2017年, 第43卷, 第11期　刊出日期：2017-11-15

  

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封面和目录
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  《计算机工程》2017年第11期封面和中英文目录

  计算机工程. 2017, 43(11): 0-0.

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先进计算与数据处理
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  基于个人计算机的智能家居边缘计算系统

  宋朋涛,李超,徐莉婷,梁晓峣

  计算机工程. 2017, 43(11): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.001

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  考虑边缘计算的作用与智能家居的需求,以节约计算资源及提高计算资源利用率为前提,将边缘计算应用于智能家居环境,基于个人计算机平台构建智能家居边缘计算系统。利用现有的虚拟化、容器等技术将多种云服务汇聚到个人计算机平台,形成本地的辅助计算单元,为用户提供边缘计算服务。通过服务管理程序与智能网关的协同工作,设计节能调度算法,实现系统节能管理。测试结果表明,在计算资源有限的情况下,该系统相比单纯使用云计算系统可提供更高的服务质量及更好的扩展性,且易于部署和管理。
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  基于流式计算框架的实时数据库分区系统

  郭蒙雨,康宏,袁晓洁

  计算机工程. 2017, 43(11): 8-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.002

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  为实现大数据环境下大规模动态分区信息的高效处理,结合流式计算框架,提出一种实时数据库分区系统。采用大数据环境下的流式计算技术处理大规模动态的工作负载,设计实时数据分区算法实现数据分区的自动与即时生成,并利用流式计算框架的水平扩展机制提高系统扩展性和吞吐量。实验结果表明,该系统可在大数据环境下实现高效、实时的数据库分区,与传统分区算法相比,具有更高的分区质量和更少的分区时间。
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  面向信息网模型的高可扩展性分布式事务处理机制

  张剑,刘梦赤

  计算机工程. 2017, 43(11): 16-21,26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.003

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  为应对数据规模的快速增长,许多数据库管理系统提供了横向水平扩展的特性,但为保证扩展后的性能,大多不能自动维护数据间关联的强一致性。为此,设计一种高可扩展性的分布式事务处理机制。基于信息网模型的语义性和存储特点,根据所接收事务之间的关联度动态控制组提交粒度,从而利用缓存提高吞吐量。同时在子节点和备份节点同时执行相同的事务操作,而不是发送日志进行同步,以提高响应速度。实验结果表明,与两阶段提交协议相比,该机制在保证强事务特性的同时,能够获得近似线性的高扩展性,在系统吞吐量和响应时间方面也有较大改善。

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  基于帮助机制的无界无等待通用构造算法

  苏浩,张坤龙,李鹏飞

  计算机工程. 2017, 43(11): 22-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.004

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  已有的无等待通用构造算法大多只考虑有界无等待的情况,并不适用于无界无等待并发模型。为此,提出一种新的无等待通用构造算法——UWUC。该算法使用Fetch&Add对象和列地址选通脉冲对象,给出新的排队方法,利用任意一段时间内到达的线程数有限的特性,实现无界无等待的通用构造。实验结果证明了该算法的无等待特性。
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  基于轻音乐加音乐节拍方式的大脑双重刺激诱导方法

  廖智,朱珍民,王毅,初显奇,伍能彪

  计算机工程. 2017, 43(11): 27-31,39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.005

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  依据音乐旋律以及节拍对脑电波能量谱的影响,提出一种轻音乐加音乐节拍的双重刺激诱导方法。对测试者的大脑意识活动进行调节,通过分析采集到的脑电信号判断其是否能够快速进入高度放松状态。在调节阶段采用轻音乐加速度渐变和强弱顺序相反的音乐节拍声方式,使被测试者倾听5 min,并对通过EEG耳机采集的脑电信号进行分析。实验结果表明,该方法在调节持续时间约为2 min~3 min时,能够有效地促进大脑进入高度放松状态。
移动互联与通信技术
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  一种针对树形拓扑网络的混合MAC协议

  刘广钟,徐艺原

  计算机工程. 2017, 43(11): 32-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.006

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  在树形拓扑水声传感网络中,时分多址(TDMA)机制存在信道利用率低的问题。为此,提出一种轻量级的流量自适应随机访问与TDMA的混合MAC协议。该协议在网络流量较低时采用S-ALOHA竞争机制提高信道利用率,运用最优化算法计算分配给簇内子节点的最大发送概率,通过流量自适应的灵活时隙分配机制以适应不同的网络流量。实验结果表明,该协议不仅能够提高树形拓扑网络中节点的通信效率,能减少子节点的等待时间。

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  基于SDN架构的网络故障检测与修复系统

  薛华威,王宝生,邓文平,高先明

  计算机工程. 2017, 43(11): 40-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.007

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  在基于机器学习和基于贝叶斯网络的故障检测方法中,检测结果只是基于概率或者历史信息的推断,难以应用于网络故障检测与自动修复系统。针对该问题,提出基于产生式规则的故障检测方法,对已知故障自动下发安全策略进行阻断,对未知故障以告警形式通知网络管理员,同时设计一种自适应轮询算法,进一步减少系统开销并保证故障响应实时性。实验结果表明,该方法能够减少轮询开销,有效抑制报文异常。
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  CoMP系统中的天线选择与预编码联合算法

  常有宝,葛文萍,韩前方

  计算机工程. 2017, 43(11): 45-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.008

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  针对大规模多输入多输出系统天线数量过多使得预编码算法计算量增加的问题,提出一种基于协作的天线选择与预编码联合算法。该算法通过降低小区间和用户间干扰,避免传统预编码算法对信道矩阵求逆运算时因天线数量增加使得复杂度提高。理论分析和仿真结果表明,与迫零预编码算法、最小均方误差预编码算法和基于信漏噪比最大化的预编码算法相比,天线选择和预编码联合算法不仅能更好地提高系统的信道容量,而且能够降低预编码算法复杂度。
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  LTE-A系统载波聚合下基于贪心算法的资源管理

  郑金金,罗志年

  计算机工程. 2017, 43(11): 50-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.009

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  为更好兼顾LTE-A系统吞吐量与用户公平性,提出基于贪心算法的资源管理方法。在载波聚合时充分利用用户端上报的信道状态信息,降低信道变化对载波聚合算法性能的影响。使用贪心算法解决资源分配时的NP难问题,在用户调度过程中利用用户占用的资源块数和平均速率重新设计贪心算法中的权值因子,从而满足各类用户对服务质量的不同需求。仿真结果表明,与LL+PF算法相比,该算法具有较好的用户公平性和更高的系统吞吐量。

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  城市环境下跨层VANET路由协议研究

  王桐,王鹏,柳冰忆

  计算机工程. 2017, 43(11): 55-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.010

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  车载自组织网络(VANET)单一分层结构路由协议考虑因素较少,导致分组投递率低、端到端时延较高。为此,考虑车辆位置、速度、路口密度、无线链路质量、MAC层误帧率等影响因素,提出一种应用于城市环境的基于位置信息的VANET跨层路由协议(MCLPR)。设计路口车辆节点选择算法提取无线链路质量和MAC层误帧率的跨层信息,采用层次分析法计算各影响因素的权重值,确定最佳转发路径。仿真结果表明,与AODV,DSDV等路由协议相比,MCLPR路由协议具有较高的分组投递率及较低的端到端时延,保证了数据传输的可靠性与高效性,适用于网络密度与负载较大、车辆移动速度较快的城市环境。

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  一种改进的无数据辅助频偏估计算法

  安琦,何子述,李会勇

  计算机工程. 2017, 43(11): 66-69,75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.011

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  面对无线电监测或电子对抗等非协作电子环境,在低信噪比情况下对截获信号载波频偏进行估计时存在估计范围和估计精度不平衡的问题。为此,提出一种改进的无数据辅助频偏估计算法。对Q倍的归一化基带信号做自相关函数的差分运算,消除最大相关间隔对估计范围的影响,并通过对差分后相位的加权求和得到有效的频偏估计值。仿真结果表明,即使在信噪比低至－15 dB时,该算法仍然可以达到近似10-4的估计误差精度,能够满足实际监测要求。
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  一种分布式超梯度的对偶分解CDN负载管理算法

  木尼拉·塔里甫,安尼瓦尔·加马力,贾志先

  计算机工程. 2017, 43(11): 70-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.012

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  为提高内容分发网络(CDN)负载管理的均衡性,提出一种快速控制包分布式超梯度的对偶分解CDN负载管理算法。在泛播CDN中给出简化的DNS控制负载管理模型,以解决CDN运营商的基本操作问题。制定CDN负载管理问题的凸优化模型,并给出一种快速控制包的分布式对偶算法,对凸优化模型进行求解,以提升模型的性能优化。实验结果表明,与OSPR算法和GS算法相比,该算法具有更低的数据传输延迟和能量消耗。
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  基于混合译码放大转发的最优中继选择方案

  孙文胜,李乐媛

  计算机工程. 2017, 43(11): 76-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.013

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  为在较低误码率的基础上延长网络寿命,提出基于混合译码放大转发(AF)中继策略的最优中继选择方案。通过构造基于目的节点接收信噪比和网络寿命中继选择的联合优化函数,实现最优中继的选择。设定中继节点的接收信噪比门限,根据信噪比门限值,将所有的中继节点分为AF和译码转发2种中继策略转发类型,分别计算2种类型的中继节点在目的节点的接收信噪比,根据中继选择的联合优化函数合理选择最优中继。仿真结果表明,在相同条件下,与基于AF的中继选择方案相比,该方案不仅在误码率性能方面有明显改善,而且可以延长网络寿命,提升系统性能。
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  基于正交复用循环机制的WSN信源精确定位算法

  吴亮,谷川,刘国英

  计算机工程. 2017, 43(11): 81-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.014

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  无线传感器网络(WSN)信源精确定位算法无法同步优化时延估计与角度估计,且不能将噪声子空间与信号子空间进行分割。为此,提出改进的WSN信源精确定位算法。采用并发方式构建信号解析机制,完成信号空间在频域域上的并发实时解析分割,将噪声信号子空间及信号子空间分割为独立的矩阵信号,获取信源精确定位的时延估计与角度估计。基于能量谱密度估计,设计正交复用循环机制,对单路信号进行特征值分解,得到定位信号数字特征的精确估计,提升时延估计与角度估计精度,并从该估计集合中筛选出同时具备最低时延估计与最低角度估计的信号子空间,从而完成时延与角度的并发实时估计,提高信源定位过程中的定位精度。仿真结果表明,与DT-IPL算法、CD-CPP算法相比,在高衰落信道条件下,该算法具有更高的信源定位精度,且获取的信源位置与实际位置间的误差更低。
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  基于冗余节点选择模型的水下传感器网络拓扑修复

  景彦凯,张钢,刘春凤

  计算机工程. 2017, 43(11): 90-96,101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.015

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  现有水下传感器网络的拓扑修复算法大多只是完成网络连通性修复,未考虑节点能耗过快造成网络寿命缩短的问题。为此,提出一种基于冗余节点选择模型的拓扑修复算法。该算法在网络部署完成后利用分布式的方法选择关键节点并对其进行监控。当节点失效时,使用冗余节点选择模型选择冗余节点,通过移动冗余节点对失效节点进行修复,同时对冗余节点采取睡眠唤醒策略以延长网络寿命。实验结果表明,与区域移动修复算法相比,该算法在节点移动总距离、网络寿命、失效节点首次出现时间、投递率等方面性能均有所提高。
安全技术
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  两轮SPN结构安全性分析

  龚涛,陈少真

  计算机工程. 2017, 43(11): 97-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.016

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  分析2种类型的SPN结构的安全性,即16类最佳仿射等价4×4 S盒的代表元与上述16个代表元所在的置换等价类。对得到的具体两轮SPN结构,通过最大差分可能概率(MEDP)、最大线性偏差可能概率(MELP)等指标进行刻画。分析结果表明,利用置换等价类作为两轮SPN结构的混淆层,相比仿射等价类代表元,在MELP指标上没有明显差别,而在MEDP指标上分布则更加集中,抵抗差分攻击的能力更强。
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  基于LCD模型的LCU选择性视频加密

  徐博文,王晓东,章联军,郭磊,王健

  计算机工程. 2017, 43(11): 102-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.017

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  为满足视频加密中部分信息加密的需求,提出一种基于最大编码单元(LCU)的选择性视频加密方案。结合高效视频编码标准得到四叉树分割下的编码单元差值图,设计LCU灰度相关度与中心距离加权融合的LCU相关距离模型,统计差值图的LCU相关性,使LCU具备可选择性加密能力,并将Arnold置乱算法应用于方块化的LCU,通过多LCU块的加密增加破解难度。实验结果表明,与现有视频加密方案相比,该方案对于视频关键区域的加密具有更高的安全性。
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  DS证据理论下融合隐式与显式特征的共谋攻击识别推理模型

  赵洁,薛瑞,陈旭,杨雨健

  计算机工程. 2017, 43(11): 108-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.018

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  现有的攻击识别模型大多未能较好地解决共谋攻击对电子商务信任评价机制产生的威胁。为此,结合国内C2C电子商务的特点,以共谋攻击中的商品为识别对象,融合隐式和显式用户行为特征以及与交易和买家相关的复合特征,并根据DS证据理论处理不确定问题的优点,提出一种DS证据理论下的共谋攻击识别推理模型。在某电商平台真实共谋攻击数据上的实验结果表明,该推理模型能够识别共谋攻击,提取的攻击识别特征可反映用户真实行为,有效区分攻击和合法交易所涉及的商品。
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  Khudra算法的相关密钥差分分析

  任瑶瑶,张文英,邢朝辉

  计算机工程. 2017, 43(11): 117-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.019

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  Khudra算法是一种总轮数为18的轻量级分组密码算法。现有分析方法使用相关密钥差分分析Khudra算法,通过在2个密钥上引入差分,构造14轮区分器攻击16轮Khudra算法,区分器的攻击概率为2^－56.85。基于此,同样使用相关密钥差分分析Khudra算法,仅在1个密钥上引入差分构造10轮区分器,共攻击16轮Khudra算法。分析结果表明,该10轮区分器与现有相关密钥差分分析的14轮区分器相比攻击概率提高了2 ^28.425,整个分析过程的数据复杂度为2 ³³,时间复杂度为2 ⁹⁵。

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  基于函数调用图的Android重打包应用检测

  吴兴茹,何永忠

  计算机工程. 2017, 43(11): 122-127,139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.020

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  针对Android第三方市场中重打包应用日益增多的现象,提出一种利用函数调用图检测Android重打包应用的方法。对应用进行反编译,提取并分析Smali代码生成函数调用图,同时将函数中的操作码作为结点的属性对函数调用图进行处理,实现第三方库过滤并保留与界面相关的应用程序接口。在此基础上,用Motif子图结构表示函数调用图,根据子图的相似度计算应用的相似度,从而判断是否为重打包应用。通过对市场中1 630个应用的检测结果表明,该方法具有较高的准确性和良好的可扩展性。
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  基于无证书签名的云端跨域身份认证方案

  杨小东,安发英,杨平,刘婷婷,王彩芬

  计算机工程. 2017, 43(11): 128-133,145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.021

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  针对基于无证书的身份认证方案无法满足跨域匿名认证需求的不足,利用双线性映射提出一种云环境下的跨域身份认证方案。基于无证书签名的合法性和消息的有效性,实现用户与云服务提供商的身份真实性鉴别,并在双向跨域认证过程中完成会话密钥的协商。引入分层ID树结构确保身份的唯一性,“口令+密钥”的双因子认证过程增强跨域身份认证方案的安全性。利用临时身份实现用户身份的匿名性,对用户的恶意匿名行为具有可控性。分析结果表明,该认证方案在CK模型中是安全的,并能抵抗伪造、重放与替换攻击,具有较高的安全性。
人工智能及识别技术
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  基于Hessian正则化的多视图联合非负矩阵分解算法

  王超锋,施俊,吴金杰,朱捷

  计算机工程. 2017, 43(11): 134-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.022

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  非负矩阵在表征多视图数据时没有考虑数据本身的流型结构,不能有效表达数据内部信息。为此,提出一种基于Hessian正则化的非负矩阵分解算法。利用Hessian泛函的L2模,保持样本局部拓扑结构,并扩展成基于Hessian正则化的联合非负矩阵分解算法,以对多视图数据进行变换。实验结果表明,基于Hessian正则化的非负矩阵分解算法和基于Hessian正则化的联合非负矩阵分解算法的聚类精度以及互信息值都有较大提高,2种算法的数据变化性能都优于传统非负矩阵分解算法。
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  基于节点策略学习行为的社交网络合作促进机制

  杨文潮,王际科,崔光海

  计算机工程. 2017, 43(11): 140-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.023

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  已有节点合作激励机制通常使用节点历史交易信息,信息的存储和处理会带来较大开销,且可能存在恶意节点反馈的虚假信息。针对上述问题,提出一种基于节点自身属性调整的合作激励机制。节点依据自己在策略学习过程中是失败者还是成功者来对自己发起的交易数量进行调整。实验结果表明,网络中合作节点比例较不使用机制时有显著提高,且当存在节点策略选择扰动时,合作节点比例在网络演化均衡态保持了较好的稳定性。
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  基于标签聚类和兴趣划分的协同过滤推荐算法

  朱东郡,李敬兆,谭大禹,杨大禹

  计算机工程. 2017, 43(11): 146-151,160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.024

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  传统的协同过滤算法只根据用户对资源的评分单方面地挖掘用户兴趣,未能对用户兴趣进行划分,忽略了用户兴趣随时间推移发生的变化,影响了推荐质量。为解决上述问题,提出一种能适应用户兴趣变化和有效挖掘用户兴趣的推荐算法。在传统协同过滤算法基础上考虑了标签对推荐的影响,通过标签聚类将用户的兴趣进行划分,并在标签和用户评分2个方面对目标用户的相似用户进行二重选择。考虑到用户可能会因时间的推移发生兴趣变化,在计算标签和评分权重时融入了时间因子,以对其在时间维度上进行修正。实验结果表明,改进后的算法能更好地挖掘用户兴趣,适应用户的兴趣变化,提高推荐精度。
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  基于排序学习模型的微博多样性检索问题研究

  王莹,罗准辰,于洋

  计算机工程. 2017, 43(11): 152-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.025

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  多样性检索主要用于解决传统信息检索中面临的查询词歧义问题。为此,研究微博中的多样性检索,提出一种新的微博多样性检索方法,将多样性排序学习方法应用到微博多样性检索。开发一系列社交媒体特征和子话题分布特征,采用查询短语与博文间相关性特征和博文与博文间文本多样性特征模型作为基准,分别加入上述特征,检验其对微博多样性的影响。实验结果表明,多样性排序学习方法能有效解决微博多样性检索问题,明显提高微博检索的效果。
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  一种基于模糊核聚类的谱聚类算法

  范子静,罗泽,马永征

  计算机工程. 2017, 43(11): 161-165,172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.026

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  谱聚类是对样本拉普拉斯矩阵的特征向量进行聚类,不局限于原始数据的分布形状,可收敛于全局最优解,但不能准确反映样本间的实际关系,而模糊核聚类可利用模糊数学理论确定样本间的模糊关系。为此,在调整相似度度量函数和距离度量函数的基础上,将模糊核聚类融合到谱聚类算法中,提出SC-KFCM算法,利用模糊划分改进谱聚类中的硬划分,根据特征向量间的相似性和关联程度建立模糊隶属关系并对样本进行聚类,从而弥补谱聚类中硬划分部分对聚类结果造成的影响。实验结果表明,SC-KFCM算法在不同分布特点及维数的数据集上均取得了较稳定的聚类结果和较高的聚类精度。
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  灰色优势关系下不完备不一致决策表属性约简

  罗党,毛文鑫,孙慧芳

  计算机工程. 2017, 43(11): 166-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.027

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  针对属性值为三参数区间灰数不一致决策表的属性约简问题,根据灰信息间的偏好关系,以三参数区间灰数间的优势程度为基础,构建灰色优势关系,考虑决策表不完备性与不一致性的影响,设计基于辨识矩阵的上、下近似分配约简算法。为降低约简过程复杂性,定义2种属性重要性的概念,并提出基于2种属性重要性的启发式约简算法。实验结果表明,与基于1种属性重要性的算法相比,该算法能够有效处理三参数区间灰数不一致决策表的属性约简,且算法的复杂度较低。
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  FMEA环境下区间梯形二型模糊群体判断聚合方法研究

  王铁旦,邵小十,彭定洪

  计算机工程. 2017, 43(11): 173-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.028

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  针对失效模式和影响分析高度不确定的复杂群体判断环境,提出一种新的区间梯形二型模糊(IT2 TF)群体判断聚合方法。通过深度挖掘数据信息求解信息的集中趋势和波动范围,构建隶属函数参数模型,将含有个体判断不确定性的一组区间判断信息聚合成IT2 TF群体判断结果,从而量化群体判断的一致性意见并记录实际存在的不确定性信息。算例分析结果验证了该聚合方法的有效性及实用性,并表明其能提高群体判断结果的准确度。
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  基于随机游走理论的改进LFM算法

  杨晓波，陈楚湘，王至婉

  计算机工程. 2017, 43(11): 182-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.029

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  传统LFM社团发现算法基于网络局部信息进行社团划分,未充分利用网络中包含的结构信息,导致社团结构模糊的网络中社团划分精度下降严重,同时算法基于局部信息扩张社团,容易形成畸形社团结构。为解决上述问题,提出一种改进的LFM算法,利用随机游走理论衡量节点相似度,使社团结构更清晰,同时寻找赋权网络中的极大子团,以子团为基本单位进行社团扩张,解决畸形社团问题。在人工网络和真实网络上的实验结果表明,与传统LFM算法、标签传播算法等相比,改进的LFM算法具有更高的社团划分精度。
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  基于融合卷积神经网络模型的手写数字识别

  陈玄,朱荣,王中元

  计算机工程. 2017, 43(11): 187-192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.030

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  针对传统手写数字识别方法识别率较低的问题,提出一种融合卷积神经网络(F-CNN)模型。通过结合暹罗网络(SN)模型和二进制卷积神经网络(B-CNN)模型的高级特征,扩展网络高级层的尺寸,增强F-CNN模型的特征表达能力。在网络训练过程中,设计周期性数据打乱策略,提高F-CNN模型的收敛速度,更好地实现手写数字识别。在MNIST数据集上的实验结果表明,融合模型对于手写数字的识别准确率达到99.10%,识别性能优于SN模型和B-CNN模型。

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  基于用户近邻的N维张量分解推荐算法

  陈健美,孙亚军

  计算机工程. 2017, 43(11): 193-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.031

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  基于张量分解的推荐算法存在推荐精度较低和数据稀疏的问题。为此,在传统的张量分解模型基础上,引入用户近邻信息,提出一种新的N维张量分解算法。利用上下文感知信息,把隐式反馈信息作为张量的第3维度,以建立N维张量分解模型,为进一步提高推荐质量,加入用户近邻信息来优化N维张量分解模型,以提高张量分解推荐算法的准确率。实验结果表明,融合用户近邻的张量分解推荐算法比传统的张量分解算法具有更好的准确性,能有效解决稀疏性和准确性问题。
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  基于支持向量机的嫌疑人特征预测

  李荣岗,孙春华,姬建睿

  计算机工程. 2017, 43(11): 198-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.032

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  针对大数据环境下,公安机关计算机核心技术应用不足、备选嫌疑人众多而预测方法相对落后的问题,提出运用支持向量机(SVM)预测犯罪嫌疑人的模型。根据历史犯罪记录进行特征选择,训练基于SVM的嫌疑人特征预测模型,通过此模型对案件嫌疑人的各个特征进行预测,将预测出的特征与备选嫌疑人库中人员特征进行相似度计算,进而预测出最有可能的嫌疑人。实验结果表明,与应用分类和回归算法的模型相比,该模型对预测结果具有较好的解释性,能够缩小排查范围。
图形图像处理
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  基于区域扩张的三维点云模型配准算法

  李羿辰,耿国华,张雨禾,李姗姗

  计算机工程. 2017, 43(11): 204-209,215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.033

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  为提高三维散乱点云自动配准的准确率,提出一种新的基于区域扩张的配准算法。通过局部点云法向量的变化提取特征点,利用区域扩张方法进行初始配准,在搜索精确匹配点的过程中直接剔除错误匹配,使用改进的最近点迭代算法对点云进行精确对齐。实验结果表明,与经典最近迭代点算法和基于曲率的点云自动配准算法相比,该算法能够提升点云配准精度,对特征平滑的点云模型具有较好的效果。
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  基于图像质量约束的无序图像关键帧提取

  郑恩,林靖宇

  计算机工程. 2017, 43(11): 210-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.034

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  针对采集的无序图像存在图像信息冗余、模糊,不能满足特征检测、目标识别、三维重建等技术质量要求的问题,基于图像质量约束,提出一种无序图像关键帧提取方法。采用不预设K-均值的聚簇算法对无序图像进行自动聚簇。根据相似距离从每簇中提取出离聚簇中心最近的一帧作为关键帧。运用二次模糊处理算法对提取的关键帧进行无参考图像质量评价,其评价值若满足质量要求则保留,否则返回原来的簇中重新进行关键帧的提取与评价,直到提取的关键帧满足质量要求为止。实验结果表明,该方法能较好地滤除冗余图像,提取出满足质量要求的关键帧。
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  基于变分模型的图像去雾方法

  刘建磊

  计算机工程. 2017, 43(11): 216-220,226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.035

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  基于雾天图像成像模型的去雾方法在天空区域易产生失真现象,并且存在边缘处透射率计算不准确的问题,为此,提出一种图像去雾方法。该方法基于变分模型构建含有数据项、平滑项和边缘保持项的能量泛函,利用梯度下降流法最小化该能量泛函以达到透射率的精确求解,根据已获取的透射率值和雾天图像复原理论实现图像的精确复原。实验结果表明,该方法在天空区域和边缘区域的去雾效果优于传统方法,具有更小的均方误差值和更大的结构相似度值。
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  基于ACF与PCANet改进通道特征的级联行人检测

  黄鹏,于凤芹

  计算机工程. 2017, 43(11): 221-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.036

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  针对聚合通道特征(ACF)算法误检窗口多的问题,提出一种由粗到精的级联行人检测算法。采用ACF算法快速粗检,改进通道特征来滤除误检窗口,以每个图像通道学习主成分分析(PCA)滤波器组,代替PCANet从训练图像和卷积图中学习滤波器组,用图像通道进行单层卷积,代替PCANet的双层卷积以降低特征维数,提升对行人的表达能力,并对卷积图池化降维,得到改进的通道特征。仿真结果表明,该算法相对于原ACF算法误检窗口减少,检测率在INRIA、Caltech数据库上分别提高3.8%和17.5%。

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  基于NURBS变形和单视角图片的人脸表情生成

  孙思,葛卫民,冯志勇,徐超,彭伟龙

  计算机工程. 2017, 43(11): 227-233,238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.037

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  传统人脸表情重建方法大多通过线性组合的方式,难以生成精细的人脸表情,并且需要使用三维激光扫描仪得到图片,不利于推广。为此,提出一种基于非均匀有理B样条建立三维人脸表情模型的方法。根据人脸形状上与表情相关的特征点调节曲面的控制点,引入几何约束和平滑约束保证整体和局部平滑。实验结果表明,与线性方法相比,该方法鲁棒性较好,可以方便地从标准图片和无约束图片中生成较为精细的三维人脸表情。
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  基于训练图CNN特征的视频人体动作识别算法

  曹晋其,蒋兴浩,孙锬锋

  计算机工程. 2017, 43(11): 234-238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.038

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  为将卷积神经网络(CNN)应用到视频理解中,提出一种基于训练图CNN特征的识别算法。利用图像RGB数据识别视频人体动作,使用现有的CNN模型从图像中提取特征,并采用长短记忆单元的递归神经网络进行训练分类,研究CNN模型和隐层的选择、优化、特征矢量化和降维。实验结果表明,与使用图像RGB数据注意力模型的算法和组合长短期记忆模型算法相比,该算法具有更高的准确率。
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  基于异常点检测的通用无监督隐写取证算法

  吴运达,张涛,侯晓丹,徐琛

  计算机工程. 2017, 43(11): 239-244,251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.039

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  针对图像隐写分析时存在的载体来源失配问题,提出一种结合图像检索和异常点检测的通用无监督隐写取证算法。对待测图像,从图像数据集中检索具有相似统计特性的载体图像构造辅助图像集,而载密图像可视为载体图像中的异常点,通过异常检测的方法实现载密图像的无监督通用盲检测,避免失配问题和复杂的分类器设计过程。对于低维检测特征和富模型特征,分别使用针对基于密度和基于高维空间的异常检测算法进行隐写检测。实验结果表明,与典型的空域隐写算法相比,该算法具有更高的检测效率。
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  基于块近邻的边界约束标签平滑高光谱图像分类方案

  陈善学,桂成名,王一宁

  计算机工程. 2017, 43(11): 245-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.040

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  为提高高光谱图像分类精度,结合光谱信息、邻域信息和边界信息提出一种高光谱图像分类方案。利用局部费希尔判别分析算法进行降维操作并获取边界信息。根据块近邻分类器算法结合光谱和邻域2个维度获得判决信息。采用边界信息对块近邻分类器算法获得的分类标签进行标签平滑操作。在3个真实地物高光谱数据集上进行实验,结果表明该方案稳定有效地提高了高光谱图像的分类精度。
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  基于深度学习的深度图超分辨率采样

  王晓晖,盛斌,申瑞民

  计算机工程. 2017, 43(11): 252-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.041

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  在深度图像采集场景下,为利用场景高分辨色彩图进行超分辨率上采样,提出一种采用卷积神经网络自适应学习局部滤波器核的算法,通过同时应用稠密/高分辨率颜色信息和稀疏/低分辨率深度信息全面提取场景信息。在Middlebury和ToFMark数据集上的实验结果表明,与传统深度超分辨率算法相比,提出的算法能够取得较好的超分辨率结果,尤其在颜色和深度的边缘、纹理不匹配区域,具有更好的鲁棒性。
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  基于改进人工蜂群的图像增强算法

  郭文艳,周吉瑞,张姣姣

  计算机工程. 2017, 43(11): 261-271. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.042

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  针对人工蜂群算法易出现早熟现象和收敛速度慢等问题,提出一种基于回溯搜索的人工蜂群算法。通过回溯搜索算法选择更新种群,采用随机的变异策略和不均匀的交叉策略,增强蜂群算法种群多样性,使得改进的蜂群算法能够跳出局部最优,且具有较好的全局收敛速度。将改进的算法用于图像对比度增强,通过搜索非完全Beta函数的最佳参数α,β,确定灰度变换曲线,对图像灰度进行调整,提高图像对比度。仿真实验结果表明,该算法具有较高的求解精度和较快的收敛速度,与直方图均衡化算法相比,有效地增强了图像的对比度。
开发研究与工程应用
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  基于平稳小波变换和亮度序的局部特征描述子

  房贻广,颜普,刘武,张骥,谭守标

  计算机工程. 2017, 43(11): 272-276,280. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.043

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  局部区域的非线性亮度变化通常会造成局部特征描述子的不稳定。针对该问题,在平稳小波变换和亮度序的基础上,提出一种局部特征描述子。利用Hessian-Affine算子检测仿射协变区域,对检测区域进行平稳小波变换分解,将不同尺度的多个低频子带作为支持区域,多支持区域的使用可以有效地降低图像扭曲带来的不利影响。采用亮度序对支持区域进行区域划分,确保所构造描述子对单调亮度变化具有不变性,并在局部旋转不变坐标系下计算局部特征描述子。实验结果表明,该描述子在视角、线性亮度和JPEG压缩等变化下具有较好的鲁棒性。
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  基于仿生耦合处理的阵列孔径扩展研究

  侯艳丽,夏克文,纪学军

  计算机工程. 2017, 43(11): 277-280. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.044

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  为兼顾传感器阵列的小型化与高性能,提出对小孔径阵列的接收信号进行仿生耦合处理,以扩展阵列的有效孔径。将寄生蝇耦合听觉结构看成一个两输入-两输出系统,基于其振动方程,推导输出响应的具体表达式,构建信号处理模型,优化耦合参数,对阵列信号进行仿生耦合处理。仿真结果表明,仿生耦合处理放大了阵元信号间的相位差,虚拟地扩展了阵列孔径,能够在保证高性能的前提下实现阵列的小型化。
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  三目视觉测量系统在风洞试验中的应用研究

  付增良,梁彬,赵俊波,杨辉

  计算机工程. 2017, 43(11): 281-285,291. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.045

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  针对立体视觉测量技术在风洞试验中的应用特征,设计基于线阵CCD的三目视觉立体测量系统。利用基于双高斯物镜的组合透镜,在降低光学畸变的前提下实现点光源到线光源的变换。组合镜头可对CCD进行三自由度微调,保证测量目标成像于焦平面附近。在系统标定过程中利用三坐标测量机构建虚拟阵列靶,以最大限度地提高标定靶精度。实例应用结果表明,该系统能够实现三自由度虚拟飞行系统模型运动轨迹的追踪及自由振动系统机械阻尼的测量。
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  6LoWPAN智慧城市数据采集系统的设计与实现

  冯冬青,朱行武

  计算机工程. 2017, 43(11): 286-291. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.046

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  针对智慧城市建设对数据资源的基础性需求,提出一种基于6LoWPAN无线传感器网络技术的数据采集系统设计方案。基于C/S模式实现数据服务器从底层网络获取数据,在提高灵活性的同时,提升有效数据流量比。通过6to4隧道与Netfilter框架设计基于网络层的嵌入式网关,实现6LoWPAN网络与以太网的融合,同时提高网关的适应性,降低小数据包平均转发时延和丢包率。数据消费端与数据服务器之间基于C/S架构设计,既保证数据消费端能根据应用对象的不同而独立设计,又可以降低数据服务器端的复杂度。测试结果表明,提出的方案可行性高、组网方便、易于维护和升级。
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  一种高速免驱USB加密卡的设计与实现

  张锋,朱振荣,史胜伟

  计算机工程. 2017, 43(11): 292-296,302. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.047

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  针对信息安全业务对安全加密模块处理速率要求日益增高的现状,基于自主研发安全芯片提出一种通用串行总线(USB)加密卡设计方案。开发一个多层结构的高性能片上操作系统,并将USB加密卡配置为大容量存储设备,利用Bulk-Only协议与主机通信,使主机无需安装驱动,同时通过扩展的SCSI私有指令完成加解密操作,提高便捷性与安全性。此外,设计一种USB高速密码算法子系统,其中采用数据流控制单元以及USB直接内存存取、协处理器软件流水线、AHB-Lite总线等多种加速策略。测试结果表明,该方案设计的USB加密卡使用便捷,能够高速完成国密SM1的运算。
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  基于强空间集成的交通状态判别方法

  刘擎超,蔡英凤,江浩斌,何友国,陈龙

  计算机工程. 2017, 43(11): 297-302. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.048

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  为研究服务于交通诱导的路网宏观交通状态判别模型,依据集成学习理论,基于强空间集成,提出一种交通状态判别方法。采用K-近邻规则寻找与待判别交通流数据相似的一组训练样本,构成待判别数据的邻域,挖掘交通状态学习器的强空间,进而输出交通运行状态等级标签。采用交通状态混淆矩阵,查全率、查准率等进行实验,结果表明该方法能够较准确地判断路网交通状态,满足交通状态判别的实际应用。
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  基于OPC技术的高压开关柜无源无线温度监测系统设计

  赵勤学,杨俊杰,楼志斌

  计算机工程. 2017, 43(11): 303-309. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.049

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  现有高压开关柜温度在线监测系统存在安装维护复杂、传感器供电不可靠、接口开放性差等不足。针对该问题,基于面向过程控制的OLE技术(OPC),设计一种新的温度监测系统。利用无源无线的声表面波温度传感器采集温度信息,通过ZigBee无线网络进行数据传输,实现高压开关柜温度在线监测与集中显示,同时采用OPC服务器软件架构屏蔽设备的底层私有协议,便于与其他测控平台实现无缝集成。实验结果表明,该系统能够克服协议私有、接口不开放的弊端,具有较好的工程应用价值。
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  基于区域粒子群优化和部分高斯重采样的SLAM方法

  王田橙,蔡云飞,唐振民

  计算机工程. 2017, 43(11): 310-316. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.050

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  为解决Rao-Blackwellized粒子滤波同时定位与地图构建方法中存在的粒子退化和粒子耗尽现象,提出一种同时定位与地图构建优化方法。为缓解粒子退化,通过区域粒子群优化方法调整粒子的建议分布,把粒子集聚类成多个区域,计算每个区域的加权中心位置,对区域内粒子进行粒子群优化操作使得粒子向区域中心位置移动。在重采样过程中,给出一种部分高斯重采样算法,只对权值过高或过低的粒子进行重采样。实验结果表明,与MT-GMapping方法相比,改进方法可以通过更少的粒子得到精度更高的地图,满足实际使用的需求。
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  基于流形算法与RBF网络的超短期风速预测

  张雪松,朱想,赵波,魏海坤,邵海见

  计算机工程. 2017, 43(11): 317-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.11.051

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  传统的风速预测方法往往通过经验来确定模型结构,未考虑输入变量选取、系统的动态特性等问题,导致系统在不同时间尺度下的动态特性没有得以充分反映,降低模型的推广泛化能力。针对上述问题,提出一种基于流形算法和RBF网络相结合的方法,通过模型结构设计和本质特征提取等方法,增加模型预测结果的稳定性和鲁棒性,以提高模型的推广能力。以华东某风电场数据进行实验分析,结果表明,与传统风速预测方法相比,该模型结构选择方法可提高模型计算效率,降低样本复杂度,能够得到更好的预测效果。