2015年, 第41卷, 第12期 刊出日期：2015-12-15
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计算机工程. 2015, 41(12): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.001为实现USB 3.0设备的单芯片应用,提出一种可配置的USB 3.0设备控制器架构和面向SoC集成的IP核设计方法。通过宏定义和寄存器IP配置,使得USB 3.0设备控制器支持系统总线、物理层接口、端点属性、缓冲以及低功耗策略可配,提高IP重用性。采用门控时钟技术对非工作状态逻辑进行时钟屏蔽以降低动态功耗,利用门控电源技术断开USB控制器电源,从而最大限度地降低挂起模式下的静态功耗。实验结果表明,使用门控时钟、门控电源技术后,USB 3.0设备控制器在U0状态下的动态功耗减少50%、在休眠模式下的总功耗比U3状态减少95.5%。
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计算机工程. 2015, 41(12): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.002针对长距离无线Mesh网络(LDmesh)中节点间的时隙同步,以及传统时分多址(TDMA)网络中信令包丢失导致网络性能下降的问题,提出基于全球定位系统(GPS)卫星授时的TDMA媒体访问控制协议GT-MAC。利用GPS卫星秒脉冲信号对节点进行授时,保证相邻节点以及同一节点不同 接口的时隙同步。WiZiTJU-GPS平台上的实验结果表明,GT-MAC可实现节点时隙发送和接收状态对应,吞吐率比传统2P MAC协议提高了约10.1%。
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计算机工程. 2015, 41(12): 15-20,25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.003由于数据流速率的不稳定特性,将数据流查询部署在固定数量的结点上会导致分布式数据流管理系统(DDSMS)难以高效地利用计算资源。为此,针对目前支持一个结点运行多个实例模式的DDSMS,提出一种基于操作符组的自适应动态调整技术,包含桶机制的路由管理、生成调 整策略和调整执行计划等方法。通过监控当前执行计划的运行状态,DDSMS生成代价较小的调整策略,并对当前执行计划进行调整。在数据流处理的基准测试数据上进行实验,结果表明,该调整技术可以更加细粒度地制定调整策略,灵活应对数据流速率的变化。
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计算机工程. 2015, 41(12): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.004现有多授权机构属性基加密(MA-ABE)方案限制每个属性在访问结构中只能出现一次,然而属性重复编码会导致系统效率较低。针对该问题,提出一种属性可重复的多授权机构密文策略属性基加密方案。通过引入q-Parallel BDHE假设,避免经典对偶系统加密证明时要求访问 结构中属性不能重复出现的问题,从而验证该方案在标准模型下是自适应安全的。性能分析结果表明,当加密使用的访问结构中出现一次属性重复时,该方案密文长度和解密速度与现有MA-ABE方案相当,当出现多次属性重复时其解密速度更快。
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计算机工程. 2015, 41(12): 26-29,35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.005根据云计算平台下智能视频分析的实时性需求,设计一个基于Storm流计算框架的实时视频分析系统。采用短照片组进行视频流分割,损失部分视频传输带宽以降低整体延时,采用合并解码单元和视频分析单元的方法避免耗尽集群带宽,并利用工作窃取机制加速算法执行。通过节点性能监控并利用贪心置换策略动态调节Worker Node负载,改进Storm的默认调度器,降低消息的处理延时。实验结果表明,在运行人脸检测算法的Storm集群中接入多路监控设备,实现100 ms之内的消息处理延时和低于1 s的整体延时,能够为云环境下多路监控终端提供实时稳定的视频分析服务。
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计算机工程. 2015, 41(12): 30-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.006
陆基增强系统(GBAS)是国际民航组织推荐的新一代精密进近着陆系统,其完好性是影响该系统导航性能的关键参数之一。为此,介绍全球定位系统/北斗导航系统(GPS/BDS)的时间和坐标系统,分析它们之间的转换和统一方式,并给出GPS/BDS组合定位模型。根据国际相关标准 ,研究基于GPS星座和BDS区域星座的GBAS伪距误差模型和保护级算法,并进行相应仿真。仿真结果表明,基于GPS/BDS双星座的GBAS完好性保护级要明显优于GPS或BDS单星座时的保护级,并且能够满足II/III类精密进近对完好性的要求。
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计算机工程. 2015, 41(12): 36-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.007为提高无人机道路检测的实时性和鲁棒性,提出一种基于改进graphcut算法的道路检测方法。利用Orchard-Boumand聚类算法聚类道路和非道路像素点,通过高斯混合模型对这2类像素点建模,构造Gibbs能量惩罚函数中的区域项函数。针对航拍图像各个区域具有不同对比度 的特点,设计Gibbs能量惩罚函数中的光滑项函数,将单一的图像全局对比度矩阵替换为局部对比度矩阵。通过Gibbs能量惩罚函数构造有权重的图,运用max-flow算法进行分割,检测出道路区域。实验结果表明,该方法在不同类型道路下都能保持较好检测性能,与现有的道路 检测方法相比,实时性好,错误率低。
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计算机工程. 2015, 41(12): 40-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.008复杂连通图的连通性由拉普拉斯矩阵第二小特征值决定,根据该特性,通过最小化网络连通性,提出基于边中心性测度的改进割边模型。删除网络代数连通性下降最快的多条边以提高运算速度。为避免节点过度分割,对权重进行重新定义,在同一个社区中,当度较大时,选取费 德勒向量中分量绝对值较大的进行权重计算。实验结果表明,在矩阵重排的基础上求取第二小特征值运行时间较重排前短,改进模型的分割精度能达到社团划分要求,适合处理中规模社区结构。
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计算机工程. 2015, 41(12): 44-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.009流分类算法的性能直接影响防火墙、路由器等设备的处理速度。递归流分类(RFC)算法具有分类速度快的优点,但随着规则数目的增大,存储开销也随之增加。为此,通过对RFC算法进行分析,提出一种改进算法Optimize_RFC,对块的位数进行异或运算,压缩等价类表,减少内存 消耗。实验结果表明,Optimize_RFC算法在保持相对较快分类速度的同时,可降低预处理阶段的内存占用。
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计算机工程. 2015, 41(12): 48-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.010基于新闻数据的访问规律,提出一种改进的Hadoop分布式文件系统(HDFS),利用数据节点分区、文件迁移和节点待机等策略,使部分无任务的节点处于待机状态,实现系统高效节能存储。改进传统HDFS的写文件机制,将数据块优先写入剩余空间最大且处于活动状态的节点中, 使同一时段内创建的文件尽量分散至不同节点,增加节点待机概率,同时解决集群数据分布不均的问题。实验结果表明,应用节能存储策略的HDFS相比传统HDFS可降耗20%以上,且99.9%的文件读取响应时间均不受影响,具有较好的数据存储与访问性能。
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计算机工程. 2015, 41(12): 54-57,63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.011由于短文本具有词频单一、结构简单等特点,基于传统特征选取方法的文本去重算法不适合短文本。为此,提出一种适合短文本特点的去重算法,利用SimHash算法产生短文本的指纹,使用共享最近邻算法对指纹进行聚类,根据聚类结果增删初始特征,迭代直至收敛,从而实现短文本的去重检测。在真实数据集上的实验结果表明,与现有的文本去重算法相比,该算法对于短文本具有更好的去重效果。
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计算机工程. 2015, 41(12): 58-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.012针对无线传感器网络任务调度的实效性及节点能量有限的特点,通过多代理系统(MAS)进行任务划分与逐层处理,根据动态粒子群的自适应优化理论,提出一种传感器自适应任务调度算法。该算法基于多代理的网络架构,根据动态联盟的数学模型,将离散粒子群算法的自适应 性与动态联盟的应变能力相结合,通过适应值函数及粒子的更新方法获得全局搜索,实现任务的动态最佳自适应分配。实验结果表明,该算法在降低任务的总执行时间、节点负载压力及网络的总能量消耗量上取得较好的效果。
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计算机工程. 2015, 41(12): 64-68,74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.013机会网络中主流的路由算法多数未考虑节点的社区性质。针对该问题,提出一种基于社区和社会性的机会网络路由算法。根据节点间的社会关系强度动态自适应地将节点分割为多个社区,并利用社会性高的节点带动消息的发送,逐步把消息发送至目标社区节点或社会性高的 节点。仿真结果表明,与Spray and Wait和PRoPHET算法相比,该算法具有较高的传输成功率和较低的传输延迟。
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计算机工程. 2015, 41(12): 69-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.014针对空间索引响应近邻查询效率低的问题,基于二进制Morton码和Patricia树,提出一种一维空间索引结构。通过改良Patricia树结构及其相关算法提高索引结构的操作效率。基于Morton码特点,融合索引结构和Morton码,使得索引结构拥有高效响应近邻查询的能力,并同时提出基于MPT的近邻算法。将二维空间进行预定规则下的不同粒度的划分,把分块后的二维空间区域转换为一维编码,使MPT索引具备高效响应区域查询能力。分析区域查询误差出现的原因,并给出相应解决方案。实验结果表明,与B+树、Hash表、Trie树相比,该方法在查询速度上更具优势,基于MPT的近邻搜索比基于R-Tree近邻搜索效率更高。
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计算机工程. 2015, 41(12): 75-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.015现有二进制翻译系统主要采用纯软件的方法实现访存指令模拟,用于目标访存指令的翻译后代码规模过高,导致模拟效率低下。针对该问题,提出一种高效的龙芯二进制翻译系统,设计一种双翻译后备缓冲(TLB)结构,通过在CPU核中新增一个专门用于转换宿主机地址的硬件TLB,实现由硬件直接进行地址转换,并通过降低用于X86访存指令的翻译后代码规模减少模拟开销。实验结果表明,与采用纯软件模拟方法的二进制翻译系统相比,优化后的内存拷贝性能提高约100倍,模拟X86 Linux内核的启动时间缩短19.12%。
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计算机工程. 2015, 41(12): 82-85,90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.016为更准确地评价基于国产CPU/OS的信息系统性能,通过介绍国产基础软/硬件的背景,阐述信息系统性能测试原理及方法,针对商用性能测试工具LoadRunner不能真实反映用户体验时间,无法直接用于基于国产CPU/OS的信息系统的问题,考虑用户体验,分别提出基于LoadRunner 和JMeter的国产信息系统性能测试方案。对2种改进方案进行实验,结果显示,JMeter测试方案的方差比LoadRunner测试方案小70.49%,表明JMeter方案的测试结果比LoadRunner方案更接近用户体验时间。
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计算机工程. 2015, 41(12): 86-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.017现有的程序向量化方法通常仅支持连续访存模式,而不支持非连续的内存访问。为实现更多程序的向量并行,提出一种向量化非规则访存处理方法。对访存特征进行检测分类,针对不同特征给出对应的向量化方案,同时设计收益分析方法,以保证向量化的有效性。实验结果表 明,该方法可有效提高向量化能力,实现复杂访存形式的程序向量化。
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计算机工程. 2015, 41(12): 91-95,100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.018已有软件语义分析方法普遍存在时间复杂度高、准确率低的问题。为此,基于抽象语法树,提出一种根据控制依赖图构建程序控制流图的算法,并在对依赖图进行等价代换的基础上简化该算法。通过对目标程序进行等价代换,并使用程序依赖图替换程序系统依赖图,改进传统 系统依赖图的构建流程。实验结果表明,该算法可有效降低构建系统依赖图的复杂度,并能提高程序切片的速率。
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计算机工程. 2015, 41(12): 96-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.019最早截止期优先(EDF)调度算法在系统过载的情况下会产生“多米诺效应”,导致无法满足多数任务的实时性要求。针对该问题,提出一种基于贪心策略的最优调度集选择方法。通过引入一个表示任务价值的因子与任务的截止时间共同决定任务的优先级,当系统过载时,在 EDF算法的可调度范围内选取重要任务作为优先调度对象。理论性能分析和实验结果表明,该算法不仅能在过载时降低实时系统的任务截止期错失率,而且能保证关键任务的优先调度。
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计算机工程. 2015, 41(12): 101-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.020针对无线传感器网中节点无标识以及数量未知环境下的节点定位问题,提出一种通过优化圆环交叉区域筛选可行节点位置和数量的算法。采用粗粒度的圆环搜索标识重叠区域的交叉数量,生成二阶定位点权重矩阵。通过求矩阵极大值确定并筛选出可能含有未知节点的圆环交叉区域,利用每个区域的质心代表该交叉区域。运用自适应遗传算法估计未知节点的数量和位置,将贝叶斯信息准则最小值作为选择模型参数最优值的依据。实验结果表明,在未知节点分布稀疏的情况下,该定位算法既能准确估计出未知节点的数量,也能达到较高的定位精度。
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计算机工程. 2015, 41(12): 107-110,118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.021线型无线传感器网络离基站较近的节点转发量较大,且能量消耗较快,严重影响网络寿命。针对等间距能量优化算法各节点能量消耗不均衡的问题,提出一种梯度距离能量优化算法。将节点传输距离能量作为调节因素,节点间能量均衡作为约束条件,节点到基站由远及近的传 输距离优化为梯度距离。仿真结果表明,梯度距离部署算法可有效平衡节点间的能量消耗,延长网络寿命,与等间距部署算法相比,该算法的网络寿命延长了大约39.2%,能量利用率接近100%。
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计算机工程. 2015, 41(12): 119-124,129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.023针对用于事件检测的带状无线传感器网络,间歇性故障检测易误判事件为故障,以及在高故障率区域误判率较高的问题,提出一种适合带状传感器网络的动态分布式故障检测算法。该算法基于分簇和决策扩散策略,在簇内找到正常的簇头,以此为参照判断簇成员的状态。利用 间歇性故障和事件在时间域的特性,排除一部分故障节点成为簇头的可能性,使用空间相关性和动态时间弯曲的方法鉴别事件区域的正常节点和故障节点,从而筛选出正常的簇头。实验结果证明,在高故障率区域和事件区域,该算法能达到99%以上的检测精确度,5.5%以下的误 判率,并且具有较低的能耗水平。
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计算机工程. 2015, 41(12): 125-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.024
传统基于小波分析的去噪方法和经验模态分解(EMD)去噪方法去噪后的信号信噪比较低。针对该问题,提出一种多小波包框架下区间迭代不变阈值的EMD去噪方法。对输入带噪信号进行预处理,将其变换为多维信号之后进行多小波包分解,设计针对软硬阈值函数的改进型阈值函数,并对得到的最后一层多小波包系数实现小波阈值处理,从而得到一维小波系数,对各本征模态函数分量(IMF)进行区间迭代不变阈值EMD去噪,并重构得到去噪后信号。仿真结果表明,与传统EMD小波阈值去噪方法相比,该方法信噪比提升近2.5 dB,均方误差达到0.000 7, 去噪效果较好。
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计算机工程. 2015, 41(12): 130-134,139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.025为解决越来越严重的网络拥塞问题,规避恶意网络攻击,提出基于Morlet小波支持向量回归(MWSVR)和自回归移动平均(ARMA)混合模型的流量预测方法。针对较短时间尺度的网络流量,将Morlet小波构造为支持向量回归方法的核,得到MWSVR模型。流量经小波分解成近似和细 节2个部分,使用混合模型中的MWSVR和传统的线性模型ARMA分别预测网络流量的近似部分和细节部分,合成各分量值作为预测结果。与单一的ARMA与MWSVR模型预测结果分别进行比较,结果证明,该混合模型能够较准确地拟合网络中的流量。
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计算机工程. 2015, 41(12): 135-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.026针对认知无线电网络的频谱分配问题,结合量子计算和拟态物理优化算法,提出一种考虑认知用户需求的频谱分配模型。引入认知用户对频谱的需求,根据频谱分配问题的NP特性,采用拟态物理学优化算法对其求解,利用量子编码的高效性进行微粒个体编码,从而提高搜索速 度,并设计适合频谱分配的微粒运动方式,给出微粒的更新方程。仿真结果表明,与使用QGA-SA,PSO-SA和CSGC算法的频谱分配模型相比,该模型能获得更高的网络收益,并保证频谱分配的高效性。
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计算机工程. 2015, 41(12): 140-143,149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.027针对高阶多输入多输出(MIMO)系统下,传统信号检测算法复杂度大的问题,结合禁忌搜索算法的基本原理,改进分层禁忌搜索算法,引入排序相消的思想,用于高阶MIMO检测。仿真实验结果表明,相比其他算法,在相同条件下,所提算法在误码率方面表现出更优的性能,尤其是在 低阶调制信号、高信噪比环境下,该算法能避免出现瓶颈效应。
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计算机工程. 2015, 41(12): 144-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.028对于单模式匹配Boyer-Moore(BM)算法,为提高首字符的不匹配率和失配窗口的最大移动距离,结合BM系列改进算法的设计思想,提出一种高效算法Skii-BM。在Q(x)函数基础上引入窗口竞争思想,以极大化跳跃距离。实验结果表明,改进算法能减少不必要的匹配过程,提高窗 口移动速度,从而改善匹配效率。
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计算机工程. 2015, 41(12): 150-155,160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.029现有基于梯度下降的脉冲神经元脉冲序列学习方法采用离线学习方式,即神经元运行结束后再根据全部输出脉冲调整突触权值。基于真实生物神经元突触强度的在线调整机制,提出一种在线方式的基于梯度下降的脉冲序列学习方法。在神经元运行过程中,当有脉冲激发时,即刻根据实际与期望输出脉冲调整突触权值。实验结果表明,该方法可有效实现脉冲序列学习,与离线的基于梯度下降的方法相比,具有更高的学习精度。
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计算机工程. 2015, 41(12): 156-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.030基于用户偏好物品与其在网上浏览的历史记录,推荐系统都能够向用户推荐项目和预测未来的采购意愿,但稀疏性、冷启动等问题影响该方法的推荐效果。为此,提出将深度本体与用户标签结合的Web推荐方法。利用深度本体项目之间的语义关系对数据矩阵降维,根据用户提 供的标签信息,将点击流映射到本体中,结合深度本体中项目之间的关系扩展推荐结果,推荐出top-n信息。实验结果表明,与传统的基于本体方法相比,该方法可解决稀疏性和冷启动等问题,同时推荐的准确性和时效性都有较好的效果。
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计算机工程. 2015, 41(12): 161-165,170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.031针对投影哈希中投影误差较大,二进制编码时原始信息丢失严重等问题,提出一种近似最近邻搜索方法。该方法通过多阶段量化策略减少编码过程中的投影及量化误差。在每阶段训练时,对前一阶段的量化残差采用投影、按维度训练码书及量化、反投影等运算生成各阶段的子量化器。子量化器按投影后数据的维度提供多个哈希函数,最终的哈希函数由各阶段哈希函数共同构成。在最近邻搜索时,给二进制编码加上权重以便对搜索结果进行重排,提高搜索精度。实验结果表明,基于投影残差量化哈希的近似最近邻的搜索性能优于当前主流的哈希方法。
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计算机工程. 2015, 41(12): 166-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.032以Twitter加密数据为研究对象，提出一种快速自动识别加密网络行为的方法。在分析海量Twitter加密网络行为的基础上，提取能够表征加密网络行为的特征，构建加密网络行为模型库。计算实时采集的网络交互数据与模型库中参考样本的相关系数，根据相关系数阈值 进行海量Twitter加密网络行为的自动分类识别。实验结果表明，与基于IP、机器学习等的识别方法相比，该方法能实现Twitter加密网络行为的快速在线自动识别，并解决因加密协议频繁升级导致的开发维护工作量大和在线识别效率低的问题。
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计算机工程. 2015, 41(12): 171-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.033针对周期可变的实时消息集,建立柔性时间触发调度模型下消息周期与系统性能的优化模型,并给出解析取整和贪心选择2种消息周期近似最优指定算法。在此基础上,提出结合OptInt与Greed 2种算法的Comb算法。Comb算法通过利用OptInt算法获得较好的初始解,运用Greed 算法对初始解进行二次优化,实现OptInt与Greed2种算法的有效组合。理论分析与仿真实验结果表明,Comb算法具有Greed算法步骤简单、算法复杂度低的优点,在保证消息集可调度前提下,能有效地优化系统的整体性能。
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计算机工程. 2015, 41(12): 176-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.034微博社交网络短文本具有数据规模巨大、快速传播、模态多样、质量较低等特性,导致现有传统的话题检测与跟踪技术在对其进行数据处理时面临复杂度高、特征稀疏和噪声干扰等问题。为此,提出一种在回归预测和谱聚类基础上的突发话题检测方法。该方法针对关键词词频变动趋势,基于回归模型,量化微博关键词的突发程度,从词频趋势分析的角度准确地提取出突发词集合。设计一个基于谱聚类思想的突发词聚类方法提高聚类结果的准确性。在大规模微博数据集的实验结果证明,与baseline方法相比,该方法的准确率、召回率、F值都有较大提高,在微博信息分析领域有着较好的应用前景。
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计算机工程. 2015, 41(12): 182-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.035针对光学与合成孔径雷达(SAR)图像难以配准的问题,提出一种基于空间约束的尺度不变牲变换(SIFT)算法。该算法对光学图像和SAR图像分别进行预处理,包括利用增强Frost滤波抑制SAR图像的相干斑噪声,及运用自适应直方图均衡法增强光学和SAR图像之间的共性轮廓特 征。人工选取3个~4个同名控制点对进行粗配准。通过改进的SIFT方法提取特征点,以结构相似性指数作为特征点之间的相似性测度,并采用kd-tree搜索策略得到初始匹配点对。使用空间约束条件和随机抽样一致性算法筛选匹配点对,利用最终的精匹配点对完成配准。实验 结果表明,该算法对光学和SAR图像的配准可以取得较高的精度,配准精度优于2个像素。
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计算机工程. 2015, 41(12): 188-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.036为提高高光谱图像的解混精度,针对联合匹配追踪(SMP)和联合正交匹配追踪(SOMP)算法在端元选择机制中存在的非最优问题,提出一种自适应回溯联合正交匹配追踪算法。对高光谱图像进行分块处理,通过初步测试选择每个分块中合适的端元加入端元支撑集,利用终极测试 对支撑集中的端元进行检验,删除其中的错误端元,选取分块端元支撑集的并集作为整幅图像的端元支撑集,并以此为依据进行最小二乘法丰度估计。实验结果表明,与传统凸优化的稀疏解混算法及SMP,SOMP等贪婪算法相比,该算法具有更高的解混精度。
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计算机工程. 2015, 41(12): 194-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.037光滑粒子动力学方法是一种常用的多相流仿真方法,但由于在自由表面光滑半径内的粒子数目偏少,其存在拉伸不稳定性。此外,浮力耗散也会使低密度粒子聚集成堆并位于高密度粒子内部。针对这2个问题,提出一种改进的多相流仿真方法。通过核常量修正法消除拉伸不稳 定性,通过给低密度粒子添加额外人工浮力的方法解决浮力耗散问题。实验结果表明,该方法能快速、准确地对多相流现象进行实时仿真。
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计算机工程. 2015, 41(12): 200-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.038人体姿态估计中由于人体姿态的多样性、遮挡与自遮挡,导致系统准确率低、鲁棒性不强和运行效率低。为此,提出一种基于深度图像梯度的特征提取方法。利用图像中深度信息计算出每个像素点在水平方向和垂直方向的梯度值,计算每个像素点与邻域内像素点之间的差值 ,从而得到一个四维特征,对随机森林进行优化,并估计图像中的人体姿态。实验结果表明,与像素偏移比较法相比,该方法的鲁棒性和准确率都有明显提升,同时优化的随机森林决策方法,可使在只降低0.1%准确率的情况下,提升随机森林的测试运行效率。
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计算机工程. 2015, 41(12): 206-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.039针对核范数降维去噪方法对强噪声去除效果不佳的问题,提出一种鲁棒核范数降维的去噪方法。该方法在核范数最小化的思想下构建图像降维的代价函数,并在代价函数中增加噪声的L1范数作为其正规化项,用以改善降维时噪声对降维的影响,提高降维的鲁棒性,通过最小化 代价函数,从高维的噪声图像中迭代求解出低秩的图像,以达到去噪的目的。实验结果表明,与核范数降维方法和三维块匹配(BM3D)方法相比,该方法能获得更好的去噪效果。
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计算机工程. 2015, 41(12): 212-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.040针对军警靶场对实弹射击结果高精确度和强环境适应性的要求,提出一种基于视频图像分析的自动报靶方法。提取不同环境下的靶图特征并使用Boosted Cascade算法训练靶图分类器,以提高报靶系统对环境的适应能力。对识别出的靶图做二值化与阈值分割处理,利用形态 学方法、霍夫变换、弹孔差影法求取靶心和弹孔位置,依据靶心坐标、环线半径以及弹孔坐标计算射击成绩。实验结果表明,该方法能正确识别靶图并计算射击成绩,对900次野外实弹射击的报靶精确度可达到98.5%以上。
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计算机工程. 2015, 41(12): 216-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.041根据自然界中物体纹理的空间方向性,提出一种三维矢量场建模方法。采用纹理的空间分布特征设计深度场,在深度场的各等值面上描绘纹理走向,通过矢量积运算完成三维矢量场的建模,使用拉普拉斯算法对三维矢量场进行平滑处理,并利用流线追踪算法对第2个矢量方向进行可视化操作。用生成的矢量场引导血管体纹理样本在三维空间中进行合成,实验结果验证了该算法的可行性。
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计算机工程. 2015, 41(12): 220-225,230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.042为提高超声弹性成像的质量同时满足实时成像的要求,以图形处理器(GPU)为计算平台,提出一种超声弹性实时成像算法。通过描述粒子群优化估计每一个待估计点位移的过程,对该算法进行GPU并行实现,并与传统互相关算法的实验数据进行对比。仿真结果显示,该算法比传 统的互相关算法能更准确地估计组织的运动情况,使得到的弹性图具有较高的质量,同时其GPU并行实现可有效提高计算速度,满足实时超声弹性成像的要求。
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计算机工程. 2015, 41(12): 226-230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.043为了能在复杂背景图像序列中进行变化目标检测,提出一种基于统计检验的变化检测算法。利用高斯混合模型计算背景像素和观测像素的经验分布函数,根据假设检验理论计算RBJ统计量,通过待检测像素与背景模型的拟合程度判断像素归属,得到粗略的变化目标,采用高斯 分裂原则自适应更新背景分布函数,使背景模型能进一步逼近真实背景,从而得到最终变化目标。仿真结果表明,针对复杂背景的图像序列,该算法能够有效抑制恶劣天气对检测的干扰,查准率较高,综合检测性能指标较好。
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计算机工程. 2015, 41(12): 231-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.044传统的转码技术在H.264到高效视频编码(HEVC)视频的转码过程中效率低下。针对该问题,提出一种利用H.264解码信息加速HEVC编码的转码算法。该算法利用纹理复杂度和编码单元所含比特数之间的关系,根据每个编码单元所含比特数和每帧平均比特数的比值自适应地预 测编码搜索深度范围,对H.264中宏块的运动矢量进行预处理,减少预测单元分割模式的候选数目,并优化运动搜索起点和运动搜索范围。实验结果表明,与HEVC相比,该算法能缩短编码时间。
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计算机工程. 2015, 41(12): 236-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.045电视直播业务发展迅速、应用场景灵活多变,使得用户难以找到自己喜欢的资源,而相应的个性化推荐研究较少,且效果不好。针对该问题,提出一种基于贪心选择的虚拟频道生成算法。该算法将用户的观看记录和各频道组成的节目单作为计算用户兴趣的输入,使用基于语义 的词汇相似度计算方法计算用户对节目的兴趣度,通过贪心算法为用户生成符合其兴趣和需求的虚拟频道。实验结果表明,该算法为用户推荐的虚拟频道符合用户兴趣,个性化推荐效果较好。
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计算机工程. 2015, 41(12): 241-248. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.046针对目前H.264嵌入式音视频同步算法在高清、超高清视频应用方面的局限性,提出一种基于帧内预测模式的高效视频编码音视频同步方法。在帧内预测过程中,选取纹理复杂度较高的4×4亮度块调制预测模式,在分析相邻预测模式相关性的基础上,对35种预测模式进行分组,通过改进可变长编码算法及其映射规则,将音频信息进行动态分组,建立预测模式组与变长码组之间的动态双映射关系。为提高视频质量,对修改后的预测模式进行重编码。在解码端,只需将解码得到的预测模式根据双映射关系进行音频信息的提取及重构。仿真结果表明,该算法可保证音频数据的正确性和完整性,实现高清、超高清视频的音视频同步编码传输。
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计算机工程. 2015, 41(12): 249-255. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.047为了提高视频在高性能压缩效率和实时编码方面的性能,提出一种新型的并行处理架构。采用现场可编程门阵列(FPGA)实现整个H.264编码系统设计,包括帧内和帧间预测、变换编码等全部编码过程。针对FPGA的低频工作特点采用高度流水线设计、双缓存机制以及多时域工 作等优化处理模式,设计一种快速的宏块匹配预测架构,将图像分辨率设置成可调参数,在Xilinx公司的Virtex-6芯片上应用该硬件系统。测试结果证明,该IP系统在保持较好压缩性能的基础上720P的帧率可达每秒34帧。
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计算机工程. 2015, 41(12): 256-259,264. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.048高效视频编码的Merge模式基于四叉树的图像编码方式,可以将多个相邻且具有相似运动情况的预测单元(PU)块合并成同一个区域并使用相同的运动参数。研究候选PU的合并决策过程,针对Merge模式所带来的高计算复杂度且合并候选过程中常进行多次不必要的判断问题,提 出一种低复杂度的候选决策算法。该算法基于时空域候选在不同情形下的分布特征,从改变候选列表选择过程的角度减少候选判断次数从而降低编码复杂度。实验结果表明,与原始算法相比,该算法的编码时间缩短、码率减少,能有效降低编码复杂度。
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计算机工程. 2015, 41(12): 260-264. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.049针对当前目标跟踪算法因光照变化、部分遮挡、姿态变化以及背景杂乱等因素引起的跟踪漂移问题,联合混合范数约束和增量非负矩阵分解,提出一种目标跟踪算法。通过对目标的非负矩阵分解获得其局部结构信息,有效应对局部遮挡,同时达到降维目的。通过稀疏描述下 的混合范数约束进一步抑制外界环境的干扰,并利用加速近似梯度算法迭代求解优化问题。为更好地满足实时精准跟踪的需求,应用遮挡检测及在线更新策略读取跟踪目标位置。在粒子滤波跟踪框架中的实验结果显示,相比IVT、多示例学习、Frag和L1 APG跟踪算法,该算法 的鲁棒性更好。
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计算机工程. 2015, 41(12): 265-268,274. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.050工业机器人在使用过程中产生的实际几何参数与理论参数偏差会影响定位精度,而精确地标定出机器人的零位参数能在很大程度上提高机器人的定位精度。为此,基于点约束对工业机器人零位标定进行研究,论述约束点分布对标定的影响。仿真实验结果表明,在理想情况下, 单点约束和多点约束均能得到精确的标定结果,但在系统带噪声的情况下,多点约束比单点约束具有更好的标定结果。
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计算机工程. 2015, 41(12): 269-274. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.051针对独立成分分析(ICA)方法的独立性假设在实际脑图像分析中很难完全满足的问题,根据脑图像数据的特点,提出一种基于字典稀疏性的盲分离方法。结合字典学习和盲分离技术,利用源信号在所选字典中的稀疏性,将盲分离的过程转换到稀疏域中,通过在稀疏域中对源信 号施加稀疏性约束进行盲分解。采用脑激活区定位实验对该方法进行验证,并用线性相关方法进行结果比较。结果证明,与ICA方法相比,该方法得到的激活体素平均时间序列与实验任务更相关,激活体素空间分布也更集中,具有较高的求解质量和求解效率,可用于更好地分析 脑图像数据,在稀疏域中进行盲分解时提高盲分解的质量。
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计算机工程. 2015, 41(12): 275-279,287. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.052基于无线信号的室内定位技术所采用的定位算法在很大程度上受到无线信号中噪声数据的影响,性能得不到保证。为此,提出一种受约束的k最邻近(kNN)回归算法,提升原始kNN算法对噪声的鲁棒性。假设噪声点对于预测不同测试样本的影响各不相同,通过训练集(含噪声)划 分,即以数据驱动的方式把噪声点划分到合适的子集中,并且限定测试样例的最优近邻搜索空间为其最近邻子集的方式来约束噪声对于kNN算法的影响。实验结果表明,在蓝牙指纹数据的室内定位中,受约束的kNN回归算法明显优于对比算法,达到2.4 m的定位精度,基本满足室 内定位的应用要求。
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计算机工程. 2015, 41(12): 280-287. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.053针对风电变流器故障信号非平稳、非线性的特性,结合经验模态分解(EMD)对非线性信号处理的自适应性和分形盒维数能对非线性行为定量描述的特点,提出基于EMD与分形的变流器故障特征提取方法。逆变输出三相电压信号经EMD处理后,将所得的含故障特征的固有模态分 量的信息熵作为能量分布特征,分形盒维数作为结构特征,2种特征量结合较之前单一特征量更能精确反映变流器故障状态。但该特征提取法容易引发维数灾难,因此引入有监督增量式正交判别邻域保持嵌入流形学习方法来对故障特征进行维数约简,研究参数k,d的选择问题, 加入类标签信息增强局部类内几何关系、最大化类间距离,并根据流形采样密度和曲率对k进行自适应调节。基于关联维数对吸引子不均匀性反应敏感,更能反映吸引子动态结构的特性,利用其对d进行估计,弥补通常情况下参数d难以确定的不足。通过Matlab仿真,验证了所 提方法对变流器故障识别的准确性与有效性,且识别率提高明显。
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计算机工程. 2015, 41(12): 288-292,298. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.054基于计算统一设备架构(CUDA)的互信息并行计算方法存在因bank冲突而导致执行效率降低的问题。为此,提出一种改进的互信息并行计算方法。利用CUDA的线程层次模型和共享存储器,按等步长数据并行访问方式计算直方图,结合共享存储器,通过分块两次归并方法计算联合熵,采用生成树归并算法避免bank冲突,使用指令展开策略进一步优化执行效率,由熵和联合熵完成互信息计算。实验结果表明,该方法在避免bank冲突的同时,能有效提高互信息计算效率。
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计算机工程. 2015, 41(12): 293-298. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.055为更好地识别病变图像,提出基于卷积网络和时变冲量学习的苹果病变图像识别方法。引入卷积、采样算子,通过基于时变冲量的参数训练过程实现网络自我优化,自动提取果园物联网传感器采集的果体图像病变特征,并对病变类别予以识别。实验结果显示,与浅层学习方法 及深度学习方法相比,该方法识别性能优势明显,正确率为97.45%,收敛速度快,并能维持较好的后期稳定性,对于不同基准数据集有较好的泛化能力。
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计算机工程. 2015, 41(12): 299-304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.056在复杂网络中,一般按照需求选取合适的关键点发现算法,常用的关键点发现算法分别是介度中心算法和PageRank算法。为了在特定应用场景下选取合适的关键点发现算法,选择7种不同类型网络下的16个真实数据集,分析比较介度中心算法和PageRank算法在这些数据集上得到的关键点集合的差异,总结出2种关键点发现算法的应用场景。实验结果表明,介度中心算法适用于对整个网络影响力较大的关键点应用场景,PageRank算法适用于某个领域内熟知度较高的关键点应用场景。
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计算机工程. 2015, 41(12): 305-311. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.057针对无人驾驶汽车获取的海量信息无法在无线网络中快速传输的问题,提出以内容中心网络为基础的无人自动驾驶方法。利用内容中心网络的Interest包和Data包向其他汽车或者基础设施发送和接收实时路况信息,当获取整体路况信息后结合用户需求制定相关行车路线,并 在行车过程中通过实时交换行车计划及调整行车路线,实现安全自动驾驶。实验结果表明,与基于802.11通信的自动驾驶方法相比,该方法在满足用户需求的前提下,可大幅降低路况信息获取时间、丢包率及使用成本,同时提升无人驾驶系统的安全性。
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计算机工程. 2015, 41(12): 312-316. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.058针对宽带功放以及高效率功放出现的记忆效应,提出一种改进的Hammerstein动态非线性模型。为提高建模精度,通过主路径和附加路径构建改进的Hammerstein动态非线性模型。主路径使用有限冲激响应滤波器分别构建弱记忆效应子系统和强记忆效应子系统,对这2个子系 统分别建模,使用查找表构建无记忆非线性模型。对附加路径建模时,仍采用将记忆线性系统和无记忆非线性系统分别建模的思想。仿真结果表明,改进的Hammerstein模型不仅能补偿短时记忆产生的带内失真,而且抑制了由于长时记忆产生的带外频谱再生,建模精度有了较 大程度的提高。
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计算机工程. 2015, 41(12): 317-320. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2015.12.059在工业领域中使用机械臂进行作业任务时,传统的操作方法必须预先对机械臂进行示教以规定应完成的动作,其中间过程不但繁琐而且效率和精度都比较低。介绍2种不同的工业机械臂视觉定位方法:摄像机透视成像的线性针孔模型方法和基于针孔模型进行改进的非线性相 机空间操作方法。分析2种方法的区别和联系,分别进行多组机械臂定位实验,并对定位精度进行分析与比较。实验结果表明,在较小的三维空间区域中相机空间操作方法比针孔模型方法精度更高,而在较大的区域中进行定位时,针孔模型方法比相机空间操作方法精度更佳。
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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