Please wait a minute...
  • 中国计算机学会会刊
  • 中国科技核心期刊
  • 中文核心期刊

当期目录

    目录
    2018年第9期目录
    2018, 40(09): 0-0. doi:
    摘要 ( 29 )   PDF (292KB) ( 74 )     
    高性能计算
    面向温度优化的片上网络任务调度方法
    吉慧,周磊
    2018, 40(09): 1527-1533. doi:
    摘要 ( 129 )   PDF (861KB) ( 171 )     
    随着片上网络规模的扩大和研究的逐步深入,如何将芯片上众多的任务进行合理的调度成为系统温度优化的关键之一。针对片上网络任务调度问题,
    提出一种基于最短曼哈顿距离的任务调度SMDS方案。该策略充分考虑核通信图中通信节点对之间最短曼哈顿路径,通过搜索算法寻找任务调度的目的节点,使用模拟退火算法确定任务调度对。实验结果显示,与传统的分布式任务调度
    DTM策略相比,针对6*6、8*8和10*10的拓扑结构,SMDS实验方案在迁移次数方面的平均优化率分别为2208%、21.74%和23.02%。在平均跳数方面的平均优化率分别为24.04%、29.18%和23.04%,实现了系统温度优化。
     
    并行科学计算应用中采样数据的聚集I/O
    曹立强,罗红兵
    2018, 40(09): 1534-1539. doi:
    摘要 ( 93 )   PDF (685KB) ( 143 )     

    采样数据的并行I/O制约一些并行应用的运行效率。设计、实现了采样数据的聚集并行I/O方法。该方法在客户端部署采样数据缓存,然后合并数据到输出进程,再存储到文件。为了保障并行程序长时间运行过程中采样数据的存储一致性,该方法在JASMIN框架中监测应用程序的运行状态,当并行程序发生负载平衡或者重启动时刷新或者恢复数据。I/O过程中,进一步使用HDF5的分块I/O提高列存储数据的读写效率。测试表明,新方法不仅具有较好的可扩展性,还能在具有负载平衡与重启动等复杂功能的并行应用中提高采样数据的并行 I/O 效率7.5倍以上。

    CRSHE:基于同态加密的新型密文检索方案
    付伟1,李墨泚2,赵华容2,吴勇2
    2018, 40(09): 1540-1545. doi:
    摘要 ( 226 )   PDF (508KB) ( 221 )      评审附件
    针对文本密文存储与检索需求,提出一个检索与共享功能分离的云存储模型,在此基础上设计了一种同态加密算法,并给出一种新型同态密文检索方案CRSHE。可有效解决检索关键词隐私泄漏、不支持同态加密等问题,通过排序反映文档与关键词之间的相关程度,在多关键词检索时极大地提升检索性能。测试实验表明,该方案比线性密文检索方案效率高,具有较高的准确性。
     
    相变存储器写寿命延长关键技术研究进展
    张震1,2,付印金1,胡谷雨1
    2018, 40(09): 1546-1555. doi:
    摘要 ( 118 )   PDF (1098KB) ( 192 )      评审附件
    随着大数据分析应用时效性提升和“存储墙”问题日益突出,存储系统已成为当前计算机系统整体性能的瓶颈。以相变存储器(PCM)为代表的新型非易失性存储器(NVM)具有集成度高、功耗低、读写访问速度高、非易失、体积小和抗震等优良特性,已成为最具潜力的下一代存储设备。然而,写寿命有限是PCM实用化的一道障碍,如何通过减少写操作和磨损均衡以提升PCM使用寿命是当前的研究热点。
    从减少PCM写操作、均匀写操作分布以及在混合内存中的页面迁移等三个方面介绍了当前PCM写寿命延长技术的研究现状以及优缺点,最后探讨未来进一步改进PCM寿命可能的研究方向。
     
    基于ARM的嵌入式数据录取设备研制
    周明进1,卢再奇2
    2018, 40(09): 1556-1561. doi:
    摘要 ( 112 )   PDF (936KB) ( 183 )      评审附件
    某型装备文件记录设备的信息化改造过程中,采用FPGA+ARM的框架体系和软硬件一体化设计思想,开发嵌入式处理平台,实现了多装备输出数据的实时可靠录取、传输和存储,有效解决了原设备存在的接口信号时序逻辑复杂、畸变失真严重、数据易丢失及联机功能检查等问题。
    实装测试和使用情况表明,研制的嵌入式系统达到了设计要求。
     
    计算机网络与信息安全
    面向数据中心租户带宽特征的虚拟拥塞控制方法性能分析
    李树楠1,2,3,詹男杰1,2,3,章玥1,2
    2018, 40(09): 1562-1571. doi:
    摘要 ( 94 )   PDF (1720KB) ( 151 )     

    数据中心租户使用的遗留设备中仍存在没有实现显式拥塞通知ECN的情况,导致数据中心网络中存在ECN流抢占非ECN流带宽资源的不公平现象。虚拟拥塞控制方法通过修改数据包接收窗口字段进行拥塞控制,改善了上述不公平现象。从租户主机数目、带宽需求、网络拥塞程度、拥塞控制算法等四个角度出发,建立对应的符合数据中心租户带宽特征的仿真场景,通过仿真实验分析虚拟拥塞控制方法在上述场景中的性能。结果表明:(1)虚拟拥塞控制方法的性能良好,不受租户主机个数、租户带宽差异以及网络拥塞程度的影响;(2)虚拟拥塞控制算法的性能在拥塞控制算法不同环境下的表现存在差异,当使用YeAHTCP时解决ECN不公平性效果较差。

    一类周期为偶数的二元序列的自相关值
    熊臻,岳勤
    2018, 40(09): 1572-1578. doi:
    摘要 ( 81 )   PDF (416KB) ( 128 )     

    设N为奇数,ZN为模N的剩余类环。 本文得到的主要结果有:(1)若D为ZN上N,N-12,N-34的差集,=ZN\D,{si}为以C1={0}×D∪{1}×为特征集的长度为2N的二元序列,则此序列的自相关值为4值,去掉两个特殊点,该序列最优。(2)若D为ZN上N,N-12,N-54,N-12的几乎差集,=ZN\D,{si}为以C1={0}×D∪{1}×为特征集的长度为2N的二元序列,则此序列的自相关值为6值。 最后,本文还给出了长度为 4N的周期序列的自相关值。

    最小风险贝叶斯决策融合的多点触摸身份认证
    孙子文,李富,庞永春
    2018, 40(09): 1579-1584. doi:
    摘要 ( 118 )   PDF (468KB) ( 140 )     

    为提高智能手机中多点触摸身份认证的识别率,提出一种基于最小风险贝叶斯决策的多点触摸身份认证方法。首先采用认证手势中各单独手势序列经逻辑回归优化的均值动态时间规整算法进行局部分类,然后以贝叶斯规则为基础,引入损失函数,并计算最小风险贝叶斯决策组合规则下的局部决策结果,最后依据最小风险贝叶斯决策融合规则获得全局决策结果。实验结果显示,引入基于最小风险贝叶斯决策的融合身份认证,不仅保证了较为理想的漏警率、消弱了决策的风险性,而且降低了虚警率,获得了较为理想的分类效果。

    无线传感网中分布式信号检测的多维特征值算法优化研究
    刘云,陈倩
    2018, 40(09): 1585-1590. doi:
    摘要 ( 77 )   PDF (495KB) ( 214 )     
    在大规模无线传感网的分布式信号检测中,针对相关性较高并有一定冗余度的数据集,在保证数据采集可信任的情况下,通过高效算法提高精度是重要的研究方向。
    提出一种分散功率算法DPM,用于分布式计算样本协方差矩阵的最大特征值,通过将平均共识和迭代功率法相结合,在相对少量样本和有限次数迭代的条件下,实现了协方差矩阵最大特征值的较快收敛速度和较高精度估计。对比MECD算法和DST算法,仿真结果表明,新算法有效减少了信号样本数和迭代次数,收敛速度较快,可获得更高的检测精度。
     
    改进的九宫格手势认证方法
    耿博1,2,葛丽娜1,2,王秋月1,2,王利娟1,2
    2018, 40(09): 1591-1597. doi:
    摘要 ( 112 )   PDF (853KB) ( 249 )     

    针对九宫格手势认证方法中的手势密码的单一性问题,通过增加一位随机数和若干次数变量来改进程序,实现了认证密码的动态变化。通过改进认证过程,减少用户绘制认证点数,提高了认证机制的便捷性。认证过程改进为:根据随机数确定本次认证点数;根据上次成功认证的末位认证点,确定本次认证起始点,即上次成功认证的末位认证点向下间隔一位认证点为本次认证起始点。认证失败3次,随机数会自动更新,认证失败导致随机数更新2次,手机会自动发送具体位置到指定邮箱。最后,通过理论和实验两个方面分析改进后的认证方法的便捷性和安全性。实验表明,改进后的认证方法有效地提高了其安全性与便捷性。

    基于自我意识的Agent通信语言研究
    路文华,罗钧旻,李俊伟,高武奇
    2018, 40(09): 1598-1605. doi:
    摘要 ( 102 )   PDF (460KB) ( 160 )     

    Agent间的通信目的是不断完善其自我意识,Agent间的通信内容是Agent对其自我意识的解释,Agent间的通信过程是Agent在其自我意识上的推理。在研究经典Agent通信语言的基础上,结合知识类别、自我意识、语气等相关研究成果,以能描述语义的互表性、模糊性、动态性和自我意识性的动态本体描述语言作为通信内容的表示工具,设计了一个基于自我意识的Agent通信语言,给出了该语言的消息结构和语用词,并通过实例来解释Agent间的通信过程是Agent在其自我意识上的推理。

    图形与图像
    星载感应式磁力仪地面检测系统及数据预处理软件设计
    陈昱,王淼,任海燕,曾立
    2018, 40(09): 1606-1610. doi:
    摘要 ( 84 )   PDF (725KB) ( 144 )     

    星载感应式磁力仪载荷可获取空间低频交流磁场,地面检测系统及数据预处理软件是设计开发的重要调试工具。首先介绍了感应式磁力仪的工作原理、探测数据产品及相应的研究意义。然后针对载荷设备外部接口设计了地面检测系统,实现了载荷与上位机的通信功能,并采用Visual C++调用Matlab的方法设计了一套具有实时科学数据显示的数据预处理软件,实现了在保持科学数据完整接收的同时以动态刷新方式显示不同方向和频段波形图的功能。该方法编程简单,集成功能全面,已经历了卫星多阶段的测试和试验。运行结果表明,该系统能够对仪器工作状态进行实时监视和控制,具有易维护和可拓展的特点,为星载仪器后续阶段的研制和应用提供了测试条件。

    区间模糊谱聚类图像分割方法
    刘汉强,张青
    2018, 40(09): 1611-1616. doi:
    摘要 ( 97 )   PDF (1093KB) ( 177 )     
    近年来谱聚类算法在模式识别和计算机视觉领域被广泛应用,而相似性矩阵的构造是谱聚类算法的关键步骤。针对传统谱聚类算法计算复杂度高难以应用到大规模图像分割处理的问题,提出了区间模糊谱聚类图像分割方法。该方法首先利用灰度直方图和区间模糊理论得到图像灰度间的区间模糊隶属度,然后利用该隶属度构造基于灰度的区间模糊相似性测度,最后利用该相似性测度构造相似性矩阵并通过规范切图谱划分准则对图像进行划分,得到最终的图像分割结果。由于区间模糊理论的引入,提高了传统谱聚类的分割性能,对比实验也表明该方法在分割效果和计算复杂度上都有较大的改善。
     
     
    基于新投影策略的人体行为识别方法研究
    赵晓叶,王豪聪,吉训生,彭力
    2018, 40(09): 1617-1623. doi:
    摘要 ( 132 )   PDF (866KB) ( 171 )     

    为解决微小动作识别率低的问题,提出一种结合新投影策略和能量均匀化视频分割的多层深度运动图的人体行为识别方法。首先,提出一种新的投影策略,将深度图像投影到三个正交笛卡尔平面,以保留更多的行为信息;其次,基于整个视频的多层深度运动图图像虽然可反映整体运动信息,但却忽略了很多细节,采用基于能量均匀化的视频分割方法,将视频划分为多个子视频序列,可以更加全面地刻画动作细节信息;最后,为描述多层深度运动图图像纹理细节,采用局部二值模式作为动作特征描述子,结合核极端学习机分类器进行动作识别。实验结果表明:在公开动作识别库MSRAction3D和手势识别库MSRGesture3D上,本文算法准确率分别达94.55%和95.67%,与现存许多算法相比,有更高的识别率。

    基于图像融合技术的Retinex图像增强算法
    常戬,刘旺,白佳弘
    2018, 40(09): 1624-1635. doi:
    摘要 ( 146 )   PDF (1652KB) ( 223 )     
    针对单尺度Retinex图像增强算法存在的光晕现象和图像泛灰问题,提出一种基于图像融合技术的Retinex图像增强算法。针对光晕现象,使用高斯加权双边滤波代替单尺度Retinex算法中的高斯核函数估计光照图像,能够有效去除光晕现象。针对图像泛灰问题,引入图像融合的思想。首先,采用非线性变换拉伸反射图像,并通过Otsu阈值分割算法确定图像的亮、暗区域;然后,以信息熵为标准,通过调整非线性变换的参数来获得亮区域最优图像和暗区域最优图像,并将原始图像、亮区域最优图像和暗区域最优图像采用分块融合的方法进行融合;最后,为克服图像分块融合算法的块效应,在融合过程中加入一致性校验。实验结果表明,新算法能够充分获得图像的细节信息,同时有效去除光晕现象、改善图像泛灰的不足。相比于单尺度Retinex算法、基于双边滤波的Retinex算法、直方图均衡算法以及反锐化掩膜算法,新算法的图像增强能力具有显著的提升。
     
    基于四元数Gabor滤波的彩色纹理特征提取
    孟勃1,王晓霖1,李东威2
    2018, 40(09): 1636-1645. doi:
    摘要 ( 176 )   PDF (1482KB) ( 172 )     

    现有的彩色图像纹理特征提取方法是将彩色图像转换为灰度图像或者对彩色图像进行分通道处理,这样的处理方法会丢失原图像的颜色信息和各通道间的相关性,导致特征图像的纹理特征和原图像的纹理特征差异较大。基于上述问题,提出了一种四元数Gabor彩色纹理特征提取方法。首先,根据Gabor滤波和四元数欧拉公式,推导出四元数Gabor滤波,并将彩色图像用四元数矩阵表达;其次提出四元数Gabor滤波卷积算法处理彩色图像,得到多尺度多方向的彩色纹理特征图像;最后对得到的彩色纹理特征图像进行Tamura统计特征的提取。实验结果表明,该方法可以很大程度地保留原图像的粗糙度、对比度和方向度等纹理特征,同时可以提取到原图像的颜色信息。在转化为灰度图像后,该方法在保留粗糙度、对比度和方向度等纹理特征方面优于传统Gabor方法和LBP方法。

    一种融合小波变换与卷积神经网络的高相似度图像识别与分类算法
    姜文超 1,2,刘海波1,杨宇杰1,陈佳峰1,孙傲冰2
    2018, 40(09): 1646-1652. doi:
    摘要 ( 205 )   PDF (798KB) ( 500 )     

    针对特定领域高相似度图像识别与分类问题,提出融合小波变换与卷积神经网络的高相似度图像识别与分类算法。首先,利用小波变换提取图像纹理特征,对不同类别、不同分辨率图像集进行训练并确定最佳纹理差异度参数值;其次,根据纹理差异度运用小波分解方法对图像进行子图分解,提取各子图能量特征并进行归一化处理;接着,通过卷积神经网络5层卷积和3层池化交替,将输入图像特征向量转化为一维向量;最后,通过训练次数的增加以及数据量的增大,不断优化网络参数,提高在训练集中的分类准确度,在测试集中验证权值实际准确度,得到具有最高分类准确率的卷积神经网络模型。实验选取鸡蛋、苹果两类图像数据集作为实验数据,进行鸡蛋散养或圈养识别、苹果产地判定,实验结果表明:该算法平均鉴别准确率均达90%以上。

    自适应目标变化的时空上下文抗遮挡跟踪算法
    张晶,王旭,范洪博
    2018, 40(09): 1653-1661. doi:
    摘要 ( 135 )   PDF (1166KB) ( 176 )     
    在传统时空上下文目标跟踪过程中,为了自适应目标尺度变化,以及解决目标跟踪失败的跟踪无法恢复问题,提出了一种自适应目标变化的时空上下文抗遮挡跟踪算法
    STCALD。首先,在初始框采取TLD中值流算法初始化跟踪点,并利用FB误差算法预测下一帧跟踪点位置。其次利用STC算法计算得到目标框并计算其保守相似度,
    当超过设定阈值即跟踪有效,将跟踪点与目标框进行运动相似度计算以便进行窗口调整。相反,利用检测器进行检测,对单一聚类框直接输出,而对多个检测聚类框学习其时空上下文模型,利用当前空间模型逐个计算其置信度,输出置信值最大者。最后,进行在线学习更新分类器的相关参数。对不同的测试视频序列进行实验,结果表明,STCALD算法能够适用于目标尺度变化、遮挡等复杂情景下的跟踪,具有一定的鲁棒性。
     
     
    基于单目摄像头的3D动态手势交互
    王岩全,孙博文
    2018, 40(09): 1662-1669. doi:
    摘要 ( 128 )   PDF (899KB) ( 193 )     

    传统的手势交互都需要借助于Leap Motion或Kinect等专用交互设备。以图像通道转换、二值化等图像处理方式提取手势,以手势平面坐标值的变化获取手势的平面移动信息,以手势面积的变化解决了手势深度的问题。通过绘制手势轮廓结合自创的图像匹配算法计算不同图像的匹配率,用最高匹配率选择相对应的手势运动信息。通过摄像头坐标系到3D场景坐标系之间的转换,结合三维图形的几何变换计算变换矩阵,实现手的空间移动与旋转。在不借助专用的手势交互设备的情况下,实现单目摄像头的动态手势交互。

    基于截断奇异值低秩矩阵恢复的Canny边缘检测算法
    郭伟,董宏亮,赵德冀
    2018, 40(09): 1670-1678. doi:
    摘要 ( 81 )   PDF (1556KB) ( 559 )     

    针对Canny算法在处理噪声图像时存在的不足,为提高其准确性和鲁棒性,提出一种基于截断奇异值的低秩矩阵恢复方法,以及一种更加准确的双噪声凸优化模型和求解方法。使用经典Canny边缘检测算法作用于分解后去除冗余信息的主成分上,将图像的边缘检测转化为对主成分的边缘检测,可以在有效地去除脉冲噪声和高斯噪声干扰的同时,更好地保留边缘信息。为验证其有效性,在不同噪声浓度以及混合噪声情况下进行实验,结果分析表明,基于低秩矩阵恢复的边缘检测算法可以更好地保留完整的边缘信息,提高边缘检测的准确性及鲁棒性。

    融合似物性前景对象与背景先验的图像显著性检测
    郭鹏飞,金秋,刘万军
    2018, 40(09): 1679-1688. doi:
    摘要 ( 114 )   PDF (1267KB) ( 97 )     

    为了在复杂背景图像中准确地提取出图像的显著区域,提出一种结合似物性前景对象与背景先验知识的图像显著性检测方法(OFOBP)。该方法首先对图像进行超像素分割,计算超像素颜色空间分布,得到初始显著图;利用似物性检测方法获取多个目标窗口,由窗口建立搜索区域,结合二值化的初始显著图优化目标窗口;再利用多窗口特征对超像素做前景对象预测,获取前景显著图;其次建立背景模板,计算稀疏重构误差获取背景先验图;最后融合两种显著图,得到最终显著检测结果。在公开数据集上与11种算法进行比较,本文算法能够较为准确地检测出显著区域,尤其是在复杂背景下对多个显著目标的检测,存在明显的优势。

    人工智能与数据挖掘
    融合词语共现距离和类别信息的短文本特征提取方法
    马慧芳1,2,邢玉莹1,王双1,张旭鹏1
    2018, 40(09): 1689-1695. doi:
    摘要 ( 79 )   PDF (779KB) ( 186 )     
    针对传统特征加权方法未充分考虑词语之间的语义信息和类别分布信息的不足,提出了一种融合词语共现距离和类别信息的短文本特征提取方法。一方面,将同一短文本中两个词语之间的间隔词数作为共现距离,计算它们之间的相关度。通过计算这两个词语共同出现的频率,得到每个词的关联权重;另一方面,利用改进的期望交叉熵计算某个词在某个类别中的权重值,将两者整合,得到某个类别中所有词的权重值。对所有类别中的词按权重值的大小进行降序排序,选取前K个词作为新的特征词项集合。实验表明,该方法能够有效提高短文本特征提取的效果。
     
    基于模糊优化的关键词广告预算分配策略
    王中兴,黄美婷,覃朝勇
    2018, 40(09): 1696-1702. doi:
    摘要 ( 74 )   PDF (596KB) ( 379 )     

    针对单搜索引擎,研究了广告主竞投多个关键词时的广告时序预算分配策略,在总预算限制下建立了以最大化广告收益、最小化无效点击为双目标的单引擎多关键词广告时序预算分配模型,并给出了模糊优化双目标预算分配模型的解法。通过验证,该预算分配模型对广告主在单搜索引擎上竞投多个关键词广告时起着策略性指导作用。

    基于时间序列的音乐流行趋势预测研究
    郁伟生1,邓伟1,张瑶2,李蜀瑜1,2
    2018, 40(09): 1703-1709. doi:
    摘要 ( 187 )   PDF (1141KB) ( 467 )     
    在大数据环境下,对音乐及听众的历史数据进行分析,可以实现对音乐流行趋势较为准确的预测。在STL、HoltWinters分解模型的基础上,提出TSMP算法。该算法从长期趋势和周期两方面进行分析,对长期趋势编码和分类并基于类别最优值选择法对音乐流行趋势进行预测。基于TSMP算法,进而提出ETSMP算法,该算法基于子序列模式匹配法及对近期发布新专辑的附加处理,实现更精准的预测。在清华大学和阿里云天池大数据竞赛平台承办的“2016中国高校计算机大赛——大数据挑战赛之阿里音乐流行趋势预测”比赛中,参赛团队凭借提出的ETSMP算法对2016年9月~10月艺人的播放量实现了较好的预测,并在此次比赛中夺得亚军。
     
    基于改进相似度与类中心向量的半监督短文本聚类算法
    李晓红,冉宏艳,龚继恒,颜丽,马慧芳
    2018, 40(09): 1710-1716. doi:
    摘要 ( 119 )   PDF (753KB) ( 195 )     
    通过分析现有短文本聚类算法的缺陷,提出了一种基于改进相似度与类中心向量的半监督短文本聚类算法。首先,定义强类别区分度词,利用已加标数据的类别信息提取并构造强类别区分度词集合,并对基于初始特征的余弦相似度和基于强类别区分度词项的相似度进行有效融合,得到更加合理的改进的短文本相似度计算公式。然后,通过计算样本与类中心向量的相似度实现对未分类样本的正确划分,与此同时,更新加标数据集合、类中心向量,重新抽取强类别区分度词。重复这个过程,直到实现所有数据的类别划分。实验表明:与其他同类算法相比,本文算法在聚类准确性和时间效率上有了较大的改进。