简化判断过程，减小计算量。以三个不同类型的场景模型为例，对改进前后的算法进行仿真比较。结果表明，改进的路径搜索算法比原算法运算速度更快，且场景模型越复杂，效率提高越明显。

 

基于轨迹分析的行人异常行为识别

胡瑗1，夏利民1，王嘉1,2

2017, 39(11): 2054-2059. doi:

摘要 ( 184 )   PDF (663KB) ( 903 )   　　 评审附件

提出一种基于轨迹分段主题模型的异常行为检测方法。为了解决跟踪偏差引起的轨迹不连续问题，首先使用模糊聚类算法对所有的轨迹进行全局聚类，然后对每一类轨迹采用分段采样的方式对段内轨迹点使用主题模型LDA进行局部聚类；以最大概率的轨迹点作为视觉单词，每类轨迹表示成一系列视觉单词的集合，在此基础上建立局部隐马尔科夫模型HMM；最后通过轨迹匹配的方法进行异常轨迹识别。在CAVIAR数据库上的实验结果表明，该算法能识别多种异常行为，提高了异常行为检测的准确率。

强光干扰下的火焰前景提取技术研究

苏相阁，张为

2017, 39(11): 2060-2065. doi:

摘要 ( 112 )   PDF (669KB) ( 205 )   　　 评审附件

火焰前景提取是视频型火灾检测算法的重要步骤，也是后续火焰特征识别算法的基础。针对现有火焰前景提取算法在强光干扰下或在背景与火焰颜色相近时无法正确提取火焰前景的问题，提出一种新的火焰前景提取算法。首先通过计算瞬时运动区域和火焰颜色区域来确定初级疑似火焰区域；然后对初级疑似区域和非疑似区域制定不同的背景建模策略来得到运动前景；最后由运动区域和高亮区域得到最终的火焰前景。与4种已有的火焰前景提取算法的对比实验表明，该算法在复杂背景下的火焰前景提取准确率为96.2%，远高于现有算法；能适应不同类型的复杂背景，并且满足实时性要求。


 

混合空间新型贝叶斯网络模型的图像分割应用研究

陈沅涛1,2，刘煊赫1,2

2017, 39(11): 2066-2073. doi:

摘要 ( 90 )   PDF (1554KB) ( 272 )   　　 评审附件

现有研究工作没有确定概率向量模型的混合部分比例，所以无法解决MCMC方法的迭代收敛性问题。在具有空间平滑约束的高斯混合模型GMM基础上提出新型贝叶斯网络模型并应用于图像分割领域。模型应用隐Dirichlet分布LDA的概率密度模型和Gauss-Markov随机域MRF的隐Dirichlet参数混合过程来实现参数平滑过程,具有如下优点：针对空间平滑约束规范概率向量模型比例；使用最大后验概率MAP和期望最大化算法EM完成闭合参数的更新操作过程。实验表明，本模型比其他应用GMM方法的图像分割效果好。该模型已成功应用到自然图像和有噪声干扰的自然艺术图像分割过程中。

实数型曲线描述子二值化研究

王志衡,陈璐璐,刘红敏，王静

2017, 39(11): 2074-2085. doi:

摘要 ( 113 )   PDF (2125KB) ( 247 )   　　 评审附件

曲线匹配技术在模式识别、计算机视觉和图像理解中具有重要作用。随着移动设备的广泛使用，有必要研究存储空间小、匹配速度快的二值型曲线描述子。针对常见实数型曲线描述子(MSCD、IOMSD、IOCD和TCHP)，利用阈值化方法，获得由0、1表示的二值曲线描述子。实验结果表明，在旋转、视角变化和光照变化条件下，提出的曲线二值描述子能够保持实数型描述子的匹配准确性，而占用的内存空间仅为原描述子的1/32或1/16。

 

基于Movielens电影数据的可视分析

许冰晗，尚鸿运，马灿，李尚

2017, 39(11): 2086-2094. doi:

摘要 ( 315 )   PDF (1246KB) ( 376 )   　　 评审附件

目前，随着电影数据逐渐被人们获取，关于电影数据的研究可以给人们带来很多启发。分析电影流派的演变规律，可以为导演提供电影题材建议；分析经济和电影之间的关系，可以找到电影演变的原因；研究高评分电影在时间上的规律，可以指导导演选择电影的上映时间。但是，由于电影包含电影名称、所属流派、评分等多重属性，一般的研究方法不足以发现并直观地呈现电影数据隐含的规律。用可视化与可视分析的方法分析电影数据，设计了一系列相互关联的可视化视图，从多个时间尺度角度分析电影流派的时间演变，通过增长率曲线图研究电影数量和经济的相关关系，并设计饼图集来发现高评分电影在时间、流派上的规律。

 

基于时间效应的协同过滤算法

吴飞，余腊生,冯梅

2017, 39(11): 2095-2101. doi:

摘要 ( 122 )   PDF (681KB) ( 259 )   　　 评审附件

协同过滤算法已被成功应用在个性化推荐系统中，但传统的协同过滤算法很少考虑时间因素的影响，难以确保最近邻集的准确性和可靠性。虽然很多文献提出了各种改进推荐算法，但仍然没能在计算中有效地将时间因素和用户评分综合起来。因此，在原有的工作基础上提出基于时间效应的协同过滤算法，将时间因素纳入用户预测评分和用户相似性计算中，并综合这两个因素来动态分配每一项评分的权重，采用预测评分填充用户-项矩阵和二次计算用户相似性矩阵的方法，最终得到Top-N推荐集。实验表明，改进后的算法提高了推荐算法的精度和推荐质量。


 

基于云模型熟悉相似度的协同过滤推荐算法

汪军，朱建军，覃朗

2017, 39(11): 2102-2108. doi:

摘要 ( 70 )   PDF (670KB) ( 250 )   　　 评审附件

研究了一种新的协同过滤推荐方法。针对推荐算法中相似度存在的不足，提出了兼顾“形状-距离”的云模型综合相似度测算方法；考虑用户之间的兴趣匹配，提出了云模型熟悉相似度的概念；提出了基于云模型熟悉相似度的邻居用户选择方法，进而产生推荐。实验结果表明，本方法提高了推荐准确度。

 

数字图书馆个性化匿名发布方法

贾俊杰，陈菲

2017, 39(11): 2109-2114. doi:

摘要 ( 81 )   PDF (482KB) ( 218 )   　　 评审附件

针对数字图书馆数据发布中的用户隐私保护，提出一种个性化的匿名方法。用户主体设置属性的敏感因子，通过数据属性之间的关联规则设置属性权重，由此得到的用户信息隐私保护度对数据集进行划分和匿名，从而实现用户个性化匿名保护。结果表明，结合属性的权重得到的个性化参数更加贴合实际的数据关系，减小用户由于个性化设置造成的“过分”保护，同时提高数据发布质量。

 

基于稀疏重构权的错误标注数据检测方法

吴敬生，王靖，杜吉祥

2017, 39(11): 2115-2121. doi:

摘要 ( 102 )   PDF (703KB) ( 307 )   　　

数据分类的准确性依赖于数据标注的质量和数量，当训练数据被错误标注时，数据分类的准确性会受到很大的影响。针对这种情形，提出一种基于稀疏重构权的错误标注数据检测方法。首先，对含有错误标注数据集采用k近邻的方法求取其近邻点；然后，通过求解带L1-范数的最小二乘模型计算每个标注数据的局部稀疏重构权，并利用稀疏重构权计算每个标注数据的置信度；最后，通过寻找置信度曲线中最大曲率的位置，自适应地检测出错误标注数据。通过实际数据的实验验证了本文所提算法的有效性。

基于简化群优化算法和协方差矩阵学习的差分进化算法

朱林波，汪继文，邱剑锋，方柳平

2017, 39(11): 2122-2130. doi:

摘要 ( 148 )   PDF (817KB) ( 319 )   　　 评审附件

把SSO算法的交叉策略、协方差矩阵学习策略与传统的DE算法结合，提出一个新的DE算法的变种，我们把它称作SCDE算法。正如我们所知，DE算法的变异策略在DE算法中占据了非常重要的位置，然而，传统的DE算法的变异策略都是用相对位置来产生候选解，本文尝试利用个体历史最优解来诱导变异产生候选解，这将大大提高种群跳出局部最优的能力。此外，将算法的变异和交叉操作放在由种群的协方差矩阵的所有特征向量组成的坐标系中执行，这将使算法的交叉和变异操作具有旋转不变性。实验结果表明，本文提出的新的交叉和变异策略可以大大提高DE算法在CEC 2013中28个测试函数的全局寻优能力。

 

基于超立方体顶点采样的区间数SVM分类模型研究

覃朗，朱建军

2017, 39(11): 2131-2138. doi:

摘要 ( 83 )   PDF (767KB) ( 250 )   　　 评审附件

研究了针对区间数样本的支持向量机分类问题。定义了区间数样本与超立方体之间的映射关系，研究了基于区间数样本的超立方体表示框架；提出了基于二叉树完整遍历的满足样本约束的超平面顶点采样方法，建立了通过分类目标函数转换的分类学习模型。实验仿真结果表明了该方法的可行性与有效性。


 

直觉犹豫模糊集的相关系数在群推荐中的应用

陈秀明1,2,钱丽1,3,胡贤德1,李敬明1,2,张怡文1

2017, 39(11): 2139-2144. doi:

摘要 ( 86 )   PDF (403KB) ( 225 )   　　 评审附件

在直觉犹豫模糊集描述的群推荐系统中，首先，针对直觉犹豫模糊距离公式计算相似性问题中存在的不足，提出了直觉犹豫模糊集相关系数的概念；其次，给出直觉犹豫模糊集相关系数的聚类算法，并分析采用直觉犹豫模糊集相关系数公式与距离公式计算相似性的区别；最后，利用直觉犹豫模糊集相关系数对电影进行推荐，结论表明了直觉犹豫模糊集相关系数方法的实用性和有效性。

改进鱼群算法优化的ELM在乳腺肿瘤辅助诊断中的应用研究

周华平，袁月

2017, 39(11): 2145-2152. doi:

摘要 ( 109 )   PDF (720KB) ( 228 )   　　 评审附件

针对传统极限学习机的输入权值矩阵和隐含层偏差是随机给定进而可能会导致在乳腺肿瘤的辅助诊断应用研究中存在精度明显不足的情况，提出用改进鱼群算法优化ELM方法。在完成对乳腺肿瘤有效的辅助诊断的过程中，本研究工作充分利用ELM能快速地完成训练过程且具有很好的泛化能力的特点，并结合用改进鱼群算法对ELM的隐含层偏差进行优化，构造出了乳腺肿瘤与从乳腺肿瘤样本数据中提取的10个特征向量之间的非线性映射关系。将本文提出的乳腺肿瘤识别方法的仿真结果与AFSA-ELM方法、ELM方法、LVQ方法、BP方法的仿真结果分别从识别准确率、假阴性率、学习速度三个方面做对比分析，仿真结果表明，本文所提方法对乳腺肿瘤诊断具有较高的分类识别准确率、假阴性率以及较快的学习速率。


 

广义多变量模糊C均值聚类算法

文传军1，汪庆淼2

2017, 39(11): 2153-2160. doi:

摘要 ( 117 )   PDF (442KB) ( 198 )   　　 评审附件

模糊聚类算法为了保证算法的收敛性，要求模糊指标m取值大于1，这限制了算法的普适性。提出广义多变量模糊C均值聚类算法（GMFCM），在多变量模糊C均值聚类算法（MFCM）的基础上，利用粒子群优化算法对分量模糊隶属度进行优化估计，进而将模糊指标拓展到m>0的情况，同时采用梯度法得到算法聚类中心迭代公式。GMFCM理论分析了模糊指标m扩展的原理，研究了模糊指标m在不同取值情况下的性质，解释了模糊指标m的实际意义，讨论了GMFCM算法的收敛性。GMFCM继承了MFCM算法的样本分量区分性能，弥补了MFCM算法聚类中心分量与样本分量重合时的不完备性，突破了模糊聚类算法对参数m的约束，提高了模糊聚类算法的普适性。基于gauss数据集和UCI数据集的仿真测试验证了所提算法的有效性。