2014年, 第40卷, 第8期 刊出日期：2014-08-15
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计算机工程. 2014, 40(8): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.001精准描述无线传感器网络(WSN)中受干扰节点的性能,对拥塞控制和速率分配等无线协议的有效运作具有重要意义。研究表明物理模型(PRR-SINR模型)在现有干扰模型中准确率较高,为此,分别提出集中式和分布式算法用于建立WSN节点的PRR-SINR模型。集中式算法通过一个中心节点控制节点收发测量包,使每个节点可以进行逐步建模;分布式算法则依赖每个节点自主控制收发包状况进行建模。在含有17个TelosB节点的WSN中对算法进行性能评估,结果表明,2种算法均能在保证高精确度的情况下,快速、低开销地对网络中的所有节点建立PRR-SINR模型。
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计算机工程. 2014, 40(8): 6-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.002针对分簇路由协议分簇不均匀及能耗不均衡等问题,提出一种基于能量和距离因子的分簇路由算法。通过加入能量和距离因子对簇头选择的阈值公式进行改进,延长竞选出的簇头工作时间,增加备择簇头以减少重建簇的轮数,从而降低选举消耗的能量。在广播当选信息之前加入等待时间,普通节点选择与其通信代价最小的簇头所在簇申请加入。建立最优路径进行簇间路由,并采用单跳和多跳相结合的方式。仿真结果表明,与EECS算法相比,该算法可减少约8%的能耗,并有效均衡节点能耗,延长网络生命周期。
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计算机工程. 2014, 40(8): 10-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.003将传统非均匀分簇算法应用于低冗余度的无线传感器网络(WSN)中时,存在传感器节点早衰和簇间多跳通信传输能量开销不均衡的问题。为此,针对低冗余度WSN,提出基于粒子群和最短路由树的非均匀分簇路由算法。利用粒子群算法优化非均匀分簇过程,通过建立最短路由树搜索簇间多跳传输最优路径,实现数据从传感器节点到基站的高效传输。仿真结果表明,相比于EECS和EEUC算法,该算法可有效延长低冗余度WSN的网络生命时间,均衡簇间通信能量消耗。
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计算机工程. 2014, 40(8): 15-20,26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.004在传统DV-Hop算法中,未知节点仅接收最近锚节点估计的平均跳距,增加了平均跳距估计误差,导致定位误差较大。针对该问题,提出一种改进的DV-Hop算法。该算法在计算未知节点到各锚节点的跳数和距离时,对未知节点接收的多个锚节点的跳段距离进行加权,获得较优平均跳距。同时修正定位得到的未知节点坐标,将已定位的未知节点升级为锚节点,并参与到其他未知节点的定位中。Matlab仿真结果表明,改进算法的定位精度比传统DV-Hop算法提高了10.26%~15.38%,较冯江等人提出的改进算法(计算机工程,2012年第19期)提高了2.0%~3.78%。覆盖率比传统DV-Hop算法提高了8.6%~12.7%,较张静等人提出的改进算法(计算机应用,2011年第7期)提高了约1.3%。
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计算机工程. 2014, 40(8): 21-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.005为确定ZigBee是否适合数据密集型的身体传感器网络,对ZigBee的性能进行实验评估。在争用情况下,对星型和树型拓扑结构的身体传感器网络进行数据传输率和端到端的延时测试,对时钟漂移和隐藏节点的影响进行建模并通过实验加以验证。评估结果表明,启用ACK机制,在星型拓扑结构中,没有隐藏节点的ZigBee网络可靠性较好,传输率接近100%;在树型拓扑结构中,由于路由器过载和高流量负载激活路由维护协议导致性能下降,在不启用ACK机制的情况下,传输率最差为13%。因此,要将ZigBee协议应用于身体传感器网络,还需要一种机制来分配由数据密集型设备产生的流量负载,避免网络性能下降。
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计算机工程. 2014, 40(8): 27-32,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.006针对物联网环境下的密钥管理、隐私保护等安全问题,提出一种基于同态加密与中国剩余定理(HECRT)的密钥管理方案,给出基于节点位置信息的分层网络模型,根据节点位置信息进行网络设施部署。通过构造双重密钥池实现网络密钥管理和分配,从而节省网络开销和节点资源消耗。在通信过程中采用同态加密技术处理节点隐私信息,以保障用户隐私数据的安全。仿真结果表明,该方案具有较好的网络连通性和较高的安全性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 33-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.007随着物联网技术的发展,无源超高频无线射频识别(UHF RFID)定位技术的应用环境日益扩大。但在室内复杂多径的信道条件下,其定位精度往往由于多径干扰而大幅下降。为此,对多径环境下的无源RFID进行定位误差分析,并根据误差模型提出一种基于多维标度的RFID定位算法。利用阅读器获取参考标签和定位标签的相位差,通过相位差构建参考标签和定位标签之间的距离矩阵,并采用多维标度方法获取定位标签的位置信息。仿真结果表明,在存在较强直视路径的多径环境中,该算法仅使用少量的参考标签即可有效对抗多径干扰。
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计算机工程. 2014, 40(8): 38-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.008现有的协同过滤算法在计算用户间或项目间相似度时,由于数据集稀疏导致相似度差值过小,难以找出真正的相似用户与相似项目。为此,提出一种融合影响因子的加权协同过滤算法。利用基于用户间与项目间共同评分用户个数的影响因子,修正用户及项目相似度,并分别定义基于项目与用户的预测评分计算算法,将项目间与用户间的共同评分项作为加权系数,得出最终的预测评分算法,根据最终预测评分,采用TopN算法进行推荐。在真实数据集上的实验结果表明,该算法在不同邻居数上的平均绝对误差小于0.78,明显提高了推荐质量。
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计算机工程. 2014, 40(8): 43-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.009并行程序设计的复杂性及并行计算平台的多样性导致程序可移植性较差。为此,设计并实现一种跨平台、分层次的并行编程框架OpenCH。该框架通过两层并行函数库和层次化的API设计,对上层应用程序隐藏并行化细节,为基于不同计算平台的库函数设计了统一的函数接口,使底层平台的变化对上层应用程序透明。根据底层函数库的开发,给出一种填充式的编程方法和任务调度系统。将OpenCH应用于遥感影像分类,实验结果证明,基于该框架开发的并行程序可运行于多种并行计算平台,并具有较高的并行加速比,编程框架本身造成的时间开销低于15%。
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计算机工程. 2014, 40(8): 48-51,57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.010模糊数据库由于其所含信息的模糊性,可分解为现实世界的多种可能性状态。在已有研究的基础上,对基于Vague关系数据模型的Vague连接操作进行研究,并在限定条件下,给出一个Vague外键连接操作计算公式。该公式可直接用于Vague数据库,可避免对Vague数据库对应的所有可能性状态逐一进行操作,且查询结果满足性质rep(q (T )) = q (rep(T ))。与基于可能性状态的查询方法相比,该方法的查询结果有效且具有较高的执行效率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.011单纯型连续近邻链查询在空间数据查询、空间数据挖掘和网络搜索等领域具有重要意义。针对障碍物环境下动态数据集中的单纯型连续近邻链查询问题,着重考虑新增点和删除点对初始单纯型连续近邻链的影响,基于判定圆域对初始单纯型连续近邻链进行二次计算和判断,提出在数据集动态增大和动态减小环境下的OB_DYNSCNNC_ADD和OB_DYNSCNNC_DET查询算法,以实现对数据集的有效筛选和过滤。理论研究和实验分析表明,2种算法均能实现障碍物环境下动态数据集中的单纯型连续近邻链查询,并具有较高的查询效率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 58-63,69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.012针对DBSCAN算法无法处理变化密度的问题,提出一种基于变化密度的自适应空间聚类方法。采用密度变化率来识别不同密度的簇之间的边界,且运行时自动调整参数的值。将密度定义为一个点到其第k个最近邻居的距离,若一个点的邻居的密度与该点密度的变化率小于用户给定阈值,则为相似邻居。定义核点为最邻近邻居中至少有k个是相似邻居的点,在此基础上应用DBSCAN算法进行广度优先搜索,将密度相似并且距离可达的核点及其最邻近邻居标记为同一个簇。在判断相似邻居时,根据已加入的核点的平均密度和密度变化率自动调整参数值。实验结果表明,该方法可以准确地发现任意形状、大小和密度的簇,消除孤立点,且通过自适应机制更容易设置合适参数。
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计算机工程. 2014, 40(8): 64-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.013在Web环境下查询遥感图像数据时,由于数据规模巨大和数据来源众多,常出现页面响应时间过长甚至没有响应的情况。针对传统分页查询方法查询数据量越大,页面响应速度越慢的问题,提出一种基于页面转换算法的多源海量遥感数据分页查询优化策略。调用Web服务获取各个数据源中满足条件的记录总数,利用页面转换算法实现用户查询页面的划分,由智能Agent动态查询与合并各个数据源的子页面。对不同的查询数据量进行实验,结果表明,传统分页查询方法的响应时间随着数据量的增加呈线性增长趋势,而优化后分页查询方法的响应时间基本保持不变。
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计算机工程. 2014, 40(8): 70-75,85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.014
针对传统关系型数据库在对大数据进行操作时,系统性能严重下降、计算效率提升有限以及可扩展性差等问题,引入MapReduce并行计算模型,提出一种大数据上基于列存储的MapReduce并行连接算法。设计面向大数据的分布式计算模型,包括MapReduce分布式环境下的列存储文件格式MCF,采用协同定位策略实现对分布式存储的优化。使用分片聚集和子连接启发式优化方法,实现大数据在MapReduce分布式环境下并行连接算法。实验结果证明,在大数据分析处理中,该算法在执行时间和负载能力上有着较好的优化性能,同时具有良好的可扩展性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 76-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.015
针对容迟网络(DTN)拓扑频繁割裂、间歇连接等特点,利用余弦定理,提出一种基于一跳邻居节点信息的下一跳节点选择算法,并基于此实现受控传染路由算法LC-Epidemic。LC-Epidemic算法不对全局拓扑知识信息做任何假设,只利用一跳以内节点的位置信息。实验结果表明,当节点移动相对缓慢并且消息生命周期较短时,LC-Epidemic算法的消息投递率逼近于Epidemic算法,然而其网络开销却只有后者的50%。在消息生命周期较短的情况下,当节点的缓存资源不是限制路由算法性能的瓶颈因素时,LC-Epidemic算法在投递时延方面好于Binary Spray & Wait以及FirstContact算法。
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计算机工程. 2014, 40(8): 86-90,95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.016
在云计算环境下,由于安全域的物理边界模糊、同一租户的虚拟化资源跨数据中心等现象,使得传统网络访问控制方法无法满足虚拟网络的实际需求。为此,提出面向云计算虚拟网络的访问控制方法,通过基于虚拟可扩展局域网协议的虚拟网络流量隔离技术,采用虚拟映射和IP组播相结合的方法,为跨数据中心的虚拟机通信提供隧道访问机制,使得不同安全域之间的虚拟流量相互隔离。实验结果证明,虚拟通道终端与虚拟网关相结合,可以对虚拟网络访问进行有效控制和隔离,同时具备较好的协议解析有效性和较高的运行效率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 91-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.017〖JP+1〗在车载自组织网络(VANET)中,车辆高速移动和分布不均导致网络拓扑快速变化、传输路径频繁中断,造成路由效率低下。为此,提出一种适用于城市场景的、基于卡尔曼预测的VANET混合路由算法,每个车辆节点通过部署卡尔曼预测器对邻居节点位置进行预测,通过该预测位置进行路由计算。在GPSR算法贪婪模式和边缘模式的基础上,借助容迟网络(DTN)路由的思想,存储并携带无转发节点的分组直至找到合适的转发节点。仿真结果表明,与GPSR算法和带缓存的GPSR算法相比,该算法在分组投递率和端到端时延方面性能更好。
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计算机工程. 2014, 40(8): 96-100,105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.018针对ZigBee网络中AODVjr路由算法存在节点死亡率高、网络能耗大的问题,结合节点的存储结构、能量和链路质量特点,提出一种改进的ZigBee网状网络路由算法F-AODVjr。在路由发现之前,利用路由节点自动维护的邻居表寻找目的节点,以降低因路由请求(RREQ)分组寻址目的节点导致的能量消耗。在路由发现阶段,通过改进AODVjr路由算法的最短路径寻址思想,设计含有路由跳数、节点剩余能量和链路质量的路由算法,寻找具有最低路由成本的优化路径。仿真结果表明,F-AODVjr路由算法可以有效降低网络整体能量消耗,提高节点生存率及数据分组成功投递率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 101-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.019DF数据聚合方案在加/解密时采用相同的秘钥,因此不能有效抵抗已知明文攻击、捕获攻击及中间人攻击。为解决该问题,提出一个适用于无线传感器网络的数据聚合方案。该方案利用一次一密的双重加密机制,多资源节点在加/解密时采用不同的密钥,从而有效抵抗明/密文攻击、捕获攻击以及中间人攻击。同时,基于隐私同态技术进行数据加密,使得聚合数据时无需解密,保证了数据机密性和用户的隐私性。分析结果表明,与SDAP和SEDA方案相比,该方案具有较强的前向安全性和较低的存储开销。
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计算机工程. 2014, 40(8): 106-111,115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.020针对非可信云环境中的密文检索问题,在dPEKS模型的基础上,提出一种不含双线性对运算的密文检索公钥加密方案。该方案借鉴了RSA算法和Elgaml算法的思想,基于特殊模剩余类环上、循环群中的运算来构造加解密和检索子算法。在判定性Diffie-Hellman问题困难假设的前提下,证明了该方案可以抵抗不可区分性选择明文攻击和离线关键词猜测攻击。性能分析结果表明,该方案能够有效加解密数据,支持密文的关键词检索,并且在运算效率上比现有同等级安全的公钥加密方案更具优势。
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计算机工程. 2014, 40(8): 112-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.021BLS短签名是基于双线性对构造的数字签名方案,与传统ECDSA签名方案相比具有签名长度短的优势。目前,椭圆曲线密码的故障攻击已经得到深入研究,而基于双线性对构造的密码故障攻击研究则较少。针对BLS短签名的安全问题,从故障攻击的角度进行分析,通过将现有的适用于二元扩域椭圆曲线的无效曲线故障攻击方法推广到三元扩域,从而对BLS短签名方案实施攻击。仿真实验结果表明,在具备单比特故障注入的条件下,该方法只需导入1次单比特的故障即可以较大的概率破解BLS短签名的密钥。
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计算机工程. 2014, 40(8): 116-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.022针对存在恶意节点情况下的无线传感器网络(WSN)节点定位问题，提出基于Beta信誉系统(BRS)的鲁棒安全定位算法。在BRS基础上建立信任评估框架，传感器节点在多跳通信范围内将锚节点的最终信任值与所存储的阈值进行比较，从而降低WSN中恶意攻击的影响。采用基于泰勒级数展开的加权最小二乘法估算普通传感器节点的坐标，以识别WSN中的恶意锚节点，并提高节点定位精度。仿真结果表明，与RMLA2, RMLA1, Bilateration, t-TLS定位算法相比，该算法在恶意锚节点不存在串通的情况下定位精度分别提高约10%, 15%, 55%, 110%，在恶意节点串通的情况下定位精度分别提高约15%, 20%, 65%, 150%。
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计算机工程. 2014, 40(8): 123-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.023针对计算机网络上的病毒传播问题,提出一种二部无标度网络,其节点分为客户机和服务器两类。在二部无标度网络上应用易感-感染-易感(SIS)传播模型,采用率方程的方法研究二部无标度网络上病毒的状态转移和临界行为,得出客户机感染密度与服务器感染密度的关系式。在SIS模型的基础上利用免疫策略,针对相同的网络拓扑和病毒传播模型,分析比较免疫策略的免疫功能,并给出支持理论结果的数值模拟,结果验证了随机免疫、节点度免疫与相识点免疫策略都具有防御病毒传播的功能,并且防疫能力依次增强。
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计算机工程. 2014, 40(8): 128-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.024现有(n,t,n)秘密共享方案能够保证主份额满足强t一致性,但不能验证子份额的正确性,而且不能防止秘密重构过程中出现欺骗行为。为此,利用离散对数困难假设、公钥加密算法以及密钥协商思想,设计一个可公开验证的无可信中心的强(n,t,n)秘密共享方案。参与者在验证过程中只需利用公开信息便可验证,无需进行交互式通信,从而能够抵抗秘密重构过程中出现的欺骗行为,并在一定程度上减少建立私有信道所需的成本开销。性能分析结果表明,与现有(n,t,n)秘密共享方案相比,该方案具有较少的计算开销和通信开销,并且在强t一致性和可公开验证性方面更具优势。
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计算机工程. 2014, 40(8): 133-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.025信任的动态性刻画和信任信息的聚合能力是信任模型需要考虑的重要问题,然而现有信任模型存在难以描述节点行为的动态变化特性、忽略信任的模糊特征和上下文环境影响等问题。为此,提出一种基于直觉模糊集合理论的动态信任模型DIFTrust,通过兴趣域划分机制刻画节点信任关系存在的上下文环境,基于直觉模糊集合理论刻画信任的模糊特性,以及利用时间窗口机制和自适应权重向量刻画信任的动态衰减特性,解决具有直觉模糊特征的节点动态信任关系的描述问题。实验结果表明,该模型能够有效描述节点的信任特征,在防止恶意节点策略性行为改变等方面优于现有PeerTrust和DyTrust等模型。
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计算机工程. 2014, 40(8): 138-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.026针对混合蛙跳算法在解决高维优化问题时易早熟收敛、求解精度低等问题,提出一种自适应交替的差分混合蛙跳优化算法。采用粒子群算法在短时间内产生一组满足约束条件的初始解,以提高初始解的质量。在此基础上,利用差分进化算法全局搜索能力强、种群多样性好等优点,设计一种自适应选择机制,动态地交替使用混合蛙跳算法和差分进化算法,使两者有机融合、优势互补。对6个经典函数的仿真测试结果表明,该算法可以丰富粒子的多样性,使算法前期和后期都具有较好的寻优能力,且寻优速率、求解精度、稳定性都优于混合蛙跳算法、差分进化算法和差分混合蛙跳算法。
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计算机工程. 2014, 40(8): 143-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.027环境建模和路径规划是轮式机器人视觉导航的关键技术。针对传统视觉导航中环境建模实时性较差的问题,提出利用边缘延伸原理对轮式机器人视觉环境进行感知的方法;针对人工势场法在路径规划中出现局部最优解、路径震荡的问题,提出改进的逆势场导向法,给出新的人工势场函数,得到广义上的轮式机器人安全通道;针对轮式机器人路径不能出现急转急停的问题,提出一种曲率映射法,将轮式机器人的运动轨迹映射成曲率,设计相应的平滑路径生成策略。最后给出路径生成的算法,通过仿真研究与实验验证了该算法的有效性和正确性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 147-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.028针对混沌变异的小生境粒子群优化算法(NCPSO)进化中收敛速度慢、搜索精度低的缺点,提出一种基于调节因子的NCPSO改进算法(NCPSO-FLV)。通过引入速度调节因子,对收敛速度做出判断,改变粒子速度帮助粒子跳出局部最优值,使种群多样性得到加强,收敛速度和搜索精度得到提高。实验结果表明,与基于惯性权重的基本粒子群算法和NCPSO算法相比,NCPSO-FLV算法的精度更高，适用于生产任务分配的工业优化计算。
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计算机工程. 2014, 40(8): 152-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.029针对机动车在检测和追踪过程中容易受到光照变化、目标遮挡以及天气变化等影响的问题,提出一种基于马尔可夫蒙特卡洛(MCMC)与多假设数据关联算法的多机动车检测和追踪算法。根据HOG特征模板匹配与MCMC运动状态估计,将外观模型和运动模型相结合,并保持全局数据关联。通过提高检测匹配阈值,降低运动估计误差,使算法满足精准性和实时性的要求。实验结果表明,该算法能够准确地估计机动车的运动状态,具有较高的检测准确率、精度与实时性,在正常光照条件下,检测和追踪的精度分别达到90%和85%以上。
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计算机工程. 2014, 40(8): 158-162,167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.030敏感话题通常包含态度倾向性,且具有一定的先验知识,如何有效利用这些先验知识来判断网络文本的敏感性是敏感话题检测的研究难点和热点。在充分利用条件随机场强大知识拟合能力的基础上,提出一种基于条件随机场的敏感话题检测模型。抽取特征词项,并结合敏感词汇库,将待检测文档和敏感话题类别分别表示为条件随机场中的观察序列和状态序列,再利用敏感话题类别中的先验知识来构造特征函数,从而使观察序列和状态序列建立联系。将待测文档中的特征项根据概率标注为敏感话题类别中的词项,在此过程中采用Viterbi算法对观察序列的可信度进行估计,并依据估计所得的概率值对待测文档中的特征项进行敏感性标注。实例验证结果表明,该算法能够得到较好的准确率、召回率和F度量值。
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计算机工程. 2014, 40(8): 163-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.031针对无标签样本和单标签样本的融合学习问题,提出样本稀疏邻域的概念,进而给出基于稀疏邻域的特征融合算法(SNSPDA)。样本的稀疏邻域充分利用稀疏表示的判别属性,增强了具有较大表示系数样本对被表示样本的重构作用。SNSPDA算法可捕获数据的局部几何结构,保持样本间的稀疏重构关系,同时避免单标签样本学习中的过拟合问题。大量单标签图像样本的实验结果表明,SNSPDA算法比仅反映单一数据属性的融合算法具有更高的识别率,如在光照条件变化较大时,该算法的正确识别率分别比稀疏保持判别融合算法与半监督判别融合算法提高了2.14%与17.43%。
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计算机工程. 2014, 40(8): 168-172,178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.032为解决人体动作识别中的复杂背景和自遮挡问题，对深度图像进行研究，从深度图像中获取20个人体骨架关节点，在此基础上将动作时间序列的关节角度变化作为人体运动的特征模型。通过改进的动态时间规整算法计算不同动作之间关节角度变化序列的相似性，进行动作识别，以缓解传统DTW算法病态校准的问题。将识别方法在采集的动作数据库和MSR Action3D数据进行验证，实验结果表明，该方法能达到90%以上的识别率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 173-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.033针对引力搜索算法局部搜索能力较弱,搜索过程容易出现早熟的现象,提出一种基于多样性和局部优化能力协同优化的引力搜索算法。将粒子群算法中局部最优解和细菌趋化中排斥操作的概念引入到引力搜索算法中,通过帮助粒子接近最优位置和逃离最差位置,改进了搜索算法中粒子的局部优化能力及种群多样性,并使用标准函数进行测试。结果表明,该算法能够实现全局搜索与局部搜索的平衡,最大程度地保持种群多样性,提高算法搜索能力。
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计算机工程. 2014, 40(8): 179-182,189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.034规则式分类器通常使用单一度量选择属性值,然而单一度量会导致很多属性值具有相同的度量值,从而无法选择出“好”的属性值。此外,规则式分类器通常提取置信度为100%的规则,致使规则提取过程比较费时,并且所得到的规则支持度较低。针对上述不足,提出新的属性值度量——选择度。选择度是基于信息熵、类支持度及偏离度3种度量的结合,能更好地区分属性值的优劣。在此基础上,提出一种基于选择度的分类规则学习算法LRSM。在LRSM算法中,当规则包含的负实例数小于给定域值时,该规则被抽取,删除被此规则覆盖的实例,抽取下一条规则。实验结果表明,与FOIL算法相比较,LRSM算法提高了分类准确率,同时明显地减少了分类所消耗的时间。
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计算机工程. 2014, 40(8): 183-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.035针对差分进化算法存在的收敛速度慢、稳健性差等问题,借鉴多种变异优化策略,提出一种基于两阶段不同变异交叉策略的差分进化算法。引入反向混沌搜索的初始化方法,将初始种群分为较好和较差2个子种群,两阶段依次对上一阶段改进的较好和较差2个子种群采用不同的差分进化策略,并定期将较好和较差2个子种群重新按适应值排列组合进入下一阶段,以提高种群的质量,同时克服单一差分策略的缺陷。函数仿真结果表明,与其他差分进化算法相比,该算法的收敛速度和寻优精度均得到明显改善。
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计算机工程. 2014, 40(8): 190-193,200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.036在Chirp矩阵的压缩采样中,针对离散傅里叶变换(DFT)相关检测算法重构精度较差、可用信号稀疏度有限的问题,提出一种基于离散Chirp-Fourier变换(DCFT)的重构算法。根据信号稀疏度k增加采样数,使采样矩阵具有对k值大的信号有准确重构的能力;选择采样信号k个最大的DCFT幅值所对应的原子索引来击中信号非零元的位置,以减少DFT相关算法中交调干扰造成的最佳原子误检测;利用最小二乘法估计各非零元的幅值,进一步减小重构误差。对长度为1 681的一维信号进行采样和重构实验,结果表明,该算法重构的信号稀疏度增大至DFT相关检测算法的4倍,并且时间复杂度仍为O(kN)。
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计算机工程. 2014, 40(8): 194-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.037流形学习算法能否成功应用依赖于邻域大小参数的选取是否合适,但该参数在实际中通常难以高效选取。为此,提出一种邻域大小参数的递增式选取方法。按照流形的局部欧氏性,邻域图上的所有邻域都呈线性或近似线性,邻域大小参数若合适,此时所有邻域的线性度量可聚成一类;而邻域大小参数若不合适,邻域图上就会有部分邻域不再线性,其线性度量也不能聚成一类。对邻域图上的每一个邻域执行加权主成分分析,用重建误差对其线性程度进行度量,并计算相应的贝叶斯信息准则,以探测其聚类个数,从而实现对邻域大小参数的递增式选取。实验结果表明,该方法无需任何额外参数,具有较高的运行效率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 201-204,216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.038为提高引力搜索算法的收敛性和搜索精度,提出一种基于亲和度的改进引力搜索算法PGSA。分析已有引力搜索算法的原理,通过改变粒子的引力合力计算公式对其进行改进,构造亲和度,即通过粒子间的质量差来表示粒子间的亲和度,将其作适当变换构造一个系数改造基本引力搜索算法。采用Matlab对该算法进行验证,数值仿真结果表明,改进后的引力搜索算法具有较快的收敛速度和较高的搜索精度。
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计算机工程. 2014, 40(8): 205-211,223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.039传统K-means算法随机选取初始聚类中心,容易导致聚类结果不稳定,而优化初始聚类中心的K-means算法需要一定的参数选择,也会使聚类结果缺乏客观性。为此,根据样本空间分布紧密度信息,提出利用最小方差优化初始聚类中心的K-means算法。该算法运用样本空间分布信息,通过计算样本空间分布的方差得到样本紧密度信息,选择方差最小(即紧密度最高)且相距一定距离的样本作为初始聚类中心,实现优化的K-means聚类。在UCI机器学习数据库数据集和含有噪音的人工模拟数据集上的实验结果表明,该算法不仅能得到较好的聚类结果,且聚类结果稳定,对噪音具有较强的免疫性能。
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计算机工程. 2014, 40(8): 212-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.040为解决图像领域中的归一化彩色图像分割问题,提出一种限速离散蜂群优化算法。根据问题模型将蜂群算法中的位置重新定义为离散化的位置,增加个体蜂的速度定义;引入一个限速过程,设计限速作用函数,增加种群的多样性,解决了算法早熟收敛的问题,同时在个体蜂的位置更新中采用自适应权重调整策略,提高算法稳定性和收敛速度。仿真实验结果表明,该算法在收敛速度和图像处理效果上优于标准蜂群算法,并验证了该算法在归一化彩色图像分割问题中的高效性和优越性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 217-223. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.041针对结构图像修复中修复质量和时间难以平衡的问题,提出一种基于灰色理论和蚕食控制的快速修复方法。该方法以待修复区域的已知邻域信息为基础,采用基于均值生成时序的单因子系统云灰色预测模型SCGMmv(1,1),挖掘不同方向灰度序列的变化趋势,对单个未知像素点的像素值进行预测,并在修复过程中模仿蚕食桑叶对填充顺序进行控制,在保证边缘结构修复质量基础上,避免了复杂的修复优先级计算。实验结果显示,该算法不仅能有效延伸边缘和平滑区域的拓扑结构,而且能满足实时性要求,获得了较好的视觉效果。
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计算机工程. 2014, 40(8): 224-228. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.042针对基于学习的超分辨率重建算法重建结果不自然,且重建速度较慢等问题,提出一种在多级下采样图像中搜索相似块并自适应加权的重建方法。对学习到的高分辨率块进行修正,并根据相邻块重叠部分的相似度对上述高分辨率块进行加权,从而降低重建后图像的模糊度和锯齿现象。采用随机块搜索方法对相似块进行查找,相对于树结构的查找方法大幅降低了重建时间。实验结果证明,该方法能够在无任何先验信息的条件下,快速地对单幅图像进行超分辨率重建,并且从有参和无参的图像质量评价两方面,证明重建出的图像质量也有所提高。
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计算机工程. 2014, 40(8): 229-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.043基于局部特性的分割校正模型能够在图像分割的同时实现对非均匀场的校正,从而对灰度不均匀图像有较好的分割效果,然而,该模型具有局部特性,且采用多相分割,使得活动轮廓曲线对初始位置较为敏感,且分割速度较慢。针对该不足,通过引入自适应距离保持水平集算法,采用分割校正模型与自适应距离保持水平集相结合的方法,提出一种新的快速分割算法。实验结果表明,该算法可摆脱初始轮廓的限制,避免在分割灰度不均匀图像时边缘泄漏和分割不足现象,并且具有分割快速的特点。
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计算机工程. 2014, 40(8): 233-236,241. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.044在铁路无线列调系统中,会话初始化协议(SIP)代理服务器通过解析和转发SIP传入数据包提供呼叫路由服务,其效率将直接关系到铁路交通运输的安全和可靠。针对铁路实际场景对于SIP代理服务器性能的特定需求,通过研究分析SIP代理服务器的工作体系结构,提出WiMAX 网络环境下基于M/G/1排队论的SIP代理服务器模型,对其主要性能指标如SIP呼叫平均响应时间以及系统中的平均SIP呼叫数进行分析预测,并在实际应用场景中进行实验。测试结果表明,当每秒并发通话数小于400时,基于该模型的SIP代理服务器体系结构中SIP消息的平均响应时间不超过20 ms,能够满足铁路实际场景需求,基于该模型的分析预测也可以为无线列调系统的部署和优化提供有效的参考。
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计算机工程. 2014, 40(8): 237-241. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.045目前在安静环境下电子耳蜗编码技术已取得较高的语音识别率,但在噪声条件下听觉感知性能下降明显。针对该问题,提出基于改进增益函数的电子耳蜗语音增强算法。以组合编码算法为基础,采用约束方差的噪声谱估计算法进行噪声功率谱估计并应用于信噪比估计。结合人耳掩蔽阈值在子频带中自适应调节增益函数,将改进的增益函数与通道选择相结合,实现电子耳蜗语音增强。实验结果表明,与采用基本谱减法前端去噪和传统增益函数的电子耳蜗语音增强算法相比,该算法的语音平均识别率分别提高了53%和22%,在保留更多语音信息的同时能有效消除背景噪声干扰。
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计算机工程. 2014, 40(8): 242-245,252. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.046针对现有异构多核处理器(CMP)任务调度算法中存在的优先级排序机制不健全、任务调度效率不高的问题,提出一种基于启发式的综合任务调度算法。该算法以表调度为基础,面向平台异构性和依赖任务特性,给出一种按照加权优先级构造任务调度列表的方式。在此基础上,采用多任务复制技术减少核间依赖任务的通信时延,提早任务的最早开始时间,并在任务分配阶段采取区间插入的方式将任务分配到合适的处理器内核上执行,以提高处理器资源利用率。设计模拟实验对该算法性能和已有的2个较为高效的启发式任务调度算法进行对比实验,结果证明该算法能有效提升任务调度性能。
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计算机工程. 2014, 40(8): 246-252. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.047传统配置技术中配置容量往往得不到充分利用,并且已经分配的存储资源占用的存储空间即使被释放了也无法再次使用。为此,应用自动精简配置(TP)技术按需分配存储资源,解决存储资源的浪费问题。针对一般文件系统中空闲空间回收方法均需要占用额外的系统资源问题,提出SAN环境下基于NTFS文件系统簇位示图的空间智能回收方法。实验结果表明,NTFS文件系统的空间回收方法可有效回收空闲空间,当TP页大小设置在KB级时,回收效率可达90%以上,同时该方法推迟了容量预警和在线扩容的时间,提高了存储利用率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 253-258,263. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.048在设计阶段将Web服务组合可靠性指标约束分配到各组件服务,以提供一个可靠性高、成本最小化的Web服务组合是非常必要的。 为此,分析Web服务组合结构模式及其对应的可靠性。基于组件服务的可靠性和成本之间的关系函数,建立组合服务可靠性分配优化模型并利用遗传算法对其进行求解。使得在保证Web服务组合可靠性的前提下,将Web服务组合的可靠性指标合理分配给组件服务,并把成本控制到最低。实验结果表明,与其他可靠性分配方法相比,该方法在节约成本方面具有优越性,是有效且实用的,种群具有更好的收敛性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 259-263. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.049针对捷联式惯导系统中浮点矩阵乘积计算量大、串行处理方法耗时多制约捷联式惯导系统实时性提升的问题,提出一种基于FPGA/SOPC的浮点矩阵乘积并行处理方法。该处理方法的核心——高性能矩阵乘积单元是在脉动阵列结构基础上通过循环分块、数据空间分割及迭代空间合并优化后的高并行度处理单元,并利用直接内存存取大批量数据传输的速度优势,运算速度得到进一步提升。实验结果表明,据此设计的浮点矩阵乘积加速器不但能够准确地完成运算,而且运算速率有明显提升,较其他串、并行计算方法消耗的周期数分别减少71.3%,78%以上,能够有效地提高导航系统的实时性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 264-267,272. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.050为研究非标准气象因素对导弹运动特性的影响,将大气运动基本方程组同经典弹道模型相结合,建立非标准气象条件下的高抛弹道模型。同时给出大气运动基本方程组易于编程计算的数值解法,采用变步长的四阶龙格库塔数值积分算法,联立大气运动基本方程组求解空地导弹的动力学方程和运动学方程,得到非标准气象条件下导弹弹道的落点坐标(205 65.8,0,－1 389),结果证明了在不同气象条件下导弹的飞行轨迹不同。使用仿真软件STK、卫星工具包可视化三维建模模块实现了某空地导弹从发射至目标攻击阶段的视景仿真,获得了逼真的效果。
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计算机工程. 2014, 40(8): 268-272. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.051为在现场可编程门阵列(FPGA)平台上更高效地实现祖冲之算法,提出一种新的硬件实现方法。利用祖冲之算法的迭代特性、并行特性以及模加的性质,减少加法器的使用数量,包括使用资源占用少、延时少的简单加法器替代资源占用多、延时长的进位保留加法器以及mod(231－1)加法器,实现祖冲之算法关键路径中多次mod(231－1)加法运算。使用QuartusⅡ与ISE软件进行了仿真验证,结果表明,该方法在芯片资源占用仅为305个slice的情况下达到了5.322 Gb/s的吞吐量,与目前已有的最优实现方法相比,芯片资源占用减少了近23%,单位面积的吞吐量提高了25.9%,可以在减少芯片硬件资源占用的同时快速实现ZUC算法。
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计算机工程. 2014, 40(8): 273-276,281. https://doi.org/10.3969/j.issn.10003428.2014.08.052针对具有关联要素的中文文本事件检测问题,提出一种新的事件检测算法。采用关联关系分析、关键词语义扩展和关键词作用域扩展等方法,将目标事件包含的所有文本作为一个整体进行关键词匹配。该算法将关键词向量分为2个子向量,依次利用关键词子向量对待检测文本进行关键词语义扩展、关键词匹配和关联关系分析,形成目标事件的文本集并提取事件信息。实验结果显示,在关键词较少的条件下,该算法通过关键词语义扩展提高检测到目标事件的概率,在关键词较多时,通过关键词作用域扩展提高检测到目标事件的概率,可降低漏检率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 277-281. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.053针对传统个性化推荐方法中存在的稀疏性、冷启动、过度专业化且准确率低等问题,提出一种基于网站聚合和知识的电影推荐方法。利用网络爬虫聚合源网站对某部电影的相关推荐,得到待推荐电影集,使用电影知识构建基于本体论的电影模型,并在该模型的基础上给出一种学习用户偏好权重的算法,采用SimRank算法和加权平均值计算电影相似度,根据相似度高低向用户进行推荐。实验结果证明,该方法的推荐准确度在非实时推荐场景下较现有方法提高10%以上,且实时推荐的推荐质量有明显提高,在一定程度上解决了稀疏性、冷启动及过度专业化等问题。
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计算机工程. 2014, 40(8): 282-287,292. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.054基于簇聚类的确定型有穷自动机(DFA)压缩算法,即ClusterFA算法,解决了正则表达式匹配中的空间爆炸问题,但该算法的分组个数取理想值较为困难,且其类中心向量表的每一行中连续重复转移状态出现频率较高。针对该问题,提出一种改善ClusterFA算法的方案En_ClusterFA。提取类中心向量表行与行之间相同的首尾部分,并对其进行游程编码以建立索引表,对类中心向量表余下部分的转移状态进行游程编码。利用该方案对Bro,Snort和L7filter规则集进行测试,实验结果表明,除了L7_2和L7_6规则集的压缩率分别提高到96.1%和98.1%之外,其他规则集的压缩率都提高到99%以上。与ClusterFA算法的压缩率相比,En_ClusterFA平均提高了4%,证明En_ClusterFA能够有效地提高DFA的压缩效率。
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计算机工程. 2014, 40(8): 288-292. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.055运动估计是视频编码技术的核心,通过对运动估计基本原理的分析可知匹配准则是运动估计的关键环节。针对传统匹配准则描述块匹配精度不高,导致信息冗余较多的不足,提出一种稀疏统计二次Renyi熵的运动估计匹配准则。该匹配准则在计算Renyi熵时,引入了统计直方图,采用统计的方式计算概率密度函数,并结合基于梯度的图像质量评价和运动矢量中心偏离特性,对直方图的统计区间进行稀疏化。实验结果表明,该匹配准则简化了Renyi熵概率密度函数的计算,通过统计区间的稀疏化减少了80%以上的乘法运算量,对运动剧烈的视频序列能够得到优于传统绝对误差和函数的峰值信噪比,取得更好的图像质量。
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计算机工程. 2014, 40(8): 293-301. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.056基于配置模型建立一个静脉注射吸毒人群HIV传播的动态分层Agent复杂网络模型,用于模拟HIV在现实共用针具吸毒网络中的传播。在该模型中,共享吸毒网络中的个体分为core层、inner层和outer层,对应吸毒人员中的高危人群、中等危险人群和一般危险人群。网络中层内连接较强,而层间连接较弱,由可调概率矩阵控制。网络中的人群总数可以变化,节点间的连边可以断开和重连,网络具有动态特性。网络中的个体Agent中包括了感染、病程发展以及自愿咨询与检测、国家的免费治疗和免费针具交换等干预政策对个体行为改变、病程和传播的影响机制。仿真实验结果表明,该模型能正确反映不同危险行为层的吸毒人群网络中HIV传播的特点。
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计算机工程. 2014, 40(8): 302-309. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.057严格实时系统行为的实时性要求具有不可更改性,非严格实时系统的实时性要求则具有延缓性、替代性以及可补偿性特征,现有的形式化规格说明语言多集中在对严格实时系统的研究,对非严格实时系统的这些特征则缺乏描述能力。针对上述问题,使用一种ObjectZ扩展语言来描述非严格实时系统,该方法采用扩展的ObjectZ历史不变式表达责任策略,能有效地描述非严格实时系统中的缺省策略、补偿策略以及其他非严格实时策略。以会议系统为例,说明该方法能形式化描述非严格实时行为,具有较强的实用性。
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计算机工程. 2014, 40(8): 310. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.058传统的计算机取证方法收集被攻击的计算机磁盘等能持久化保存数据的介质。但是随着磁盘存储能力的提升以及数据加密等技术的发展,使用原来针对硬盘的取证方法获取数据进行分析变得越来越困难。对计算机的取证开始采用其他数据源,包括计算机内存中易失性的信息。对Windows操作系统的主要内存获取、分析方法以及内存取证过程进行介绍,采用分析和对比的手段对每种方法的特点、优势和不足进行比较,得出比较结果并给出计算机犯罪内存取证领域未来需要研究的方向。
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计算机工程. 2014, 40(8): 318-320. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2014.08.059无限脉冲响应(IIR)数字滤波器的设计实质上是一个多参数多目标优化问题。针对自由搜索算法原型优化设计时存在后期寻优效率低等缺陷,提出一种改进搜索策略的优化方法。通过动态调整个体的领域搜索半径和定期轴向搜索等策略,提高算法在多维空间的搜索能力。将其应用于IIR数字滤波器的优化设计,并在最小均方误差、最小通带阻带纹波幅值和两者相结合的优化准则下,对参数空间施加适当的约束条件,建立相应的优化模型。仿真结果表明,在设计IIR数字滤波器时,该算法的优化结果优于同类算法。
2024
第50卷 第3期
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主管：中国电子科技集团公司
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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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