2015年, 第41卷, 第1期 刊出日期：2015-01-15
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计算机工程. 2015, 41(1): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.001
传统集群计算系统无法充分利用本地磁盘的存储资源和I/O,大量网络I/O成为系统瓶颈,导致资源利用率降低,并造成高昂的存储和网络成本。使用Hadoop处理分析作业可有效利用本地磁盘存储和I/O资源,而集群资源统一管理工具Mesos则使用轻量化的设计和高效的通信机制,能在不同计算集群之间动态共享集群资源。为此,分析高能物理数据处理的特点,利用Mesos构建异构集群间资源共享的高能物理实验数据处理系统,实现Torque/Maui和Hadoop集群的集成。测试结果表明,该系统能够在集群间动态分配集群资源,并利用本地存储和磁盘I/O显著降低网络I/O,提高集群资源利用率。
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计算机工程. 2015, 41(1): 6-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.002
为实现安全信息在车载自组织网络中快速、有效的传播,提出一种基于距离的多转发者广播协议。将上一跳转发节点信号边缘处的节点作为最优转发节点,以增加单次转发覆盖新节点的数量。选择信号覆盖范围中点处节点和次接近信号覆盖范围边缘处节点作为备选转发节点,以降低因隐蔽站或车辆脱离信号覆盖范围导致转发失败的概率,并通过反向车辆存储转发广播分组恢复路由。仿真结果表明,该协议能够适应多种车辆密度的车载自组织网络,满足不同交通流密度情况下紧急信息的分发要求,降低车辆间通信的平均端到端延时和转发率,提高转发效率,并且负载上升缓慢,能有效抑制广播风暴。
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计算机工程. 2015, 41(1): 12-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.003
容错技术中硬件冗余会产生较高的设计和生产成本。针对该问题,提出一种改进的实时嵌入式系统容错优化方法,基于检查点容错技术综合分析系统故障性能、硬实时任务时间约束和软实时任务的效用函数值。以设计的容错模型为基础,计算系统故障概率保证其在故障最大概率值内,给出硬任务截止时间确定可调度性,并应用改进的禁忌搜索算法获得软任务效用函数最佳值,算法有2种简单的邻节点结构,其禁忌准则遵循邻节点方法禁忌,优化效率明显改善。实验结果表明,该方法可进行故障分析等综合分析,并能迅速获得最大效用函数值。
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计算机工程. 2015, 41(1): 19-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.004
在ARM平台下,系统提供的posix-timer误差较大,难以满足实时要求,而且传统的Linux用户态定时器通过系统调用及信号传递的方式向进程提供定时服务,当定时器使用规模较大时,进程会在内核态用户态间频繁切换。针对上述问题,提出并实现一种基于多核ARM平台的新型用户态定时器方案。该方案采用一种新的时间轮数据结构,通过内核态与用户态共享内存等方式向进程提供服务,避免不必要的信号传递,有效地缓解频繁状态切换问题。实验结果表明,该方案保持微秒级的定时精度,定时误差相比posix-timer明显降低。
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计算机工程. 2015, 41(1): 24-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.005
当前流量预测模型难以准确刻画互联网流量的多重特性,并且存在构建时间长、预测精度低的问题。为此,设计基于提升小波分解的网络流量混合预测模型(WLGC)。该模型利用提升小波将流量时间序列快速分解为分别具有低频和高频特性的近似时间序列和细节时间序列,近似时间序列利用最小二乘支持向量机(LSSVM)预测并通过广义回归神经网络(GRNN)进行误差校准,细节时间序列在半软阈值降噪后利用自适应混沌预测方法对其预测,最后使用提升小波重构得到时间序列的预测值。仿真实验结果表明,该模型可有效提高预测精度。
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计算机工程. 2015, 41(1): 31-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.006
在利用数字图像技术检测路面裂缝时,由于部分裂缝过窄或被阴影遮挡或被灰尘填充,导致检测出的裂缝目标不连续,严重影响后续的裂缝参数测量和评价。为此,提出一种基于Prim最小生成树的路面裂缝连接算法。利用屋脊边缘检测方法识别所有的可疑裂缝目标,运用裂缝形状特征去除斑点或块状噪声,实现裂缝的粗定位。在此基础上,通过形态学方法提取粗定位裂缝片段的端点,利用Prim算法构造最小生成树实现路面裂缝片段端点的连接,同时使用裂缝的方向和对比度特征去除连接中的强制伪连接;在连接的基础上对裂缝进行填充和增强,得到完整的裂缝分割目标。对200幅路面图像进行算法测试,应用Hausdorff距离对多种算法的分割性能进行评估,实验结果表明,该算法能明显提高裂缝检测目标的连续性,其检测准确率比灰度直方图等算法高出6个~13个百分点。
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计算机工程. 2015, 41(1): 37-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.007为提高推荐系统在数据稀疏情况下的推荐质量,提出一种基于用户特征迁移的协同过滤推荐模型。利用矩阵分解技术提取辅助领域的用户特征,通过建立正则项约束的矩阵分解模型,将辅助领域的用户特征迁移到目标领域中,协助目标领域用户特征的学习,最终生成目标领域的用户推荐。设计快速收敛的Wiberg算法得到模型的最优解,并对实际应用中的可行性进行分析。通过对2个公开数据集的实验结果表明,该模型能够实现辅助领域用户特征的迁移,有效提高目标领域的推荐质量。
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计算机工程. 2015, 41(1): 44-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.008传统的子图查询算法大多只在图数据库上进行一次挖掘算法,即在图数据库上建立稳定的数据库索引后将不再对索引进行更新。随着查询兴趣的改变或数据库的频繁更新,原有的数据库索引将不再能提供有用的信息来减少查询过程中候选图的数量。为此,提出一种双索引的子图查询算法,同时在数据库和查询流上挖掘频繁子图并建立索引。子图查询和查询流索引的建立同步进行,即使查询兴趣改变,查询流索引也能自适应地更新索引信息来优化查询效率。针对数据库的频繁更新,查询流索引已提供实时的有效信息,数据库索引无需重新建立。实验结果表明,双索引的结合能有效提高查询子图的处理效率。
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计算机工程. 2015, 41(1): 49-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.009客户评论在人们的日常生活中越来越重要,人们希望从客户评论中获取商品的用户体验信息。客户评论数量的急剧增长使得用户快速、精准地获取有用的信息变得较为困难。为此,提出一种能够自动提取用户体验信息的方法。该方法通过语义片段过滤评论中的冗余信息,提取产品特征词及特征描述词,将其结合组成用户体验信息,自动获取信息能够迅速、准确地从客户评论中提取信息。实验结果证明了该方法的有效性,并且能够保证较高的准确率与查全率。
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计算机工程. 2015, 41(1): 54-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.010针对不确定网络环境下的近邻查询问题,给出一种新的解决方法。将不确定网络建模为模糊图,定义模糊图中两点间的可信最短路径距离和可信最短路径期望距离,在可信距离基础上,提出模糊图可信近邻查询概念,并给出网络距离受限条件下的模糊图可信近邻查询算法和即时可信近邻查询算法。算法采用模糊模拟方法降低问题难度,使用网络距离约束缩小搜索空间,运用优先队列快速得到满足精度ε要求的可信近邻查询结果。算法的时间复杂度分别为O((2r+Δr)(e+nlgn)+hlgh+lgn)和O(e+(n+1)lgn)。理论分析与实验结果表明,可信近邻查询算法能够从模糊角度解决不确定网络环境下的近邻查询问题。
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计算机工程. 2015, 41(1): 61-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.011目前多数数据压缩算法不能直接在压缩结果上进行数据查询,大数据的线性化压缩算法虽然可直接在压缩后的数据上进行邻接关系查询,但压缩率较低。针对该问题,对线性化压缩的实现原理进行研究,分析MPk线性化算法在不同社会网络样本下的压缩效率,发现线性化压缩结果中存在冗余信息,并针对该情况设计改进算法,删去原有数据结构中的冗余部分,进一步提高压缩率。实验结果证明,改进算法的时间复杂度与原算法相同,压缩率平均提升23%。
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计算机工程. 2015, 41(1): 65-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.012针对推荐系统中用户的个性化需求,提出一种基于用户兴趣三维建模的个性化推荐算法。通过分析用户行为数据,从兴趣广度、兴趣深度和兴趣时效3个角度分析用户的兴趣构成,对用户兴趣进行三维建模,并在此基础上,逐步添加维度,设计用户之间兴趣相似度的三级计算方法。在真实推荐系统数据集上的实验结果表明,用户兴趣三维模型比一维模型、二维模型更能准确地表征用户兴趣,基于用户兴趣三维建模的个性化推荐算法能够提高个性化推荐的准确率。
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计算机工程. 2015, 41(1): 71-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.013近年来迭代干扰对齐技术得到了较多的关注,通过迭代干扰对齐算法可设计线性预编码矩阵,以最大化多输入多输出系统的总速率。但目前将自由度(DoF)分配方式作为系统总速率影响因素的研究较少。为此,提出一种DoF分配算法,通过改进模拟退火算法从而得到可使系统总速率达到最大的DoF分配方式。DoF分配问题是组合优化问题,采用模拟退火算法可较好地解决该问题。仿真结果表明,该算法所获得的系统总速率接近遍历算法的性能,具有更低的复杂度。尤其当系统变得复杂(用户数目增加,或者天线数目增加)时,改进模拟退火算法的低复杂度优势更为明显。
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计算机工程. 2015, 41(1): 75-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.014无线环境的特殊性导致传统的关键字检索方法不能很好地用于周期数据广播之中。倒排表是全文检索中广泛使用的一种索引技术,但倒排表索引和基于哈希的数据索引无法解决索引结构过大的问题。为此,在周期数据广播环境下,提出一种新型的关键字索引结构,对倒排表进行编码压缩,缩减索引结构来减少访问时间和调谐时间。同时,与编码压缩索引相结合,设计一种周期数据广播下的文档调度方法。在真实数据集上进行的实验结果表明,该方法可缩减索引结构的规模,降低访问延迟和能耗。
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计算机工程. 2015, 41(1): 82-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.015针对无线传感器网络节点的自身定位问题,提出一种基于分布式协作的DV-Hop改进算法。在距离计算的基础上,采用最大似然估计方法选取共线度较低的参考点作为锚节点。综合考虑所有锚节点,以可信度为准则,通过加权平均计算每一个未知节点的平均跳距。计算未知节点的定位误差,将误差低于预设阈值的未知节点转化为锚节点,扩大定位范围。仿真结果表明,在初始锚节点数和通信半径相同的情况下,该算法的定位误差比DV-Hop算法减少约20%,尤其当节点密度较小时,其定位误差可稳定在40%以下。当节点通信半径超过10 m时,该算法的剩余节点比例可降低约30%。
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计算机工程. 2015, 41(1): 87-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.016针对节点不可靠网络可靠度计算效率较低的问题,提出一种基于二元决策图的网络可靠度计算方法。通过因子分解得到节点可靠网络的有序二元决策图(OBDD),根据节点和边的关系对边的变量节点执行边替换操作,生成节点不可靠网络的OBDD,并利用其高效存储结构提高不可靠节点的处理效率。在遍历OBDD计算可靠度时,引入Hash表以避免对同一节点的重复访问,从而减少冗余计算,进一步提高计算效率。在基准网络中的对比实验结果表明,该方法不仅能正确计算网络可靠度,而且能快速分析大型网络。
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计算机工程. 2015, 41(1): 92-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.017最优路由的研究对于网络节点的传输具有重要意义,但关于有向双环网络节点的最优路由研究,目前尚无统一的算法。现有有向双环网络的最优路由算法,主要集中在单位步长双环网络及一些特殊双环网络上,对于为数较多的非单位步长有向双环网络最优路由的研究较少。已知有向双环网络的MDD图形为L形瓦,基于L形瓦参数设计提出一种通用的有向双环网络最优路由算法。该算法适用于单位步长和非单位步长有向双环网络。仿真结果表明,与基于[+h]边优先路由及基于二叉树的最优路由算法相比,该算法无需建造竹筏及二叉树的空间,执行效率明显提高。
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计算机工程. 2015, 41(1): 96-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.018研究非饱和状态下分布式协调功能(DCF)协议的性能,针对非饱和状态下的无线局域网,引入虚拟空闲时间定量描述系统的忙碌程度,对二维马尔科夫链模型进行改进。在理想信道条件下,使用基本接入方式,利用改进模型研究虚拟空闲时间及站点数对DCF性能(系统吞吐量和分组传输平均时延)的影响。理论推导及仿真结果表明,在不同的虚拟空闲时间下,随着站点数的增加,系统非饱和吞吐量为先快速上升后缓慢下降的过程,分组传输时延则是平稳上升的过程,与选取的对比模型相比,吞吐量在站点数目较小时有明显改善,时延性能有较大提高。
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计算机工程. 2015, 41(1): 103-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.019无线体域网(WBAN)是一种布置于人体(体表或体内)的传感器网络,它能够连续监控人体体征信号,及时传输到远程医疗中心,辅助医生做出诊断。由于人的活动性,经常会有一群WBAN聚集在一起,WBAN相互间的干扰会对单个WBAN内的通信造成影响。为减弱该干扰并确保整个网络的通信质量,提出基于能量有效性的自适应动态调度策略。建立干扰环境下的数学模型,将动态调度策略转化为最大化能量有效性并兼顾节点服务质量的非线性整数规划问题,并设计FEEM启发式算法对其进行求解。仿真结果表明,采用FEEM算法的动态调度策略在吞吐量、能量有效性和服务质量公平性方面均优于采用Horse Racing算法的静态调度策略。
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计算机工程. 2015, 41(1): 110-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.020针对移动Ad-hoc网络中存在路由不稳定、数据丢包率高的问题,提出一种基于节点信号强度的AODV路由协议AODV-SS,该协议在原路由协议的基础上增加了节点的信号强度和路由警告消息机制,将节点的信号强度作为建立路由的一个参照指标,当节点的信号强度较低时将不考虑该节点,寻找信号强度好的节点作为中间节点。在已建立好的路由中,若某个节点的信号强度低于一定的值时,将发出一个路由警告通知上游节点和源节点重新寻找新的路径。NS2仿真实验结果表明,当节点信号强度低于临界点时,改进路由协议的丢包率比AODV路由协议低,路由更加稳定。
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计算机工程. 2015, 41(1): 115-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.021目前多数隐私保护匿名模型不能满足面向敏感属性值的个性化保护需求,也未考虑敏感属性值的分布情况,易受相似性攻击。为此,提出基于敏感度的个性化(α,l)-匿名模型,通过为敏感属性值设置敏感度,并定义等敏感度组的概念,对等价类中各等敏感度组设置不同的出现频率,满足匿名隐私保护的个性化需求。通过限制等价类中同一敏感度的敏感属性值出现的总频率,控制敏感属性值的分布,防止相似性攻击。提出一种基于聚类的个性化(α,l)-匿名算法,实现匿名化处理。实验结果表明,该算法能以与其他l-多样性匿名模型近似的信息损失量和时间代价,提供更好的隐私保护。
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计算机工程. 2015, 41(1): 121-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.022多变量公钥密码体制能抵抗量子计算机的攻击,是后量子时代一种安全的密码体制备选方案。考虑到Square体制可有效抵抗线性化攻击,不能抵抗差分攻击,三角型密码系统能抵抗差分攻击,但受到线性化方程攻击和最小秩攻击的情况,结合Square体制和三角型密码系统,采用新的混合签名结构框架重构中心映射,提出一种混合多变量公钥签名方案。分析结果表明,混合签名方案克服了Square体制和三角型密码系统的缺陷,能够抵抗线性攻击(包含一般线性化方程攻击和高阶线性化方程攻击)、差分攻击、最小秩攻击和代数攻击,具备较高的安全性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 126-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.023随着无线传感器网络(WSN)的应用越来越广泛,其访问控制的安全性和隐私问题已成为研究热点。将Hash函数、消息认证码以及椭圆曲线上的点乘计算相结合,提出一种具有强匿名性的WSN访问控制方案。该方案中通信双方相互认证抵抗攻击者的伪造攻击,利用消息认证码来保证数据的完整性;同时以公平的方式生成共享的会话密钥,具有较强的抵抗伪装攻击和抵抗节点捕获攻击的能力。理论分析与评估结果表明,该方案通过引入强匿名的节点请求,实现节点请求的不相关性,增强抵抗节点捕获攻击的能力。将Hash函数与消息认证码相结合,在相同阶的计算复杂度下不增加通信成本,增强系统的安全性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 130-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.024在现有的并行处理模式下,Hash函数由于明文分块之间关联性不大从而引起安全问题。为此,提出一种交叉处理的多变量混沌Hash算法,算法安全性基于二次多变量多项式方程组求解问题(MQ问题)的困难性和混沌理论的复杂性。其中64个压缩函数可并行处理数据,利用多变量代数理论构造输出函数进一步混乱与扩散,根据不同的需求调整Hash值的长度。对算法分别进行存储空间分析、伪造攻击分析、差分攻击分析及统计实验分析,结果表明,该算法弥补了传统多变量多项式密码的运行效率不足,且可以抵抗伪造攻击、差分攻击和统计攻击。
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计算机工程. 2015, 41(1): 135-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.025为提高数据库模型的安全性,同时满足用户对数据的合理化存储要求,对RBAC模型与MLR模型进行改进,构造一个结合RBAC模型与MLR模型的综合访问控制模型,使主体通过多级角色间接应用强制访问控制规则来访问客体。实验结果表明,该模型可实现系统中主体对客体的灵活管理,同时具备强制访问控制模型的高安全性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 139-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.026为防止发布数据中敏感信息泄露,提出一种基于聚类的匿名保护算法。分析易被忽略的准标识符对敏感属性的影响,利用改进的K-means聚类算法对数据进行敏感属性聚类,使类内数据更相似。考虑等价类内敏感属性的多样性,对待发布表使用(K,L)-匿名算法进行聚类。实验结果表明,与传统K-匿名算法相比,该算法在实现隐私保护的同时,数据信息损失较少,执行时间较短。
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计算机工程. 2015, 41(1): 143-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.027维吾尔文多模式匹配算法是影响维吾尔文关键词过滤和检测性能的关键步骤之一。为此,考虑维吾尔文语法特点、书写方式、字母变换形式、特殊字母等因素,提出一种基于维吾尔文音节划分的多模式匹配算法。通过Bohum-sani函数的维吾尔语音节分解方法计算字符串音节数,利用Bohum-xekli函数得到字符串音节结构,按语法特点从右至左方式进行模式比较,实现维吾尔文多模式匹配。实验结果表明,与现有模式匹配算法相比,该算法具有更高的匹配效率。
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计算机工程. 2015, 41(1): 150-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.028多示例学习是一种处理包分类问题的新型学习模式,传统基于多示例学习的目标跟踪算法在自适应获取正包时受到无益或有害示例的干扰,不能很好地提取目标的鉴别性特征。为此,设计基于核密度估计的示例选择方法,剔除训练集中的无益示例或有害示例,提高多示例学习算法的有效性,并在此基础上提出一种基于示例选择的目标跟踪改进算法,针对负示例占多数的情况建立核密度估计函数来精简正包中的示例,使用精简后的样本数据进行训练学习,最终实现对目标的实时跟踪。实验结果表明,该算法在光照变化、目标部分遮挡及形体变化等情形下都具有较好的稳健性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 158-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.029为实现在局部遮挡、光线变化等复杂背景下的目标跟踪,提出一种基于梯度方向直方图(HOG)与多实例在线学习的目标跟踪算法。利用已标定目标图像的HOG特征空间,结合局部二值模式(LBP)描述方法获取特征向量,构建初始随机蕨检测算子,采用随机多尺度采样方法跟踪每一帧的目标位置和尺寸,并基于多实例在线学习框架,通过检测到的目标样本以及附近的背景样本在线更新检测算子。将该算法与OnlineBoostingTracker,MILTracker等在线学习目标跟踪算法在多个标准视频序列中进行比较,实验结果表明,该算法在局部遮挡和光照变化的环境下具有较好的跟踪稳定性,但在抗目标旋转方面有待优化。
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计算机工程. 2015, 41(1): 164-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.030针对遥控小型移动机器人在自主返航实际应用中定位精度低等问题,提出一种小型移动机器人自主返航路径规划方法。介绍小型移动机器人的任务流程及硬件系统,利用膨胀算子对栅格地图中的障碍物进行运算得到栅格Voronoi图。使用双边界路径矢量化方法从栅格Voronoi图中提取出矢量路径,并对该路径进行拓扑优化。通过Dijkstra算法对拓扑路径进行路径规划并进行算法验证。实验结果表明,该方法所得路径可使环境中的机器人与障碍物之间的距离最大化,并使移动机器人的运动轨迹具有较高的可执行性,提高了小型移动机器人自主返航的成功率。
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计算机工程. 2015, 41(1): 169-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.031针对功率放大器的记忆非线性特性给通信系统带来的失真问题,提出一种改进的滤波器查找表(FLUT)预失真方法。在FLUT方法的基础上,改进FLUT预失真结构及简化自适应更新部分。采用传输窄带序列训练神经网络模型弥补功率放大器的非线性特性,利用二维滤波器码表补偿功放的记忆效应。通过将功率放大器的非线性特性和记忆效应分开处理,降低神经网络模型的计算复杂度。仿真结果表明,改进方法能有效降低系统误码率,抑制带外频谱扩展,减少带内失真,与原FLUT方法相比,对记忆功率放大器有更好的线性化效果。
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计算机工程. 2015, 41(1): 174-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.032非参数回归方法是短时交通流预测常用的方法,但现有非参数回归方法存在预测速度与精度之间的矛盾。为此,提出一种适用于海量历史数据、基于MapReduce与遗传算法的非参数回归短时交通流预测方法。通过引入MapReduce并行计算框架,加快K最近邻算法的搜索速度。在数据预处理阶段利用遗传算法优化关键参数的设置,并采用MapReduce加速参数优化过程,以解决遗传算法迭代运算时间长的问题。实验结果表明,该方法在保证交通流预测精度的前提下,明显提高了预测速度,并且具有较好的可伸缩性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 180-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.033针对粒子群优化算法易陷入局部最优的问题,提出一种动态分组的粒子群优化算法。通过对鸟群习性的研究,给出交互粒子的概念,并在粒子群优化过程中引入动态分组机制,将种群动态划分成多个子种群,且每次划分的子种群数目是从特定集合中随机选取,从而增加交互粒子划分到同一子种群的概率。每个子种群在收敛进化的同时,利用环拓扑结构提高种群多样性及算法搜索全局最优解的能力。实验结果表明,与其他粒子群优化算法相比,该算法具有更好的稳定性、寻优性能以及更高的收敛精度。
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计算机工程. 2015, 41(1): 186-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.034音乐主要包括形成节奏的冲击成分和形成韵律的和声成分,直接从音乐信号中提取特征会受到这2种成分相互影响。利用节奏与和声在时频平面具有不同规律的特点,通过对音乐信号进行谱图滤波,分离出音乐中的打击成分与和声成分。对打击与和声谱图分别进行小波调制,得到表现音乐节奏和韵律谱规律的调制谱特征,将其作为音乐流派分类中的长时特征。仿真实验结果表明,分离后的打击与和声成分谱图清晰地表征了音乐节奏和韵律的特点和规律;对8类音乐流派提取打击与和声调制谱特征,经线性鉴别分析降维后利用支持向量机进行分类,分类准确率达到73.54%。
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计算机工程. 2015, 41(1): 190-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.035在智能规划领域中,以往对不确定规划问题的研究主要集中于单个Agent,而对多Agent规划的研究则侧重于确定规划。针对该问题,提出基于多Agent的带权值不确定规划问题,对所求解的强规划解,设计使其所需动作权值总和近似最小的算法。根据基于模型检测的强规划分层方法,对每个Agent进行强规划分层,合并所有Agent的分层信息,并在合并的过程中得到同层状态之间的冲突表。在保证冲突最小的情况下,以最小动作权值优先的贪心方法,求出强规划解。实验结果表明,该算法能较快地求解出使所选择的动作权值总和近似最小的强规划解。
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计算机工程. 2015, 41(1): 196-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.036在不确定规划领域中,通常需要在同一个不确定状态转移系统中解决多个规划问题,如果能得到不确定规划中状态之间的可达关系即可方便求解该规划问题,然而现有矩阵乘法求解可达关系时存在算法复杂度高的问题。为此,设计一种快速求解不确定规划中状态之间可达关系的算法,将确定动作和不确定动作区分处理,先求解所有确定动作的可达关系,再采用链表和队列求解不确定动作的可达关系。实验结果表明,与矩阵乘法相比,该算法能得到更全面的可达关系,且求解效率更高。
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计算机工程. 2015, 41(1): 200-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.037粒子群优化算法的搜索性能取决于算法探索和开发能力的平衡,与算法所使用的拓扑结构相关。现有的粒子群拓扑结构不能较好地平衡算法的探索性能和开发能力。为此,依据低配位数、高堆积密度和3D结构等特征,提出一种新的拓扑设计准则。根据此准则,设计一种菱形十二面体的拓扑结构,该拓扑结构由球体按照六方晶格和面心立方结构堆积而成,是具有最大空间利用率的3D最密堆积结构,且拥有较低的平均配位数。实验结果表明,与现有的拓扑结构相比,该拓扑结构搜索到全局最优值的概率较高。
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计算机工程. 2015, 41(1): 207-210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.038无监督学习聚类算法的性能依赖于用户在输入数据集上指定的距离度量,该距离度量直接影响数据样本之间的相似性计算,因此,不同的距离度量往往对数据集的聚类结果具有重要的影响。针对谱聚类算法中距离度量的选取问题,提出一种基于边信息距离度量学习的谱聚类算法。该算法利用数据集本身蕴涵的边信息,即在数据集中抽样产生的若干数据样本之间是否具有相似性的信息,进行距离度量学习,将学习所得的距离度量准则应用于谱聚类算法的相似度计算函数,并据此构造相似度矩阵。通过在UCI标准数据集上的实验进行分析,结果表明,与标准谱聚类算法相比,该算法的预测精度得到明显提高。
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计算机工程. 2015, 41(1): 211-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.039多聚焦图像存在聚焦区和离焦区,聚焦区通常吸引人的注意力,具有突出的视觉显著性。传统融合算法缺乏对聚焦区域的定位能力,对多聚焦图像融合的适应性普遍较差。为此,提出一种模拟人类视觉注意机制的多聚焦图像融合方法。利用谱残差算法计算源图像的显著度图,通过判断不同源图像相同位置上的像素显著性,选择显著度大的图像像素组成该源图像的聚焦区,显著度相等的像素构成边界带,使用腐蚀膨胀操作消除聚焦区内的孤立像素点,以每幅源图像的聚焦区域和梯度值较大的边界带像素作为融合图像的像素。实验结果表明,该方法能自主选择清晰像素,获得37 dB以上的高峰值信噪比,且基本无参数设置,在不同类型图像融合中均表现出较强的鲁棒性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 218-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.040针对点云数据的Delaunay三角网格纹理映射速度慢、映射效果不够细腻及不适合大规模点云数据纹理映射等问题,提出一种基于球面纹理映射的点云数据重建改进方法,并在Qsplat算法的基础上进行实现。采用Qsplat算法对大规模点云数据进行模型重建,利用球面等比约束纹理映射算法建立纹理坐标、球面、点云重建模型三者之间的数学关系,实现大规模点云数据的球面纹理映射。实验结果表明,与传统的三角网格纹理映射相比,该方法可明显提高纹理映射的速度和质量,拓宽球面等比约束纹理映射方法的应用范围,适用于大规模点云数据的纹理映射。
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计算机工程. 2015, 41(1): 223-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.041针对尺度不变特征变换(SIFT)配准方法在处理SAR图像时精度不高的问题,提出一种基于改进SIFT的精确配准方法。在提取关键点SIFT描述子及其邻域多尺度自卷积矩不变特征的基础上,利用基于典型相关分析的融合算法对SIFT与矩不变特征进行融合,形成新的关键点描述子,使用阈值实现粗匹配,并结合关键点的距离与邻域灰度相关性构建相似矩阵,采用奇异值分解方法精确确定匹配点对,求出仿射变换模型参数,从而完成图像配准。实验结果表明,该方法的配准结果优于SIFT方法,且配准精度达到亚像素级。
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计算机工程. 2015, 41(1): 227-230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.042利用高强度聚焦超声对新鲜的离体猪肉进行辐射,并通过B超获取辐射前后的超声图像。采用二维离散Walsh变换法,从辐射前后的超声图像的差图像中分离出低频分量,作为反映温度信息的参数。选取确定系数作为衡量误差的参数,通过曲线拟合,发现二维离散Walsh变换直流分量与温度呈近似线性关系,且多组数据的斜率非常接近,与传统的灰度均值测温法相比,实验结果表明,该方法误差更小,温度分辨率更高,使用正交矩阵变换,符合计算机语言的逻辑,仿真检测时间较短,在实际应用中能为超声无损测温提供准确可靠的依据。
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计算机工程. 2015, 41(1): 231-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.043边缘感知编辑是图像和视频编辑中运用非常广泛的编辑方法。全局优化计算是处理此类问题的最常用手段,但是在处理高分辨率图像视频时存在诸多性能问题。为此,提出一种采用自适应流形滤波的方法,用于处理多种边缘感知编辑。借助自适应流形滤波具有局部边缘感知以及全局影响扩散的特性,实现多种边缘感知编辑的处理效果,同时避免传统的全局优化方法所产生的时间损耗和较高的计算复杂度,得到较好的视觉效果。实验结果表明,该方法具有较好的边缘保持性和全局性,并能够实时处理高分辨率的视频图像。
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计算机工程. 2015, 41(1): 236-239. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.044印刷电路板(PCB)在现代工业中发挥着重要作用,通过锥束CT对PCB进行三维无损检测具有重要意义。但是在CT成像过程中,存在金属伪影、射束硬化等诸多影响图像质量的因素,导致低对比度PCB三维CT图像的出现。针对PCB三维CT图像中由于对比度低造成电路信息难以分辨的问题,提出一种基于变权直方图的图像增强算法。在基于直方图生成累积概率密度函数时,通过变权累积求和的方式,把灰度值大小、灰度值概率以及灰度值区间附近的概率分布引入到变权策略中,生成一个兼顾提高对比度和扩展灰度范围的灰度映射曲线,实现低对比度图像的增强,提高PCB图像中物体的可分辨性。实验结果表明,该算法取得了较好的增强效果和图像质量。
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计算机工程. 2015, 41(1): 240-244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.045新一代高性能视频编码(HEVC)标准采用灵活的四叉树自适应存储结构、可变尺寸的编码块、35种帧内预测模式等新技术,能够有效提升HEVC的编码效率,但也造成了更高的编码复杂度。为此,提出一种基于时空相关性的编码单元深度决策算法。融合关联帧编码单元的深度信息及当前帧相邻编码单元的深度信息,从而预测当前编码单元的深度范围。实验结果表明,与HEVC标准测试算法相比,该算法能在不明显影响编码质量的基础上平均减少30.2%的编码时间。
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计算机工程. 2015, 41(1): 245-250. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.046视频推荐作为一项帮助用户迅速找到其最感兴趣视频的关键技术,是社交网络服务中比较重要的研究内容之一。传统推荐算法未能充分利用视频社会化网站中的多维信息,会导致冷启动和数据稀疏的问题。为此,提出一种社交网络服务中的多维空间视频推荐算法。综合分析构成视频社会化网络的多维信息源要素,在此基础上,通过构建多维聚类空间,进而实现基于多维聚类空间的视频推荐算法,利用构成视频社会化网络的多维信息源要素,为视频的个性化推荐提供信息来源,以解决冷启动和数据稀疏问题。实验结果表明,该算法在视频推荐准确度方面相对于传统视频推荐算法有明显提高。
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计算机工程. 2015, 41(1): 251-255. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.047将基于IP多媒体子系统(IMS)的单一无线语音呼叫连续性(SRVCC)技术应用于长期演进(LTE)部署的初中期阶段,以实现LTE和2G/3G CS域的语音切换连续性,被业界一致认为是网络共存期间LTE语音业务的经典提供方案。然而,3GPP制定的关于SRVCC相关方案不能满足语音业务实时性的要求,IMS核心网侧媒体更新时间过长。为此,提出一种基于归属域控制的远端媒体优化的同步SRVCC方案。分析SRVCC技术特点和存在问题,通过会话集中和持续性应用服务器的媒体选择功能减少远端媒体的更新时间,并在MSC Server中设定计时器,同步UE的切换时间和远端媒体更新时间,以达到减少中断时延的目的。仿真结果表明,在不增加网络实体的情况下,该方案能满足3GPP中断时延小于300 ms的要求。
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计算机工程. 2015, 41(1): 256-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.048某些流媒体服务器需要对HTTP Chunked编码数据流进行并发解析,朴素静态解析算法难以应用于高效灵活的事件驱动并发模型,且会造成长延迟和多次数据拷贝,导致内存和计算资源开销都较高。针对上述问题,提出一种基于有限状态机的解析策略。将一次接收和一次解析操作构成一个任务片,从而适应事件驱动模型,对收到的数据包进行即时处理和释放,不需要缓存整个HTTP报文,减少一次内存拷贝开销。在数据处理过程中,通过有限状态机保存解析状态,能够在任务片退出后恢复之前的解析状态,从而解决事件驱动模型下的字段断裂问题。实验结果表明,相比于静态解析算法,该策略能够明显地降低解析过程的处理时间和占用的内存。
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计算机工程. 2015, 41(1): 261-265. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.049大规模的商业多媒体信息发布系统因资源及终端数量庞大,会导致系统性能低下。为此,提出一种能优化系统数据存取操作的数据持久层设计方案。研究并分析多媒体信息发布系统的特征,选择Hibernate框架设计系统持久层,总结Hibernate框架在该类系统中合理并高效使用的方法,针对基于Web的多媒体信息发布系统,给出可以使用Servlet过滤器来管理Hibernate的Session缓存,以延长Session对象的生命周期,减少系统对Session对象的查找,并能较为充分地利用Session对象中的缓存数据。实验结果表明,综合上述多种优化方法,可大幅减少多媒体信息发布系统的资源消耗,有效提高系统的整体性能。
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计算机工程. 2015, 41(1): 266-269. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.050为更有效地降低分段哈希算法的碰撞率,提出一种改进的分段哈希算法。在各哈希子表中采用开放地址法,降低各哈希子表中元素的碰撞率,进而降低整个分段哈希算法的碰撞率。对碰撞率、时间效率、空间效率进行分析。使用11 119 905个不同IP数据包的五元组信息,对该算法的碰撞率和时间效率进行测试。实验结果表明,改进的分段哈希算法在不增加内存使用的情况下,可有效降低分段哈希算法的碰撞率,并且随着分段哈希子表数量的增加,该算法的各项性能优势会更加明显。
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计算机工程. 2015, 41(1): 270-274. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.051利用扭曲的雅可比相交曲线上的Frobenius自同态映射,构造在扭曲的雅可比相交曲线二次扭曲线上的一个斜-Frobenius映射,可用于制定扭曲的雅可比相交曲线的快速点乘算法,而不需要使用任何倍点。采用GLV方法加快扭曲的雅可比相交曲线上的点乘运算,给出斜的Frobenius映射的特征多项式。实例结果表明,该映射能够加速扭曲雅可比相交曲线上的标量乘运算。
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计算机工程. 2015, 41(1): 275-278. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.052为解决片上网络测试问题,提出高可靠高并行度的片上网络测试结构。使用多层网络,在普通的片上网络上增加全局的广播网络和汇集测试结果的汇集网络。利用其冗余特性,有效保证测试部件的可靠性,同时提高并行度,节约测试时间。提出完备的路由器内测试方法,结合多层网络实现全面的片上网络测试。实验结果表明,该多层网结构在100核时的面积开销比内建自修复(BISR)结构减小56%,并且其测试时间比BISR结构减少85.8%,测试覆盖率达到100%。
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计算机工程. 2015, 41(1): 279-283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.053随着混合式电动汽车(PHEV)的出现,关于PHEV向电网方向供电(V2G)技术的研究也逐渐增加。针对包含PHEV的家居微型电网,提出一种改进的能量管理算法。该算法基于分时电价对家用电器及PHEV的运行方式和时间进行调度,结合PHEV及用户参数,利用V2G技术有效实现了移峰填谷并降低家庭用电费用。同时还提出一种最优算法,以衡量改进算法的性能。仿真结果表明,改进算法可使用户的用电费用及峰均比分别降低约22%和70%,性能接近最优算法,并且可以实时处理用电请求,具有较强的实用性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 284-288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.054在生物医学领域,通过知识提取过程从海量的生物医学文献中提取疾病、基因和药物之间的关系并可视化显示,可以为临床医学实验提供有效的假设检验,推动生物医学科技的发展。为此,提出一种基于语义关系的以疾病为中心的疾病、基因和药物间的知识提取系统。利用SemRep得到特定主题Medline文献的语义输出,通过显著信息提取算法提取SemRep的语义输出关系。对照OMIM和GHR在线数据库进行评估,实验结果显示该显著信息提取系统的准确率可达0.76。
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计算机工程. 2015, 41(1): 289-295. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.055针对板坯库管理中的协同运输问题,以最小化板坯出/入库总运输时间为目标,建立数学模型。构建一个包括出库板坯、入库板坯、行车和台车等在内的板坯出/入库协同调度无主控多Agent系统,以统一的结构封装任务和资源,同时考虑板坯入库作业和出库作业2种任务,提出在Agent之间建立投标/仲裁机制,设计评价函数协调Agent之间的资源冲突,提高系统的柔性、并行性和自适应能力。通过系统仿真,将出/入库协同作业、完全出库作业和完全入库作业3种场景进行比较。实验结果表明,出/入库协同管理系统可有效提高板坯库的运输吞吐率,且在投标/仲裁机制的协商作用下,运输设备利用率也显著提高且保持均衡。
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计算机工程. 2015, 41(1): 296-302. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.056针对电力系统稳定性分析运算时间长、稳定域过于保守等问题,提出一种改进算法分析小型电力系统的暂态稳定性。基于能量函数法,利用平方和分解法得到李雅普诺夫函数,使用粒子群优化算法求其临界能量,改造李雅普诺夫函数扩张稳定域,以达到稳定域边界逼近实际边界的目的,采用Matlab对电力系统的稳定性进行仿真分析并验证其精确度及速度。应用改进的能量函数法实时判断当前状态的稳定裕度,计算故障极限切除时间,了解系统崩溃的接近程度。仿真结果表明,改进算法计算速度快、易于实现、可靠性高,具有较高的工程实用性。
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计算机工程. 2015, 41(1): 303-308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.057随着电子技术的日益发展,电子电路系统的集成度和复杂性越来越高,边界扫描技术应用越来越广泛。在研究边界扫描基本结构和测试原理的基础上,给出互连测试矢量生成与故障诊断算法,对互连测试矢量生成和故障诊断进行研究与实现。使用VS2008软件作为平台开发边界扫描测试系统,采用走步1算法和改良计数算法进行矢量的生成,并根据W步自适应算法进行故障诊断。结果表明,系统自动生成的测试矢量测试时间短,效果好,故障诊断能力强,诊断部分能够消除征兆混淆和征兆误判现象,对设置的故障能够精确地定位和隔离。
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计算机工程. 2015, 41(1): 309-315. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.058采用边界分区标识网络的思想,实现基于边界分区的自顶向下K端可靠度二叉决策图(BDD)构建算法。针对BDD构建过程中存在的节点冗余问题,提出无效边冗余消除和K点非连通冗余消除2种处理技术。在规则网络和实际工程中的实验结果表明,利用无效边冗余消除和K点非连通消除技术后的BDD改进算法,在不影响算法时间性能的情况下,可大幅缩减BDD尺度,提升K端网络可靠度分析算法性能,适用于大规模的网络可靠度分析。
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计算机工程. 2015, 41(1): 316-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.01.059片上多核处理器已逐渐取代传统超标量处理器成为集成电路设计的主流结构,但芯片的存储墙问题依旧是设计的一个难题。CMP通过大容量的末级高速缓存来缓解访存压力。在软件编程模式向多线程并行方式转变的背景下,针对多线程应用在多核处理器上的Cache访问特征,提出一种面向私有末级Cache的优化算法,通过硬件缓冲器记录处理器访存地址,从而实现共享数据在Cache间的传递机制,有效降低Cache失效开销。实验结果表明,在硬件开销不超过Cache部件0.1%的情况下,测试用例平均加速比为1.13。
2024
第50卷 第4期
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主办：华东计算技术研究所
上海市计算机学会
主编：江波
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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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