计算机工程与科学

2018年第11期目录

2018, 40(11): 0-0. doi:

摘要 ( 9 )

PDF (289KB) ( 44 ) 　　

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基于有限域代数签名分治表的大数据云存储远程审计

钱政1,2，夏红霞2

2018, 40(11): 1907-1914. doi:

摘要 ( 105 )

PDF (777KB) ( 142 ) 　　

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为提高大数据存储过程的审计效率，提出基于有限域代数签名分治表远程数据检查RDC的云计算大数据存储审计方法。首先，通过使用外包文件的代数签名，利用底层字段算术运算完成云存储中数据完整性的远程检测，所提数据审计方法对客户端和云服务端具有相对较低的计算和通信成本。其次，设计了分治表D&CT作为一种新的数据结构，以有效地支持动态数据操作，如插入、追加、删除和修改操作。采用D&CT方法可令所提RDC方案适用于各种大小的文件云存储过程分析。最后，通过仿真实验，验证了所提方法在大数据云存储过程中的有效性。

移动云计算中的任务调度与计算迁移算法

罗裕春,武继刚,史雯隽,贺子楠

2018, 40(11): 1915-1924. doi:

摘要 ( 139 )

PDF (1008KB) ( 148 ) 　　

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随着互联网的发展，许多应用程序对计算机的计算能力和资源的需求越来越大，而移动设备具有有限的资源和计算能力，云计算迁移技术是解决计算密集型任务在移动端上顺利运行的主流方法。针对无线网络中联合调度和迁移的问题，提出了一个快速高效的启发式算法。算法将能够迁移的任务全部迁移到云端作为初始解，然后逐次计算可迁移任务在移动端运行的能耗节省量，依次将节省量最大的任务迁移到移动端。每迁移一个任务，该算法都会依据任务间的通信时间，及时更新各个任务的能耗节省量。为了进一步优化启发式算法得到的解，还构造了适用于此问题并以启发解为初始解的模拟退火算法，给出了相应的编码方法、目标函数、邻域解、温度参数以及算法终止准则。与无迁移、饱和迁移、随机迁移三类算法的对比实验结果表明，由启发式算法得出的解具有高效性，能给出使移动端能耗更小的解。

云计算环境下基于可靠性感知的任务调度算法

齐平1,2,王福成1,王必晴1,梁昌勇2

2018, 40(11): 1925-1935. doi:

摘要 ( 160 )

PDF (830KB) ( 132 ) 　　

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针对云计算环境下并行任务易受资源失效的影响而无法完成，且动态提供云资源可靠性较低的问题,首先,引入失效恢复机制，由于在失效可恢复情况下资源失效规律动态变化，使用两参数Weibull分布对不同时段资源节点和通信链路失效规律的局部特征进行描述；然后，根据并行任务之间存在的各类交互关系分析，提出了一种基于变参数失效规则的资源可靠性评估模型；最后，将该模型并入粒子群算法得到基于可靠性感知的自适应惯性权重粒子群资源调度算法RPSO，从而在计算适应度时充分考虑备选资源的可靠程度。仿真实验结果表明，当选择了合适的失效恢复参数时，提出的RPSO算法能够大幅度提高云服务可靠性，且只会增加少量的额外失效恢复开销。

一种针对高维输入域的适应性随机测试改进性算法

占徐政

2018, 40(11): 1936-1943. doi:

摘要 ( 114 )

PDF (491KB) ( 109 ) 　　

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适应性随机测试ART能够保证测试用例在输入域中更加均匀地分布，从而在失效检测能力上明显强于基本的随机测试,其中，固定候选集规模的ART算法 FSCSART因具备较好的揭错能力而被广泛采用。然而随着输入域维度的升高，FSCSART的失效检测效果显著降低。针对该问题，在从候选集中选择正式用例时综合考虑两种距离：候选点与已测用例之间的距离和它与中心点之间的距离，这样，输入域边缘的候选点的优先级得以降低，有效地克服了FSCSART趋向于边缘的弊端。实验结果表明，改进后的算法针对高维输入域表现出更强的失效检测能力。

基于DCQGA-SMKL-SVM的模拟电路故障诊断方法

颜学龙，龚流青，汪斌斌

2018, 40(11): 1944-1950. doi:

摘要 ( 116 )

PDF (629KB) ( 124 ) 　　

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提出了双链量子遗传算法(DCQGA)优化简单多核支持向量机(SMKLSVM)的模拟电路故障诊断方法。首先，提取测试电路时域响应信号，用Harr小波对响应信号进行变换并归一化处理，得到特征参数;其次，用双链量子遗传算法优化SMKLSVM的参数，以此建立起DCQGASMKLSVM故障诊断模型，用于模拟电路故障诊断。双二次滤波器电路与四运放二阶高通滤波器电路作为仿真测试电路，仿真测试结果表明，提出的故障诊断方法实现了模拟电路故障诊断，相比于DCQGASVM模拟电路故障诊断方法，诊断正确率更高。

一种产生变频多模信号的新方法

胡安峰，王素珍，申中杰，王伟，张灏

2018, 40(11): 1951-1956. doi:

摘要 ( 77 )

PDF (2402KB) ( 105 ) 　　

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直接数字频率合成（DDS)技术是一种新型的频率合成技术，它具有较高的频率分辨率，能快速实现频率切换，又能在频率改变时保证相位的连续性。但是，专用的DDS集成芯片输出波形及频率范围通常是固定的。在研究专用DDS电路构成的基础上，对专用DDS的电路结构进行了扩展，增加了数据分配器和存储不同波形数据的ROM及外围控制电路模块，在大规模可编程FPGA芯片上实现了波形可编程、频率可编程的多模信号变频系统。该变频系统能够实现正弦波、三角波、锯齿波、方波等波形的选择及每种波形频率的变换。系统将PLL倍频、分频电路、数据选择器、数据分配器、频率字输入模块、DDS信号发生器、键控等模块集成在一块可编程FPGA芯片上，这在很大程度上提高了多模变频信号电路的集成度和可靠性。由于FPGA的系统可编程特性，系统实现的参数可通过现场编程调整，增加了电路适配的灵活性。

基于改进模糊C-均值聚类的DDoS攻击安全态势评估模型

张瑞芝1,唐湘滟1,程杰仁1,2

2018, 40(11): 1957-1966. doi:

摘要 ( 85 )

PDF (792KB) ( 115 ) 　　

新型网络环境下，传统的网络态势评估方法已经不能有效地评估分布式拒绝服务攻击DDoS的安全态势。提出了基于改进模糊C均值FCM聚类的DDoS攻击的安全态势评估模型。该模型根据新老用户网络流IP地址状态变化和单双向网络流的融合特征，计算出网络系统各节点的风险指标，通过汇聚网络中各个节点的风险指标生成整个网络的安全态势信息，再用改进的模糊C-均值聚类算法将融合的安全态势信息分为五个安全等级，最后采用风险等级识别模型对整个网络的DDoS攻击安全态势进行定量评估。实验结果表明，该模型能够合理有效地评估DDoS攻击的安全态势，比现有的评估方法更准确灵活。

网络可存活生成树的快速恢复算法

郑露露,武继刚,陈辉

2018, 40(11): 1967-1973. doi:

摘要 ( 89 )

PDF (562KB) ( 99 ) 　　

如何应对网络链接失效是具有挑战性的问题之一，通常采用包含两棵生成树的可存活连接来预防链接失效。由于网络数据传输速率的高速增长，当两棵生成树的共享链接失效时，可存活连接中的生成树将全部失效。针对可存活连接中共享链接的失效提出了一种快速恢复算法，该算法通过搜索失效链接的可替换链接集，将失效概率最小的链接加入原可存活连接中的生成树，生成新的可存活连接。实验结果表明，该算法能够在显著降低恢复时间和时间复杂度的情形下，同时保证可存活连接的存活度接近当前网络的最优存活度。当网络节点数在10～100变化时，提出的算法比现有算法在恢复时间上的平均优化高达34.42%，同时在存活度上的误差不超过1%。

基于模糊神经网络的稳定AODV协议改进方案

黄保华1，莫家威2，吕琦1

2018, 40(11): 1974-1982. doi:

摘要 ( 99 )

PDF (757KB) ( 102 ) 　　

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车载自组网的重要特征之一是节点的高移动性。针对节点的自由移动导致链路频繁断裂这一问题，在路由协议中选择稳定链路进行数据传输尤为重要。提出了一种具有链路稳定性的按需距离矢量路由协议（AODV）改进方案，即GF-AODV（AODV with GASAFNN）。该方案在路由发起和选择阶段，使用模糊神经网络对节点信息进行计算，得到节点稳定度以评估链路质量，并均衡考虑链路稳定性与跳数，选出稳定且跳数较小的路径。在路由维护阶段，针对实际环境使用遗传模拟退火算法对模糊神经网络的参数进行实时优化，以确保计算出的节点稳定度符合实际情况。实验表明，GF-AODV相对于AODV在平均时延、包投递率、路由开销等方面均有所改善。

道路交通网络中的关键节点识别方法研究

严开1,2，李玲1,2,秦永彬1,2

2018, 40(11): 1983-1990. doi:

摘要 ( 119 )

PDF (546KB) ( 251 ) 　　

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在现实世界中，大量复杂系统都可以通过抽象的节点和连边构成的网络来加以刻画。作为城市交通系统的重要组成部分，道路交通网络是一个典型的复杂系统，与人们的生活密切相关。道路交通网络中的关键节点识别问题是复杂网络领域研究中的一个经典难题。传统的度中心性算法和PageRank算法在复杂网络的关键节点的识别中具有较好的应用，考虑到道路交通网络中关键节点的特殊性和彼此关联性，在度中心性算法的基础上引入贪心算法的思想，提出了一个基于贪心策略的度中心性关键节点识别方法；同时，在PageRank算法的基础上引入贪心算法的思想，提出了一种基于贪心策略的PageRank关键节点识别方法，从而使道路交通网络中关键节点识别的结果更合理，在交通道路维护保养、规划设计，以及犯罪分子潜逃阻断等领域都有重要的应用价值。通过公开数据集与经典的关键节点识别方法做比较，验证了算法的有效性。

基于贴近度等级的链路质量评估方法

张和杰,马维华

2018, 40(11): 1991-1999. doi:

摘要 ( 118 )

PDF (897KB) ( 139 ) 　　

无线传感器网络中，链路具有波动性，为提高数据传输的准确率，可以通过链路质量评估避开差的链路。在目前的链路质量评估研究中，针对链路等级划分存在主观性和无统一性的问题，利用熵值法计算评估参数权重，消除主观因素在参数权重计算中的干扰。由于链路质量受多特征属性影响，采用贴近度分析法综合各种特征属性划分链路质量等级。在此基础上，提出一种基于贴近度等级的链路质量评估方法，采用类间离散度二叉决策树进行链路分类，建立了链路质量4级二叉树的支持向量机SVM评估模型。同时提出一种混合优化算法对核函数的参数寻优。实验结果表明，改进的参数寻优方法有效提高了模型评估的准确性，训练时间短；在多网络环境下，与基于LQI的链路质量评估模型和BP神经网络评估模型相比，该模型以较少的探测包更为准确地评估出链路质量，避免因发送大量探测包带来的能量开销，降低了能耗,具有很好的环境适应能力。

基于机器学习的软件脆弱性分析方法综述

况晓辉1，刘强1,2，李响1，聂原平1

2018, 40(11): 2000-2007. doi:

摘要 ( 235 )

PDF (544KB) ( 372 ) 　　

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随着被披露脆弱性代码样本数量的不断增加和机器学习方法的广泛应用，基于机器学习的软件脆弱性分析逐渐成为信息安全领域的热点研究方向。首先，通过分析已有研究工作，提出了基于机器学习的软件脆弱性挖掘框架；然后，从程序分析角度对已有研究工作进行了分类综述；最后，对研究成果进行了对比分析，并分析了当前基于机器学习的脆弱性分析方法面临的挑战，展望了未来的发展方向。

可能性测度下的CTL符号化模型检测

雷丽晖，郭越，张延波

2018, 40(11): 2008-2014. doi:

摘要 ( 99 )

PDF (546KB) ( 124 ) 　　

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随着系统复杂性的增加，系统中的不确定信息亟待处理，状态爆炸问题也越来越严峻，现有的模型检测技术已不能完全适用于复杂系统的验证。
对可能性测度下CTL符号化模型检测进行了研究。首先用多终端二值决策图和布尔公式分别描述系统模型和待验证性质，然后再对系统模型进行归一化和简化，最后利用不动点计算完成系统验证。该研究是对可能性测度下的模型检测技术和符号化模型检测技术的整合，不但能处理系统的不确定信息，而且保持了符号化模型检测对计算时空要求低的优点，对于复杂系统模型检测具有重要意义。

基于随机投影与加权稀疏表示残差的光照鲁棒人脸识别方法

李燕,章玥

2018, 40(11): 2015-2022. doi:

摘要 ( 78 )

PDF (654KB) ( 135 ) 　　

针对人脸识别中的光照变化问题，利用随机投影对传统稀疏表示分类器进行改进，提出一种基于随机投影与加权稀疏表示残差的光照鲁棒人脸识别方法。通过对人脸图像进行光照规范化处理，尽量消除人脸图像上的恶劣光照，取得经光照校正的人脸样本后进行多次随机空间投影，进一步丰富样本的光照不变特征，以减小光照变化对人脸识别带来的影响。在此基础上，对利用单一残差分类的传统稀疏表示分类方法进行改进，样本经过多次随机投影和稀疏表示会产生多个样本特征和重构残差，利用样本特征的能量来确定各个重构残差的融合权值，最终得到一种稳定性和可靠性更强的加权残差。在 Yale B 和 CMU PIE 两个光照变化较大的人脸库上的实验结果表明，改进的方法具有较强的光照鲁棒性。与传统稀疏表示方法相比，本文提出的方法在Yale B人脸库上两组实验的平均识别率分别提高了25.76%和46.39%，在CMU PIE上的平均识别率提高了10%左右。

一种基于元数据的众包图片效用最优选择算法

宋洁琼,赵明

2018, 40(11): 2023-2032. doi:

摘要 ( 90 )

PDF (1326KB) ( 104 ) 　　

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随着互联网的高速发展,移动终端设备产生的众包图片可以用在许多重要应用场景当中以获得有效的信息。例如地震后现场区域的修复、重大事故的处理。但是,这些应用场景往往都会有资源限制的问题,如带宽、终端的存储与处理能力等等,这就限制了形成众包图片的数量。因此,如何在资源有限的情况下,从众包图片中实现目标的最佳还原是一个巨大挑战。通过采集与处理图片的地理和几何数据,形成图片的元数组,在限制计算资源的条件下,提出了一种以元数据为输入的众包图片效用最优选择算法,以实现目标的最佳还原。算法的输入是元数据而非像素,所以在资源有限的应用场景中能够高效地分析众包。采用图片的效用来衡量目标区域被覆盖的程度,并提出了图片效用计算方法。最后设计了仿真实验,实验结果验证了算法的有效性与优越性。

结合暗通道先验的光补偿快速去雾算法

杨燕,张宝山,周杰,陈高科

2018, 40(11): 2033-2039. doi:

摘要 ( 145 )

PDF (1008KB) ( 135 ) 　　

针对暗通道先验单幅图像去雾算法去雾不彻底、天空区域偏色严重且去雾速度慢等问题，提出了一种结合暗通道先验的光补偿快速去雾算法。首先将二阶Butterworth高通滤波器引入同态滤波函数，在频域内对最小颜色分量进行增强，同时，平滑最小颜色分量中的光照，补偿局部区域因光照不足引起的图像质量下降；然后用双边滤波对其进行平滑处理，使光照在最小颜色分量图像上过渡更加自然；最后将处理之后的最小颜色分量作为引导图细化初始透射率。实验结果表明，与Tarel算法和中值滤波算法相比，该算法得到的去雾图像具有更好的视觉效果；与引导滤波算法相比，该算法去雾效果更为彻底，天空区域颜色还原准确，且运算速度更快。

基于混沌灰狼优化算法的SVM分类器研究

王志华,罗齐,刘绍廷

2018, 40(11): 2040-2046. doi:

摘要 ( 175 )

PDF (1284KB) ( 203 ) 　　

支持向量机(SVM)是在分类问题下建立的一个运算小型数据集,可实现非线性高纬度分类,有很好的扩展能力。但是,在传统SVM的训练过程中,SVM运算结果的好坏与参数选择关系密切，而且目前使用的参数选择算法有很多缺陷。因此,针对上述问题,在灰狼算法（GWO）中加入混沌序列,改变狼群初始分布规律,构建混沌灰狼优化算法(CGWO),增强狼群分布均匀性以及狼群查找遍历性,极大提高GWO算法的运算速度和运算准确性,最终更好地优化SVM。使用Mirjalili提供的开源数据与原有数据混合作为向量机的测试集进行实验对比分析,实验结果表明，CGWO算法具有明显的性能提高；用混沌灰狼算法优化的 SVM和灰狼优化算法SVM、人工蜂群SVM、万有引力搜索SVM以及传统算法优化的 SVM相比，其运算准确率更高、误差更低、花费时间更少。

基于灰色多元线性回归融合模型的故障率预测

郭利进1，何西硕1,2,3，徐新喜2，石梅生2，王济虎2

2018, 40(11): 2047-2053. doi:

摘要 ( 129 )

PDF (535KB) ( 185 ) 　　

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为预测在设备使用年份期间的制氧系统故障率，提出灰色多元线性回归融合模型的新方法。该方法首先求出制氧系统各设备故障率的GM(1,1)模型;然后计算出制氧系统故障率、制氧系统各设备故障率与设备使用年份相关关系模型，并且将制氧系统各设备故障率的GM(1,1)模型代入该关系模型中;最后利用最小二乘法求出待定参数。通过对制氧系统故障率的预测分析表明，灰色多元线性回归融合模型在故障率预测精度上优于单一的灰色模型和线性回归模型，且不要求提供的历史数据具有典型的分布规律。该模型的预测结果可为制氧系统的维修工作提供决策依据。

基于多代种群进化信息改进的差分进化算法研究

宋强1,刘亚萍2,刘珍兰1

2018, 40(11): 2054-2059. doi:

摘要 ( 100 )

PDF (423KB) ( 126 ) 　　

差分进化算法是进化算法中一种性能较为优良的全局数值优化算法，已在人工智能、信号处理等方面取得广泛应用，但当前研究往往仅考虑进化过程中某一代种群的分布信息，而忽略进化过程中多代种群累积的分布信息，造成信息利用不充分。借助自适应协方差矩阵进化策略的思想，充分利用进化过程中累积的种群分布信息，同时，由于自适应协方差矩阵存在收敛早熟、易陷入局部最优的缺点，先后对变异和交叉操作进行相应改进，以平衡算法的全局搜索能力和局部搜索能力。首先，根据种群中个体适应度值进行排序，由余弦函数改进的概率模型计算个体参与变异操作的概率，基向量和差分向量中末端向量根据概率值降序选择，差分向量中起始向量升序选择，从而提高种群的搜索范围；然后，对协方差矩阵进行特征分解，并在由特征向量构建的坐标系中执行交叉操作，该种方式生成的实验向量更接近全局最优解。针对上述改进操作，采用IEEE CEC2014作为评估函数，实验结果表明，相比现有的差分进化改进算法，本改进算法的实验性能提升更为明显。

垃圾商品评论检测研究综述

张圣,伍星,邹东升

2018, 40(11): 2060-2066. doi:

摘要 ( 88 )

PDF (489KB) ( 121 ) 　　

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商品评论对消费者的购买意愿有明显导向作用，欺诈者可杜撰评论来过度褒奖或恶意贬低商品,以此来促进己方或是打击对方的商品销售，垃圾商品评论检测成为了一项迫切需要的技术。首先将相关研究分为以评论内部（文本特征）为中心和以评论外部（文本特征）为中心的两大类,然后分别综述它们在特征选择、学习方法上的研究进展,并介绍了垃圾商品评论检测领域的常用评论数据集,在此基础上,展望了该领域的热点研究方向。

基于多标签语义关联关系的微博用户兴趣建模方法

王艳茹1,马慧芳1,2,刘海姣1,魏家辉1

2018, 40(11): 2067-2073. doi:

摘要 ( 85 )

PDF (592KB) ( 169 ) 　　

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微博用户利用标签信息表征其兴趣及属性,通过分析微博用户标签特点以及现有微博推荐方法的局限性,提出一种改进的基于多标签语义关联关系的微博兴趣建模方法。为了解决现有加标方法忽略了语义关联及多标签间关联的问题,首先通过计算标签对在微博用户集合中的共现频率得到标签对语义内联关系；其次构建由标签对连接词组成的路径,通过共享熵进一步计算标签对语义外联关系；最后将两者结合得到标签对语义关联关系矩阵,由此来对用户标签矩阵进行更新,得到基于多标签语义关联关系的微博用户兴趣模型。以新浪微博公开API抓取的大量微博信息作为实验数据,进行了一系列的实验和分析,结果表明本文构建的用户兴趣模型具有较好的性能。

改进人工鱼群算法在SVM参数优化中的应用

邱云飞，李智义

2018, 40(11): 2074-2079. doi:

摘要 ( 86 )

PDF (696KB) ( 122 ) 　　

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支持向量机的参数优化一直是一个重要的研究方向。参数的好坏很大程度上决定了支持向量机的分类精度和泛化能力。针对人工鱼群算法优化支持向量机参数时，容易在后期徘徊于最优解附近、难以逼近的问题，提出了人工鱼群加速算法，使用速度参数代替人工鱼步长，从而求得最优目标并得到SVM的最优参数组合。仿真实验结果表明：该算法收敛速度快，求解数值精度高，对初值的依赖程度低，在SVM参数优化中具有更好的性能、更高的分类准确率，是一个极其有效的参数优化方法。

面向藏语声纹识别的语料库建设

周雁,西绕多吉

2018, 40(11): 2080-2084. doi:

摘要 ( 101 )

PDF (957KB) ( 275 ) 　　

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藏语声纹识别技术的研究刚刚起步，建设一个用于藏语声纹识别的语料库迫在眉睫。结合藏语特点，设计、建立了一个面向藏语声纹识别的语料库。语料库包含文本相关、文本无关两部分，文本语料来自新闻报刊、文学类、教育类、科技类、佛学类、历史类和传统文化五明类等文献资料，录音者由来自多个不同藏语方言地区的50人组成，产生了语音语料9 500条，为藏语的声纹识别研究奠定了一定的基础。

一种求解TSP问题的离散蝙蝠算法

张瑾1，毕国通2，李丽丽1

2018, 40(11): 2085-2091. doi:

摘要 ( 96 )

PDF (483KB) ( 105 ) 　　

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蝙蝠算法是一种新型的群智能优化算法，在求解连续域优化问题上取得了较好的优化效果，但在离散优化领域的应用较少。研究了求解TSP问题的离散蝙蝠算法，设计了相关操作算子实现算法的离散化，并引入逆序操作使算法跳出局部最优。对TSPLIB标准库中若干经典实例进行测试并与粒子群和遗传算法进行对比分析，结果表明设计的离散蝙蝠算法无论在求解质量还是求解效率上都有明显优势，是一种高效的优化算法。

基于工作流网的游戏作弊检测系统建模

郑红，叶成，邓文轩

2018, 40(11): 2092-2096. doi:

摘要 ( 64 )

PDF (583KB) ( 80 ) 　　

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近年来，游戏产业发展迅速。游戏不再局限于娱乐消遣，并且已经发展成为一种职业。与此同时，作弊技术对游戏产业的发展危害巨大，提出一种基于工作流网的作弊检测模型，用工作流网对作弊行为进行建模，利用流程树将工作流网转变为流程树，进而进行模型的融合，融合后的模型可以有效地识别一些作弊行为。

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