2015年, 第41卷, 第8期 刊出日期：2015-08-15
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计算机工程. 2015, 41(8): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.001可靠性与节能是实时系统研究中的重要内容,为此,提出一种基于随机任务的可靠性约束与节能调度算法(RCERT)。按相同的电压/频率执行任务,当某些任务不能满足截止期限时,则调高处理器的执行电压/频率,当处理器执行电压/频率被调低时,在任务就绪队列中插入任务恢复时间以保证系统的可靠性。考虑到系统实际运行时产生瞬时错误的概率非常小,设计多个任务共用一个错误恢复时间的算法,将任务的执行电压/频率调至更低水平以节省能耗。基于德州仪器的TI OMAP5912和Intel PXA270处理器进行仿真实验,结果表明,与EDF和MEG算法相比,RCERT算法在保证系统可靠性的前提下可更高效地实现节能。
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计算机工程. 2015, 41(8): 6-12,17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.002现有影视类视频流行度预测方法仅使用社交网络数据或搜索引擎数据,不能较好体现不同时间段的观众需求且预测准确率较低。针对该问题,以预测视频点播系统中电视剧未来一段时间内的点播量排名为目标,基于社交网络中与电视剧点播量显著相关的特征、首播前的新浪 微博数据以及首播后的百度搜索数据,利用多元线性回归模型进行点播量排名预测。实验结果表明,与单纯使用社交网络或搜索引擎数据的预测方法相比,该方法得到的预测排名与真实排名之间的斯皮尔曼相关系数更高,对于优酷和爱奇艺2014年新上线的电视剧分别达到 0.82和0.89,更真实地反映了观众需求,并能辅助视频运营商进行版权购买决策。
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计算机工程. 2015, 41(8): 13-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.003分布式存储作为目前流行的数据中心存储系统,在具有高性能、高扩展性的同时,面临着系统能耗增加的问题。为此,基于Ceph分布式存储,分析其数据布局在节能方面的不足,提出划分功耗组的节能优化算法,以提升系统节能比例。建立Ceph的多级功耗模型并给出管理策略,设计并实现Ceph系统的多级功耗管理框架,以进行Ceph系统功耗的动态管理。实验结果证明,该框架能够有效降低Ceph分布式存储的能耗,并保证系统的服务质量和数据可用性。
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计算机工程. 2015, 41(8): 18-22,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.004传统协同过滤算法中的用户相似性度量方法基于用户之间共同评分项计算用户的相似度,用户-项目评分矩阵的数据稀疏问题会导致该相似度的计算不够准确。为此,提出一种新的用户相似性度量方法。该方法采用结合修正公式改进的Jaccard相似性系数计算用户之间的相 似度,在计算过程中考虑用户之间共同评分项和所有评分项的关系,以及用户在共同评价项目上的评分差异对用户相似度的影响,从而获取更加精确的用户相似度矩阵。实验结果表明,与余弦相似性方法和修正的余弦相似性方法相比,该方法能提高预测准确度。
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计算机工程. 2015, 41(8): 23-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.005为满足海量数据挖掘的需求,提出一种新的动态图挖掘方法。给出云计算平台能耗度量公式,分析任务调度策略的合理性,综合考虑系统能耗优化与系统运行效率问题,在保证系统运行效率良好的前提下减少能耗,将系统能耗优化问题转化成系统成本控制问题,并得出总消耗成本目标函数,基于该函数设计出计算任务自适应分配算法与最小能耗优化云模型。改变传统图挖掘算法的串行执行方式,提出一种基于MapReduce模型的大规模动态图挖掘算法,并将其应用于最小能耗优化云模型中以提升整个系统综合利用效率。实验结果表明,该方法具有较高的运行效率,能够降低整个挖掘体系的能源消耗,特别是在大图情况下效果明显。
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计算机工程. 2015, 41(8): 32-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.006为对Linux操作系统的可靠性和健壮性进行测试,提出一种指令级Linux内核瞬时故障注入方法。该方法允许测试人员动态地向指定的内核指令及其运行环境注入故障,并根据测试需求设计合适的故障模式,从而收集系统的反馈信息,研究导致系统失效的故障模式,实现对Linux系统可靠性与健壮性的有效测试。以Linux 2.6.32内核为目标系统进行故障注入实验,结果表明,该方法能够有效地对内核指令及其运行环境进行故障注入,并在此基础上完成Linux系统对不同故障的敏感度统计。
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计算机工程. 2015, 41(8): 37-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.007为实现焦炉机车的自动化控制,利用激光对射光电传感和绝对值编码器技术,设计一种焦炉机车地址检测器。通过激光对射管扫描码牌获取炉号和绝对地址,由绝对值编码器得到偏移地址,LPC2148主控芯片利用绝对地址校准绝对值编码器的误差,将最终地址信息传输到焦炉机车的可编程逻辑控制器,实现焦炉炉号码牌信息的实时采集、机车地址的动态获取、机车地址和炉号信息的显示与上传等功能。实验结果表明,该地址检测器的硬件结构简单、外设接口丰富、抗干扰能力强,能够满足炼焦自动化中的焦炉机车地址检测与定位需求。
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计算机工程. 2015, 41(8): 42-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.008在线广告是各大互联网公司的主要盈利模式之一,目的是在满足用户的实时需求时,通过竞价和预测用户点击率等方式实现利润最大化。为实现上述目标,提出一种改进的在线广告并行运算模型。应用Logistic回归模型对用户的点击率进行建模,该模型既包含关于长期历史 信息的一次模型和二次模型因子,又包含短期的上下文因子。通过贝叶斯后验分布理论对参数计算进行推导,根据Thompson采样和预先计算2种方法改进模型计算效率。实验结果表明,该模型不仅具有较高的预测准确性,而且提高了算法的收敛速度与运行效率。
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计算机工程. 2015, 41(8): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.009为提高多核处理器中缓存资源池效率并降低芯片总面积,设计三维多核结构,同时给出在线应用感知作业分配和缓存共享策略。通过分析应用程序性能特征预测资源需求量,将相邻层中具有不同缓存特点的作业分配给三维多核结构内核,使应用程序与缓存用途相匹配,同时根 据应用程序对缓存需求度分配缓存资源,实现缓存资源利用率的最大化。实验结果表明,该策略可提高系统性能,降低能耗和芯片面积,与基于静态缓存的三维多核存储器相比,该三维多核结构的能量延迟乘积和能量延迟面积乘积分别提高了36.9%和57.2%。
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计算机工程. 2015, 41(8): 52-54,60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.010μC/OS-II任务优先级调度算法通过OSUnMapTbl逆映射表直接查表获得当前就绪任务的最高优先级,因此根据μC/OS-II中就绪组和就绪表的定义,对μC/OS-II中OSUnMapTbl逆映射表的生成机理进行分析和逆向推导,得到OSUnMapTbl生成算法,采用MCS-51内部的位寻址区、位操作指令和多分支散转结构对就绪组和就绪表进行访问,改进μC/OS-II任务优先级调度算法的执行效率。在电子式油压控制器中的汇编代码运行测试结果验证了改进算法的正确性,并表明其执行效率得到大幅提高。
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计算机工程. 2015, 41(8): 55-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.011
在高速网络环境下,实现数据包的快速准确分类对新型网络发展具有重要意义。为此,从维度分解的角度出发,结合单步映射方式,利用哈希方法进行多维合并,提出一种新的哈希多维流分类算法。在完成准确包分类的基础上,通过引入哈希流表对规则与数据流的映射关系进行高速缓存,以加快算法的查找速度。实验结果表明,该算法的平均内存访问次数较HSM算法和RFC算法分别降低了86%和60%,在规则数目大于2 500的情况下,空间占用较RFC算法节约近8%。
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计算机工程. 2015, 41(8): 61-64,70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.012依据在认知无线电网络中,既要保证主用户的服务质量不受影响,又要维持次用户的基本通信的要求,基于用户的呼叫层和分组层策略,以排队论为数学基础,提出认知无线电网络的跨层模型及性能分析方法,推导次用户呼叫阻塞概率和分组时延的表达式。对认知无线电网络进行系统级仿真,结果表明,分析模型能准确地评估认知无线电网络的呼叫层和分组层性能,次用户的呼叫阻塞概率和分组时延随着用户呼叫到达速率的增加而增加。
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计算机工程. 2015, 41(8): 65-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.013针对目标区域中各子区域对覆盖程度的不同要求,提出一种结合虚拟势力和区域密度的无线传感器网络三维覆盖算法。设计密度相关模型,采用密度表征不同子区域的重要程度,将各节点与其邻居节点进行交互计算获得整个区域的平均密度,并根据各节点所在区域的密度得到虚拟合力,从而重新调整节点部署范围。实验结果表明,与基于虚拟势力的自组织覆盖算法相比,该算法能有效提高高密度区域的覆盖程度和整个目标区域的覆盖效率,降低节点部署能耗。
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计算机工程. 2015, 41(8): 71-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.014针对Wigner-Ville分布中交叉项干扰的问题,提出一种基于快速独立分量分析(Fast-ICA)算法的交叉项消除方法。采用Fast-ICA方法将若干独立分量信号从混合信号中分离出来,对各独立分量信号进行Wigner-Ville分析,叠加分析结果,重构原混合信号消除交叉项后的总体 Wigner-Ville分布。仿真结果表明,该方法能消除混合信号Wigner-Ville分布中的交叉项,收敛速度快、实时性高,同时可保持较好的时频聚集性。
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计算机工程. 2015, 41(8): 76-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.015针对最大似然估计算法对目标函数的非凸性要求,在应用无线传感器网络定位时,会产生多个局部极值的问题,提出一种无线传感器网络凸松驰定位算法。基于二阶锥凸松驰策略和最小二乘算法对最大似然估计的非凸性进行改进,给出其均方根误差的Cramer-Rao下界表达式。针对3种不同情形下的无线传感器网络,分别给出不同的凸松驰定位方案,以提高算法的鲁棒性。通过与现有方案的仿真对比显示,在不显著增加计算复杂度的前提下,可有效减少该方案的均方根误差。
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计算机工程. 2015, 41(8): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.016针对片上网络中现有XY路由算法延时较高的问题,提出一种新的容错和拥塞感知型自适应路由算法。采用分布式策略将常规的片上网络架构分为多个由本地监测单元控制的区域,每个本地监控单元利用最短路径计算方法检测出最优路径,以避免采用拥塞严重的路由器和故障链路,进而降低延时。为了对不断变化的网络状态做出响应,给出基于ball-string模型的最短路径计算方法,并结合基于分布式区域路由方法实现硬件开销最小化。基于真实Verilog部署的实验结果表明,与传统的XY路由算法和DyXY自适应路由算法相比,该算法能明显提升网络吞吐量。
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计算机工程. 2015, 41(8): 89-94,99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.017现有信道竞争方法在信道资源竞争时存在冲突率高、竞争时间长等缺点,且协调效率较低。为此,提出一种新的并行频域竞争机制。通过利用正交频分复用提供的大量子载波,使信道竞争在频域中完成,为节点配备多根天线,在同一个时隙内声明自身的传输需求与优先级,并 侦听其他节点的行为,以此完成并行化竞争。仿真结果表明,与IEEE 802.11协议相比,当无同步误差时,该机制的冲突概率低于1%,竞争时间减少50%~80%,当存在隐含终端或同步误差时,该机制的吞吐量可提高10%~80%。
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计算机工程. 2015, 41(8): 95-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.018针对传统树形防碰撞算法存在的查询次数多、响应时间长、通信负载大等不足,提出一种基于多进制查询树(MQT)的防碰撞算法。该算法利用映射表对标签的碰撞数据进行多比特仲裁,解决传统算法单比特仲裁的不足,减少查询周期数,根据标签识别所需的响应时间,建立分析模型,推导出最小平均响应时间的最优多进制树。理论分析和仿真结果表明,与碰撞树算法及其改进算法相比,该算法可明显降低多标签识别过程中的时间复杂度和通信负载。
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计算机工程. 2015, 41(8): 100-104,109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.019针对一类具有网络诱导时延、数据丢包以及通信限制的连续时间网络控制系统,研究鲁棒故障检测滤波器的设计问题,提出一种新的故障检测方法。考虑传感器到控制器的网络诱导时延和数据丢包,以及控制器到执行器的通信限制,利用基于观测器的故障检测滤波器生成残差信号,建立连续时间网络控制系统的故障检测模型,通过定义合适的Lyapunov泛函并利用凸分析方法,给出故障检测滤波器设计准则。理论分析结果表明,故障检测滤波器设计准则具有较低的保守性,故障检测滤波器能同时保证残差系统对故障的灵敏性和对系统外部扰动输入的鲁棒性。数值算例验证了该检测方法的可行性。
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计算机工程. 2015, 41(8): 105-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.020快速响应矩阵(QR)码的广泛应用在很大程度上提高了社会便捷性,这也使得其内部信息的安全性变得至关重要。为实现对QR码信息内容的保护,设计改进的RC4算法,通过增加自我检错步骤来抵御错误引入攻击,同时结合混沌算法增强伪随机生成序列的随机性,从而提高QR码 图像使用的安全性和可靠性。利用2种标准性能测试方法,通过Visual C++进行测试,结果表明,改进算法在安全性和可靠性两方面都能较好地满足QR码信息加密的要求。
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计算机工程. 2015, 41(8): 110-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.021现有利用DNA序列特殊性质进行数据隐藏的方案,多数存在载体DNA序列长度被改变及修改率较高的缺点。为此,提出一种新的数据隐藏方案。使用核苷酸互补规则及建立在互补规则和秘密比特位数之间的单射关系,利用2个改变的核苷酸间距离比特的位数来表示隐藏的秘密 数据。该方案的容量与所隐藏的秘密数据相关,平均容量较高。安全性分析及实验结果表明,该方案未增加载体DNA长度并且具有较低的修改率,可保证接收者所获得DNA序列的质量。与替代法和插入法相比,安全性较高。
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计算机工程. 2015, 41(8): 115-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.022
为减少传感器节点的资源利用率并提高网络安全性,提出一种新的无线传感器网络认证方案。在计算节点信任度时通过引入时间片、安全行动系数和交互频度计算节点信任度,防止自私节点伪装成正常节点,使信任度与当前节点行为紧密相关,避免节点通过很少的交易次数达到较高的信任度。设计身份标识、密码、智能卡相结合的认证方案,用户在与传感器节点认证之前,网关通过查询节点的信任度找到可信的节点与用户进行认证,实现可信的传感器节点、网关节点和用户三者之间的交互认证,并且使用户能方便地更改密码。分析和仿真结果表明,与现有用户认证方案相比,该方案能够抵制重放攻击、内部攻击、伪装攻击,同时计算花费少,适用于对安全性和性能要求较高的无线传感器网络。
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计算机工程. 2015, 41(8): 120-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.023
当前图像加密算法对多图像同步实时加密效率低、复杂度高,且无法满足实时传输要求。为此,提出一种基于显著像素复合矩阵的多图像同步无损实时加密算法。引入ZigZag机制扰乱所有明文像素位置,定义显著像素择取机制,将置乱后的密文像素分割为显著像素与次要像素,形成多个显著像素矩阵。设计迭代复数模型,将显著像素矩阵形成复合矩阵,借助奇异值分解与Logistic映射得到矩阵密钥。构造扩散函数,利用矩阵密钥对显著像素复合矩阵执行扩散获取密文。实验结果表明,该算法安全性高、无失真,与目前多图像加密机制相比,加密效率更高,可同时对多幅图像进行实时安全加密传输,满足实时性传输需求。
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计算机工程. 2015, 41(8): 127-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.024为获得理想的图像隐写结果,提出一种改进的图像隐写算法。根据共生矩阵特征的子块间离散余弦变换系数关系设计失真函数,结合网格码使用加减1方式完成秘密信息的嵌入,通过仿真实验测试算法性能,结果表明,与现有图像隐写算法相比,该算法可提高图像隐写的安全性 ,有效抵抗通用隐写检测,具有较好的抗隐写分析性能和鲁棒性。
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计算机工程. 2015, 41(8): 132-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.025为提高网络异常检测中数据对象异常程度的度量精度,降低复杂网络环境中噪声数据对于算法检测准确率的影响,将基于邻域关系定义的相对邻域熵引入到直推信度机的算法框架中,提出一种在相对领域熵基础上的直推式网络异常检测算法TCM-RNE。该算法利用相对邻域信 息熵作为度量数据对象异常程度的工具,重新定义离群度,有效提高算法检测性能和抗噪性能。在KDD Cup数据集上的实验结果表明,与TCM-KNN算法相比,该算法在保证相同检测准确率的同时,降低了误测率,且在噪声干扰环境下具有更优的抗噪性能。
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计算机工程. 2015, 41(8): 140-143,155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.026聚合签名技术将多个用户的签名压缩成一个签名,适用于需要将不同用户对不同消息的签名聚合成单一签名的情况,可提高签名的验证和传输效率,但现有聚合签名方案在计算效率、通信成本和安全性等方面还存在不足。为此,基于CL-签名的思想,提出一种有序聚合签名方 案,并在LRSW假设下证明方案的安全性。分析结果表明,该方案可提高签名验证算法的计算效率,而且具有较短的公钥和签名长度。
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计算机工程. 2015, 41(8): 144-149,161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.027高级M序列具有良好的伪随机特性和安全特性,广泛应用于信息安全领域,如何快速有效生成高级M序列一直是研究的热点。在图论知识的基础上,给出一种新的M序列递归升级构造方法,根据n级de Bruijn图中的一条Hanilton回路构成n级M序列、Euler回路构成n+1级M序列的 原理,在已知一条二元n级M序列的条件下,将M序列转换为de Bruijn图中一条Hamilton回路,求出该Hamilton回路的补路,得到一条Euler回路,从而构成n+1级M序列,据此依次递归生成一条更高级的M序列。利用NIST SP 800-22随机数测试标准对生成的高级M序列进行测试,结果表明,该方法生成的高级M序列测试值都大于0.01,满足随机性要求。
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计算机工程. 2015, 41(8): 150-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.028针对传统MapReduce框架下多点接口通信时间复杂度过高的问题,提出一种二次并行k均值聚类算法,用于解决大数据聚类问题。采用组降低操作策略,定义组成员管理协议对操作组成员进行管理,通过对组成员的参考列表pID的广播、删除和添加操作,实现基于组降低的同步 操作。定义中间缓冲聚类数量并结合k均值算法,减少二次并行聚类算法组降低操作的输入数据量,进一步降低算法的时间复杂度。在自建大数据测试集上的仿真实验结果表明,该算法能够在保证聚类精度的前提下有效加快算法聚类效率。
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计算机工程. 2015, 41(8): 156-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.029为解决多种货物、多卸载点、多车承运中的车载装箱问题,建立一种基于装箱约束的多卸载点车载装箱模型。根据寻找最优装箱顺序和寻找最优路径的相似性,设计求解多卸载点车载装箱问题的多信息素蚁群算法,使用2类邻域缩减蚂蚁寻路的范围,通过权重的变化控制局部 信息素和全局信息素的比重,从而提高算法的收敛速度并防止陷入局部最优。实验结果表明,该算法在体积利用率、重量利用率和所用车辆数量方面都优于贪心算法,在收敛速度方面快于单信息素蚁群算法。
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计算机工程. 2015, 41(8): 162-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.030
随着用户输入查询的自由度越来越高,导致已有半结构化数据检索模型无法满足用户需求。针对该问题,提出一种新的半结构化数据检索模型。在对原始查询进行分词后,把得到的词条作为基本元素,通过特征方程给每个词条设定对应权重,使用基于朴素贝叶斯的内容属性匹配方法进行内容属性匹配概率设定,并采用基于编辑距离的字符串相似度算法改善检索质量。从某商业搜索网站的查询日志中随机抽取真实的查询记录,人工为这些查询标注正确答案,从而做性能评估。实验结果表明,与层次语言模型、半结构化数据概率检索模型相比,该模型能有效提高半结构化数据的检索性能。
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计算机工程. 2015, 41(8): 168-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.031传统蚁群优化聚类算法在处理大规模数据时存在内存不足,不能体现蚁群算法的并行优势,无法处理分布式数据等问题。为此,提出一种并行蚁群优化聚类算法。通过借鉴搜索空间复制和搜索空间分块的思想,解决大数据处理问题,逐行读取信息素和数据,避免当数据规模过 大时,将信息素一次性读入而造成内存不足的风险。实验结果表明,该算法在处理大规模数据时具有较好的可扩展性和较高的加速比。
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计算机工程. 2015, 41(8): 174-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.032传统k-means初始中心随机选取,在较大范围内,利用以流形距离为相似度测度的参数不能较好地反映数据集的全局一致性。为此,基于属性划分和弧形距离,提出一种层次聚类算法。依据粒计算中属性划分思想和最大最小距离法则选择初始阶段的类代表点,根据k-means进行 粗聚类。采用新的距离测度,即弧形距离和反映类内相似度大类间相似度小的准则函数,对初阶段类代表点聚类归类得到期望类代表点。每个数据点依据其类代表点的类标签信息找到自己所属的类标签。实验结果表明,与其他算法相比,该算法较好地体现数据集的全局一致 性,减少了运行时间。
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计算机工程. 2015, 41(8): 180-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.033为了加强传统基于直方图平移的可逆水印算法的不可感知性,提高嵌入容量,提出一种基于双层可逆嵌入的可逆灰度图像水印算法。利用直方图平移方法解决平移和嵌入时可能出现的溢出问题,计算每一分块两像素的差值,并根据差值构建差值直方图,选择最大的峰值点嵌入 水印信号。在第二层水印嵌入时,采用可逆的嵌入方法使部分像素的扩展量互相抵消,进而在保证增加嵌入容量的同时减少图像失真。仿真实验结果表明,与同类算法相比,该算法具有较好的不可感知性,以及较高的嵌入容量。
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计算机工程. 2015, 41(8): 186-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.034针对已有固定火焰图像特征模式识别算法泛化能力较差,且误报率较高的问题,提出一种新的火焰图像特征自适应选择算法。根据特征约简的2大基本准则,将遗传优化引入到粗糙集的属性约简,使交叉和变异概率随个体的适应度值自适应调整,以保护较优并淘汰适应度值低 的个体。通过动态修剪并补充新个体增加种群的多样性,从而提高遗传算法的全局寻优能力。实验结果表明,与基于支持向量机的图像型火灾探测算法相比,改进算法在降低特征空间维数的同时,火焰的平均识别率提高了16%。
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计算机工程. 2015, 41(8): 190-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.035在复杂边界下分割目标时,经典主动轮廓模型无法对边界做出精细分割,而基于全局信息的分割方法无法对异构图像做出很好分割。为此,基于Chan-Vese模型将抠图方法引入到主动轮廓图像分割算法中,采用局部区域分割的方式,将Chan-Vese模型作为抠图算法的引导项,构 建能量泛函。通过变分法求解能量泛函,以迭代的方式求出近似最优解。对比实验结果表明,提出的算法能够精确地分割出目标图像,并且相对于Chan-Vese模型,具有较好的鲁棒性和对初始轮廓的不敏感性。
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计算机工程. 2015, 41(8): 196-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.036为有效获取成像测井图像中的地质信息,提出基于改进蚁群算法的裂缝自动提取方法。利用人工蚂蚁在图像上的移动生成累加器图像,将灰度图像的分割转化为对累加器的分割,从而实现裂缝像素点的获取,并结合霍夫变换求取裂缝特征参数。对含有非裂缝信息的超声波成 像测井图像进行处理,实现成像图中裂缝的自动提取。实验结果表明,改进的蚁群算法可用于消除图像中垂向延伸的非裂缝信息,对于低角度裂缝及水平裂缝具有较好的分割效果,在裂缝的自动提取中起到提高识别精度的作用。
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计算机工程. 2015, 41(8): 202-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.037针对人脸识别中光照变化、噪声干扰和遮挡等导致识别率下降的问题,提出类独立核稀疏表示的分类算法。利用冗余字典由多个子字典构成的特点,引入核技术用于提高人脸识别率。应用各类子字典和误差矩阵建立类独立核稀疏表示模型,借鉴正交匹配追踪算法思想提出类 独立核正交匹配追踪算法,用于求解该模型得到各类的稀疏表示系数。将该系数结合各类子字典计算类相关重构误差,实现测试样本的分类识别。实验结果表明,相比同类算法,该算法具有较高的识别率,鲁棒性较好,能够有效抑制噪声、光照以及遮挡等干扰带来的负面影响 。
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计算机工程. 2015, 41(8): 207-211,217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.038X264编码器平均比特率(ABR)码率控制算法在单线程下,可以利用前面所有帧的实际偏差来调整量化参数(QP)。但在多线程下,当前帧之前仍有尚未编码完的帧,因此只能用部分已编码帧的实际偏差来调整QP,有可能使实际码率严重偏离目标码率。针对该问题,提出一种改进 的ABR多线程码率控制方法。该方法通过当前帧之前已编码帧的实际偏差来估计未编码帧的偏差,得到类似单线程下当前帧之前所有帧的偏差,用以调整QP,达到提高多线程码率和控制精度的目的。实验结果表明,改进后视频流的实际码率更接近目标码率,码率误差最高可降 低2.27%,平均码率曲线也更为平滑。
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计算机工程. 2015, 41(8): 212-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.039语音时长规整的同步叠加算法未考虑真实声音信号中不同类型语音帧受语速影响变化不同的特性,对所有语音帧都采用相同的规整因子,当规整比例过大时,导致输出语音失真。针对该问题,提出一种贪婪自适应算法。对不同类型语音段使用不同的规整因子,动态改变规整因 子,进一步改进整体规整比例缺陷,从而设计贪婪自适应语音时长规整算法。在Matlab环境下对TIMIT语音库进行语音对比的结果表明,与波形相似同步叠加算法、时域基音同步叠加算法相比,该算法能提高合成语音的自然度,减小规整时长误差。
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计算机工程. 2015, 41(8): 218-222,226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.040视频转码是视频点播网站重要的技术环节之一。为解决单个节点视频转码开销大、耗时长的问题,在研究不同视频转码方案的基础上,提出一种分布式视频转码方案。将整个转码过程分为视频分割、视频转码、视频合并3个阶段。视频分割和视频合并阶段由单个节点完成,而视频转码阶段使用Hadoop架构的MapReduce计算框架,通过FFmpeg视频处理软件在多个节点上并行执行。通过实验验证可知,相比于单节点的视频转码,使用该视频转码方案在8个节点上同时进行转码时可以节约65%左右的转码时间。
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计算机工程. 2015, 41(8): 223-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.041针对压缩感知中的图像重构问题,基于近似消息传递(AMP)框架,提出一种新的图像压缩重构算法。该算法推导AMP框架在小波域下的系数迭代公式,证明AMP中滤波函数的操作对象是图像的小波系数,通过小波变换提高处理对象的稀疏度,并引入Wiener函数降低标量函数的求 导复杂度。实验结果表明,与基于梯度投影的重构算法和正交匹配追踪算法相比,该算法具有较好的视觉效果和较高的重构精度。
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计算机工程. 2015, 41(8): 227-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.042基于首脉冲触发时间编码策略,提出一种应用脉冲神经网络模型进行图像分割的方法。在输入层采用首脉冲触发时间编码策略将图像的像素值转换为神经元的脉冲发放时间,将编码结果以感受野为单位送入中间层,通过阈值电位控制神经元的脉冲发放,在输出层根据分割阈 值将神经元的脉冲发放时间分成2类,输出分割结果,并使用最大Shannon熵准则分析感受野大小、阈值电位和分割阈值等参数的变化对图像分割结果的影响。通过对具有噪声的复杂图像进行分割,并与最大类间方差法和基于最大熵的脉冲耦合神经网络方法进行比较,实验结 果表明,该方法对噪声图像的鲁棒性较强,能获得较好的分割结果。
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计算机工程. 2015, 41(8): 233-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.043在实际脑图像分析中,独立成分分析方法的独立性假设很难完全满足。为此,结合脑图像数据的特点,以凸优化为基础,提出利用源分量稀疏性和非负性的脑图像盲信号分离算法。相比于独立性假设,稀疏性和非负性数学假设更符合fMRI数据的自然特性。将源分量的估计过程 转化为寻找由观测数据构成的凸集合端点的过程。实验结果证明,由该算法选择出的激活体素与实验任务更相关,更容易进行生理解释。
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计算机工程. 2015, 41(8): 238-243,251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.044
山地果园环境复杂多变,无线射频信号传播的稳定性和可靠性受到严重影响,基于传统的无线传播模型设计的数据采集策略可能会面临无法发挥预期效能甚至失用的问题。为此,提出一种基于多属性评价模型的无线传感器网络数据采集系统,介绍系统的体系结构,给出簇首选举、路由下一跳选择等关键技术的实现方法。系统仿真与分析结果表明,该系统能够综合衡量各项评价指标,簇首选举和路由下一跳选择较为科学、合理,能较好地适应有损无线通信链路行为下山地果园的数据采集需求。
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计算机工程. 2015, 41(8): 244-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.045为提高CMOS/纳米线/分子混合电路的成品率,提出一种基于分段蛇形编码的容错映射算法。根据纳米阵列缺陷分布的集簇性特点,给出缺陷整体分类方法。在阵列连通域的约束条件下对电路进行分段蛇形编码以避开缺陷单元,提高电路映射边的成功率,获得优化的初 始映射解。依据目标函数设定违反约束映射边的惩罚系数,并采用自适应遗传算法对解空间进行搜索,实现电路的容错映射。ISCAS89标准电路的测试结果表明,与现有容错映射算法相比,该算法在运行时间、电路规模和映射成功率方面均具有较高的性能优势。
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计算机工程. 2015, 41(8): 252-255,261. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.046
级联积分梳状(CIC)滤波器由于其结构简单、高效等优点,经常作为宽带通信芯片中的抽取器或插值器。随着通信系统以及超大规模集成电路的发展,芯片集成密度越来越高,需要对芯片中关键模块积分梳状滤波器进行面积的优化。为此,设计一种应用于无线宽带射频芯片的CIC插值滤波器。通过位宽优化方法减少滤波器内部节点位宽,并在增益校正部分采用输出截位后的正则有符号数字量编码乘法代替全位宽二进制补码乘法。实验结果表明,与优化前的CIC插值滤波器相比,该滤波器的电路面积可优化58%左右。
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计算机工程. 2015, 41(8): 256-261. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.047针对铁路移动闭塞系统中高速列车间隔动态实时变化的特征,结合Agent理论对EventB方法中Machine动态属性进行改进,提出一种基于EventB建模方法的高速列车追踪运行模型。给出高速列车追踪运行形式化控制策略,研究运行过程中速度变化关系、不同发车 间隔时间对高速铁路运营的影响,得到相应的定量与定性分析。仿真结果表明,该模型能够准确描述高速列车追踪运行机理,有助于列车间隔动态控制,具有较强的适用性。
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计算机工程. 2015, 41(8): 262-267,272. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.048为对决策过程中犹豫模糊软集参数的非隶属度情况进行有效刻画,结合双犹豫模糊集的非隶属度与软集的参数化特性,提出双犹豫模糊软集的概念。基于双犹豫模糊软集的定义,描述双犹豫模糊软集的补、并、交、拓展交、限制并、且、或、差、平均及几何等运算方法,同 时分析对应运算结果并论述相应性质。给出一个基于双犹豫模糊软集的相关性系数算法,解决了双犹豫模糊软集的非隶属度问题。
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计算机工程. 2015, 41(8): 268-272. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.049为了将聚焦于不同目标对象上的多幅图像融合成一幅所有目标都清晰的图像,提出一种基于量子衍生理论的可完全重构的数字图像分解方法。该方法把归一化后的灰度图像表示成量子比特的形式,建立量子关联系统,将图像分解成若干个特征子图,考虑特征子图的含义,选择 相应的融合规则进行融合与重构,从而得到最终的融合图像。实验结果表明,与传统的平均加权法和基于小波变换的图像融合方法相比,该方法能获得较为清晰的融合图像。
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计算机工程. 2015, 41(8): 273-278,285. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.050现有基于无线局域网(WLAN)的定位方法能为用户提供相对精确的室内位置信息,但不能有效挖掘并利用用户移动轨迹隐藏的信息。为此,提出一种基于室内用户移动轨迹聚类的推荐算法,结合WLAN定位技术从用户移动轨迹中提取停留点,使用DBSCAN算法对停留点进行聚类分 析,发现用户兴趣点并提取特性,采用决策树算法对用户进行分类,从而实现用户个性化推荐服务。基于微信平台设计并实现的室内兴趣点推荐系统验证了该算法的有效性,可为用户提供基于内容的商品推荐与个性化店铺推荐服务。
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计算机工程. 2015, 41(8): 279-285. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.051双层次车辆路径NP组合优化问题的传统求解算法精度较低,针对该问题,提出一种基于最优切割算法和全路径匹配交叉Memetic算法的双层次车辆路径优化算法(OCFM-2E-VRP)。根据一二级配送耦合特点,采用最优切割算法一次性确定中转站配送容量次优解,以此作为客户配 送优化的基础。为提高算法效率,设计全路径匹配交叉算子对Memetic算法交叉操作进行改进,利用爬山法进行局部搜索,并使最优切割算法和全路径匹配交叉Memetic算法顺序执行,实现对一级中转站容量和二级客户配送的同步优化。仿真结果表明,与Branch and Cut和 Multi-start算法相比,该优化算法具有更高的收敛精度和更快的收敛速度。
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计算机工程. 2015, 41(8): 286-290,295. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.052针对现有节点定位算法精度和覆盖率低、能耗高等问题,提出一种基于四面体模型的无线传感器网络节点定位算法。根据改进的接收信号强度指示算法测定未知节点与信标节点的距离,找到与未知节点最近的4个信标节点构成空间四面体,通过空间四面体的体积坐标换算得 出未知节点的位置信息,从而实现节点定位。将该算法应用于煤矿井下的节点定位,通过与基于投影模型的井下节点定位算法的实验仿真对比表明,该算法具有更高的定位精度和定位覆盖率,更低的节点能耗和网络成本开销。
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计算机工程. 2015, 41(8): 291-295. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.053针对传统故障诊断策略构建算法通用性较差的问题,采用Rollout信息启发式算法构建二值和多值测试,用更新后的基于信息启发函数的基准策略进行迭代更新,逐步逼近最优策略。以二值和多值测试为例构建相应的诊断策略。分析结果表明,该策略对二值测试、多值测试和 不确定测试均适用,可以获得优于单步启发式搜索的诊断结果,且时间复杂度不高,适用于优化复杂系统的故障诊断。
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计算机工程. 2015, 41(8): 296-300. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.054网络编码技术在提高网络吞吐量和传输效率等方面具有较大优势,但该技术需要在节点处进行额外编码操作,增加了编码开销。为通过减少编码边数量来降低编码开销,提出基于小生境遗传算法的网络编码优化算法。通过多目标优化方式来构造适应度函数,保证降低编码边 数量的同时可以兼顾网络带宽利用率。该算法在小生境遗传操作中使用自适应交叉和变异概率,避免运算过程中的无效操作,提高了运算效率。实验结果表明,该算法可有效降低编码开销,与简单遗传算法相比,具有更好的收敛性,能够在更短的时间内得到更少的编码边。
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计算机工程. 2015, 41(8): 301-305. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.055二乘二取二冗余结构是车载列车自动防护(ATP)系统安全计算机的技术趋势。针对二乘二取二系统中的双机同步问题,采用公共外时钟为二取二双机提供参考时钟信号,并基于时钟漂移率有界模型对本地时钟进行漂移补偿,实现二取二双机的本地时钟同步。在此基础上,系统 软件采用任务周期时序控制和双机通信的方式,同步顺序地处理输入、计算、输出等任务,在控制周期中的每个任务点进行同步处理,达到二取二双机的任务同步。采用软件算法和系间通信实现2种系统之间的周期同步。实验结果表明,该同步机制能够满足车载ATP二乘二取 二安全计算机对同步技术的需求。
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计算机工程. 2015, 41(8): 306-312. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.056为使选择顺应性装配机器手臂(SCARA)机器人运行点对点运动轨迹时,连续平滑且运行时间最优,提出一种基于时滞指数函数的速度轨迹规划方法。利用执行器工作时的限制条件获取时间增益,经运动学逆解获得机器人从初始位置到目标位置各关节空间需要运动的位移,根据 该位移求取延迟时间,确定指数函数速度轨迹规划的表达式。通过与S形速度轨迹规划方法的对比分析结果表明,该方法计算量小,产生的轨迹连续平滑,近似时间较优。
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计算机工程. 2015, 41(8): 313-316. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.057PID控制器的参数整定表现为在3个参数空间中寻求最优值,使得系统的控制性能达到最优。教与学优化算法是一种新兴的群智能优化算法。为加强PID控制器的参数整定,基于教与学优化算法,提出一种PID控制器参数自整定方法,实现PID控制器的参数寻优。利用Matlab进行 实例仿真,结果表明,与基于粒子群算法和遗传算法的PID参数整定方法进行比较,该方法参数简单、精度高,可快速有效地实现PID控制器参数的自整定。
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计算机工程. 2015, 41(8): 317-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.08.058数据中心一些关键部位的温度监控系统存在温度设置不合理的问题。为此,提出一种基于nRF24L01的无线多点温度高频实时采集设计方案,给出具体的系统硬件电路和软件实现。该系统的硬件电路中各温度传感器与单片机的I/O端口一一对应,利用I/O端口标识温度传感器, 提高采集频率。软件实现部分通过对数据进行压缩处理,减少发送数据量,提高无线传输效率、降低功耗,从而实现温度数据的传输、显示并存档等功能。实验结果表明,该系统能以1 Hz的采集频率同时对多个温度点进行实时采集,采集温度的误差小于0.5 ℃,丢包率小于5%, 并提高了无线通信的传输效率。
2024
第50卷 第4期
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(1975年创刊 月刊)
主管：中国电子科技集团公司
主办：华东计算技术研究所
上海市计算机学会
主编：江波
执行主编：胡冰
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（稿件问题请直接联系栏目编辑） E-mail: ecice06@ecict.com.cn
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