2017年, 第43卷, 第6期　刊出日期：2017-06-15

  

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封面和目录
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  2017年第6期《计算机工程》封面和中英文目录

  计算机工程. 2017, 43(6): 0-0.

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体系结构与软件技术
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  面向MPI集合操作的定制化片上网络

  陆思羽,王宏伟,张悠慧,杨广文,郑纬民

  计算机工程. 2017, 43(6): 1-10,18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.001

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  根据计算趋近数据的原则,提出面向MPI集合操作的定制化片上网络设计方法,通过增强现有片上路由器的硬件功能实现MPI集合操作在网络层的加速。设计MPI归约操作,将其扩展至多种集合操作,并与一种针对确定性路由算法且可动态学习消息传输路径的自适应方法相结合,使集合操作可在扩展后的片上路由器上完成,加速处理过程并减少处理器核负载。此外,提出片上路由器的微体系结构设计方法,比较不同片上网络中扩展后的片上路由器布局并评估相应性能、功耗和片上面积。测试结果表明,与基于软件的最优实现相比,该方法在仅消耗有限功耗与片上面积的基础上,可使MPI归约性能提升6.4~41.7倍,广播性能提升15.3~31.2倍,全局归约性能提升5.4~9.7倍,收集性能提升1.3~1.8倍。
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  一种支持性能优化的软件部署描述语言

  骆慧,应时,李琳,董波

  计算机工程. 2017, 43(6): 11-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.002

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  现有的软件即服务(SaaS)动态部署模型和语言在描述软件部署方案时,主要关注部署配置信息、性能需求及资源可用性需求,难以为面向SaaS软件部署方案的性能优化提供支持。为此,提出一种SaaS软件部署描述语言(SSDL)。SSDL根据SaaS软件部署的特点,结合SaaS软件性能优化所需的信息,从部署环境、部署对象、部署计划和部署约束4个方面构建SSDL概念模型,描述SaaS软件部署方案并给出基于SSDL的性能优化方法。通过应急任务运行管理系统部署方案的性能优化实验,验证了提出的SSDL对软件性能优化的支撑作用。
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  Spark环境下基于SMT的分布式限界模型检测

  任胜兵,张健威,吴斌,王志健

  计算机工程. 2017, 43(6): 19-23,29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.003

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  在基于可满足性模理论(SMT)的限界模型检测中,限界深度对于程序验证结果的可信性和程序验证效率具有重要影响。传统串行检测方法由于单机处理性能和内存的限制,不能在限界较深的条件下进行验证。针对该问题,在Spark环境下提出一种分布式限界模型检测方法。将源程序的LLVM中间表示(LLVM-IR)构造为Spark内置的数据结构Pair RDD,利用MapReduce算法将Pair RDD转化为表示验证条件的弹性分布式数据集(VCs RDD),VCs RDD转化为SMT-LIB并输入SMT求解器进行验证。实验结果表明,与传统串行检测方法相比,该方法提高了验证过程中的限界深度和验证结果的正确率,并且对于复杂度较高的程序在限界相同的情况下其验证速度也有所提升。
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  空间对接仿真试验台对接机构测控系统设计

  李双全,杜亚娟,刘凌锋

  计算机工程. 2017, 43(6): 24-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.004

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  为实现空间两飞行器的交会对接,需要对空间交会对接过程进行仿真调试。为此,构建空间对接半实物仿真试验台,克服无实物仿真环境的局限性,再现2个空间飞行器的交会对接过程。提出对接机构测控系统设计方案,描述其软件结构和控制流程,建立对接机构测控模型,通过RT-LAB实时仿真平台将模型下载到测控计算机上运行,实现对接机构传感器信号的采集和运动控制。试验结果表明,该系统模型能够模拟飞行器的交会对接过程,具有较好的实时性,系统运行稳定、可靠。
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  基于时间Petri网的嵌入式系统构件建模与能耗分析

  张晶,王亮,范洪博,肖智斌

  计算机工程. 2017, 43(6): 30-34,39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.005

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  现有软件能耗分析方法主要研究算法级和指令级能耗,对于软件体系结构级的能耗研究较少。为此,从嵌入式系统的软件体系结构出发,在传统Petri网的基础上加入价格和时间标签,建立价格时间Petri网。通过价格时间Petri网构建软件构件和连接子能耗模型分析系统软件能耗,并提出最小能耗可达路径算法降低系统执行能耗。实验结果表明,该模型测得的实际能耗结果与预期结果误差较小,并且能降低系统整体能耗,提高资源利用率。
移动互联与通信技术
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  基于剩余能量与能量消耗率的改进稳定选举协议

  王嫱君,刘国繁

  计算机工程. 2017, 43(6): 35-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.006

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  针对无线传感器网络运行过程中出现的节点能耗不均及网络稳定周期较短的问题,提出一种改进的稳定选举协议。采用综合考虑节点剩余能量和能量消耗率的簇头选举机制,优化节点阈值计算方法,使剩余能量越多、能量消耗率越小的节点被选为簇头的概率越大,从而避免能量过低的节点承担较多网络负载,均衡节点间的能耗。仿真结果表明,改进协议能有效降低网络能耗,延长网络寿命。
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  基于云模型与证据理论的通信电子防御效能评估

  杨米,陈建忠,牛英滔

  计算机工程. 2017, 43(6): 40-45,52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.007

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  针对通信电子防御效能评估过程中指标的不确定性描述问题,提出一种基于云模型和证据理论的信息融合评估方法。设计评语等级云发生器,根据云隶属度构造基本信度分配函数。基于证据距离修正的证据融合规则对不同指标的基本信度分配信息进行融合,并将融合后的基本信度分配与评语量化值进行线性加权,得到最终评估结果。以跳频通信装备为例进行通信电子防御效能评估,结果表明,该方法能有效降低专家评价的主观性,使评估结果更准确客观。
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  基于联合退避-功率感知机制的物联网节点信息防碰撞算法

  郭小波,李松涛,张德贤

  计算机工程. 2017, 43(6): 46-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.008

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  物联网(IoT)节点防碰撞算法难以解决IoT节点数据冲突,造成严重的信号干涉。为此,提出一种新的物联网节点信息防碰撞算法。通过构建射频识别信号的离散正交调制与解调机制,降低节点间信号因互相干涉而导致的信道碰撞,建立联合退避-功率感知机制,定义节点数据退避防冲撞规则,以改善节点信号发射功率的波动幅度。实验结果表明,与ColorWava算法和信息决策控制算法相比,该算法具有更长的节点信号识别距离与更低的信道碰撞概率。
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  联合改进CEEMD与近似熵的脑电去噪方法

  张欢,刘燕,佟宝同,赵凌霄,杨莹雪,王玉平,戴亚康

  计算机工程. 2017, 43(6): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.009

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  针对现有完备总体经验模态分解方法在脑电去噪中的模态筛选偏差问题,结合改进的完备总体经验模态分解(ICEEMD)与近似熵,提出一种新的脑电(EEG)信号去噪方法。对EEG信号进行ICEEMD分解,得到一系列本征模态函数(IMF),再对IMF分别计算近似熵,比较并选择近似熵值最大的IMF作为去噪后的信号。基于模拟信号和真实脑电信号的实验结果表明,与添加自适应噪声的完备总体经验模态分解方法相比,该方法能得到更清晰稳定的去噪结果,并且解决了IMF盲目选取导致的去噪失准及虚假模态等问题。
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  有约束的三维RFID读写器网络规划方法

  郁诺

  计算机工程. 2017, 43(6): 59-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.010

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  针对现有的读写器网络规划计算量大和优化困难的问题,基于微遗传算法,提出一种带有约束的网络规划方法,以优化无线射频识别读写器。运用空间交叉的方法解决种群数量较少导致的搜索能力退化问题,提高搜索能力。为降低迭代成本,校正方案包含了冗余读写器的消除操作,使得校正后的可行性染色体都是低成本染色体。实验结果表明,与典型遗传算法和粒子群优化算法相比,该方法的计算效率较高,在计算时间和标签覆盖率方面具有较大优势。
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  基于分层PE技术的MPLS-VPN架构优化

  宋高俊,胡成,周芳

  计算机工程. 2017, 43(6): 66-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.011

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  针对传统MPLS-VPN组网架构存在的扩展性不足、安全性不高与传输质量差等问题,提出一种使用层次化运营商边缘设备技术优化网络架构的方法。采用设备层级化的方式对网络拓扑结构进行优化改造,使设备的路由控制和数据转发实现最大限度的分离,引入链路利用率权值对等价多路径选择算法进行优化,并把优化前后网络的各项性能指标进行对比。实验结果表明,优化后流量的负载更均衡,数据包的延时、抖动、丢包率明显下降,网络的扩展性、安全性以及传输质量明显提高。
安全技术
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  一种端到端的医疗无线体域网轻量认证协议

  彭彦彬,田野,彭新光

  计算机工程. 2017, 43(6): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.012

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  在医疗无线体域网信息传输中,基于生物特征和可信第三方公钥基础设施等认证机制存在身份漏报、误报和部署成本高的缺陷。为此,在分析医疗无线体域网认证机制的安全及性能需求的基础上,将椭圆曲线密码体制加密与签名算法引入现有基于挑战应答的轻量认证协议,基于体验、性能、安全和成本的均衡考虑,提出一种端到端的轻量认证协议。理论证明和实验结果表明,该协议具备端到端、轻量、互认证、不可链接和低成本等优势,是一种优选的医疗无线体域网备选认证协议。
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  超椭圆曲线上斜-Frobenius映射及有效标量乘算法研究

  卢宇,汪学明

  计算机工程. 2017, 43(6): 78-83,91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.013

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  为提高超椭圆曲线上标量乘计算效率,将椭圆曲线上的斜-Frobenius映射推广到超椭圆曲线上,在亏格为4的超椭圆曲线上构造斜-Frobenius映射,通过对亏格为2,3,4的超椭圆曲线上的斜-Frobenius映射,提出超椭圆曲线上斜-Frobenius映射的一般形式。基于超椭圆曲线上的斜-Frobenius映射的一般形式构造新的标量乘算法,提高计算超椭圆曲线上标量乘的效率。实验结果表明,提出的基于超椭圆曲线上的斜-Frobenius映射标量乘效率比基于二进制标量乘算法提高了39%。
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  基于小波包的AES相关功耗分析攻击

  段晓毅,佘高健,高献伟,何斯曼,崔琦,王思翔,毛泽宇

  计算机工程. 2017, 43(6): 84-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.014

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  在相关功耗分析攻击中,功耗曲线噪声的存在会影响攻击结果的成功率。为此,运用小波包阈值进行去噪,提出一种功耗曲线预处理方法。利用小波包阈值法对功耗曲线进行去噪预处理,使用去噪后的功耗曲线执行相关功耗分析。实验结果表明,小波包阈值去噪能最大限度地去除功耗曲线中不相关的噪声,提高有用信号的信噪比,减少密钥分析所需数据和提高相关功耗分析的效率。
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  基于改进欧式距离的硬件木马检测

  王建新,王柏人,曲鸣,张磊

  计算机工程. 2017, 43(6): 92-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.015

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  传统欧式距离判别方法用于硬件木马检测时,存在判别准确率较低的问题。为此,分析芯片运行时的侧信道功耗信息,根据木马模块触发产生额外功耗的特征,提出一种指数变换改进方案。加入可调参数,以增大硬件木马的可识别度。实验结果表明,与传统欧氏距离判别法相比,参数可调的欧氏距离改进方案可使判别性能提升29%,且木马检测准确率高达98%。

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  基于SM2与零知识的射频识别双向认证协议

  李子臣,刘博雅,王培东,杨亚涛

  计算机工程. 2017, 43(6): 97-100,104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.016

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  为保证射频识别系统中阅读器与标签的无线通信安全,以国产公钥密码算法SM2为基础,引入零知识证明思想,提出一种双向认证协议。给出安全性分析和效率分析,并利用BAN逻辑进行形式化分析。结果表明,该协议在阅读器和标签只需交互2次的情况下即可完成双向认证,具有较高的安全性和通信效率。
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  ARX函数的两轮迭代线性化条件研究

  陈士伟

  计算机工程. 2017, 43(6): 101-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.017

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  含模加运算、循环移位运算和异或加运算的密码算法称为ARX型算法,3种运算的混合使用可以达到更好的扩散和混乱效果。为此,给出二元ARX函数的定义,研究其两轮迭代同时线性化的条件,利用统计分析方法得到线性化条件成立的元素个数的计算公式。分析两轮独立条件下得到的线性化条件成立的概率,发现利用统计分析的方法能够更准确地刻画线性化条件成立概率的影响因素,并且增加一个左右块变换不会对两轮ARX函数的线性化条件产生影响。
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  基于元胞自动机模型的网络舆情导控机制研究

  毛乾任,王朝斌,包晓安,李艳梅

  计算机工程. 2017, 43(6): 105-110,117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.018

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  为探究网络舆情的演化规律及导控作用,采用定量分析方法,提出一种基于元胞自动机的舆情导控机制。定义内在动力系数、倔强度系数等舆情主体属性,提出舆情导控力系数。在元胞自动机模型中,把主体属性以及导控强度赋值给每一个元胞,仿真实现并分析了外界导控作用、网民属性对网络舆情发展的强度和方向的影响。实验结果表明,在网络舆情传播形成和发展时期对舆情进行正确导控,可以避免不良舆论的发生,舆情演化总体呈现扩散状态。
人工智能及识别技术
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  基于离散粒子群优化的云计算QoS调度算法

  王月,刘亚秋,郭继峰,景维鹏

  计算机工程. 2017, 43(6): 111-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.019

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  针对云计算环境下用户任务的多种服务质量(QoS)需求,综合考虑任务截止时间、调度预算和可靠性,提出一种多QoS约束离散粒子群优化(QoS-DPSO)的任务调度算法。对任务的QoS进行定义和数学建模,通过截止时间和调度预算约束DPSO的搜索空间,根据可靠性重新定义DPSO的适应度函数,由适应度值搜索最优的任务调度方案。实验结果表明,与PSO,DPSO,DBC和EDF算法相比,QoS-DPSO在满足调度截止期的情况下具有较高的可靠性,并且对Makespan性能的影响较小。

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  基于知识图谱的Web信息抽取系统

  王辉,郁波,洪宇,肖仰华

  计算机工程. 2017, 43(6): 118-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.020

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  为实现多领域海量网页信息的有效抽取,以中文知识图谱CN-DBpedia为基础设计Web信息抽取系统。基于知识图谱对网页数据项进行自动标注,建立具有容错能力的包装器归纳框架,从包含错误的标注集中归纳学习出正确的包装器。实验结果表明,该系统的准确率和召回率均高于传统人工标注方法,可显著降低网页信息抽取过程中的人力成本,灵活运用于大规模、多领域的网页信息抽取任务。
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  面向比特流的分组快速搜索匹配算法

  陶曌,杨建波,张波,张丽云

  计算机工程. 2017, 43(6): 125-128,135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.021

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  在比特流的模式匹配中,由于目标串和模式串字符集简单,匹配过程中匹配窗口平均跳跃长度短,导致快速搜索(QS)匹配算法效率不高。为此,分析QS算法坏字符启发规则匹配效率与字符集大小的关系,借鉴编码QS算法的编码思想,提出一种对模式串进行分组预处理并使用字符组计算跳跃集的分组QS算法,给出坏字符组启发规则与最佳分组长度的计算方法。实验结果表明,与不分组的算法相比,该算法能够增加比特流模式串匹配中匹配窗口的平均跳跃长度,提高计算效率。
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  基于互关联后继树的数学表达式检索

  刘惠丛,田冰洁,田学东

  计算机工程. 2017, 43(6): 129-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.022

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  数学表达式结构复杂多样,给检索带来困难。为此,提出一种数学表达式索引与检索方法。在索引阶段,通过对LaTeX数学表达式特点的分析与归纳,定义面向表达式二维结构特性的数学表达式特征表示方式,将互关联后继树索引模型应用于数学表达式索引的构建,以解决树结构表示表达式的层次增长问题。在匹配阶段,设计包括精确匹配、相容匹配、子式匹配、模糊匹配等查询模式的匹配算法。在浏览器/服务器模式下采用51 076条数学表达式进行索引与匹配。实验结果表明,提出的方法可加快查询速度,减小索引存储空间,能够适应数学表达式的结构特点,取得较好的检索效果。
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  基于图像识别的移动端原始凭证电子化智能填单系统

  鲁静,宋斌,向万红,吴士泓,孙晓东,唐静

  计算机工程. 2017, 43(6): 136-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.023

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  为实现原始凭证的自动电子化,提出一种基于图像特征的原始凭证自动分类方法,根据规则假设树的凭证版面分析,设计一个能应用于手机、pad等移动设备的原始凭证电子化智能填单系统。在网上报销时,只需对准原始凭证扫描移动设备,即可将凭证信息自动录入到财务信息化系统,不仅能消除因人力录入造成的时间、资源浪费,更保证原始凭证与网上报销流程中每笔业务的账实相符。实验结果表明,该方法的凭证分类正确率为88.38%,智能填单正确率为87.22%,平均每张凭证的处理时间为5.042 s,具有较高的经济价值和应用价值。

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  分离多路卷积神经网络研究

  宋超,许道云,秦永彬

  计算机工程. 2017, 43(6): 145-149,157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.024

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  针对卷积神经网络主要使用图像的局部特征而忽略图像通道特征的不足,提出一种分离多路卷积神经网络。提取通道特征与卷积特征,并在全连接层进行融合,以此提升该网络的图像识别与分类效果。在cifar10和SVHN数据集上进行的实验结果表明,与ResNet,Network in Network,Maxout等8种卷积神经网络相比,该网络的平均识别率较高。
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  基于吉布斯采样结果的主题文本网络构建方法

  张志远,杨宏敬,赵越

  计算机工程. 2017, 43(6): 150-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.025

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  挖掘文档集合中主题词的概率分布可对文档内容做概要性了解。进一步探寻给定主题下单词之间的连接关系不仅能丰富主题词的含义,而且能更细致地表现主题的层次和聚集关系。为此,针对带标签的文档集合,基于标注潜在狄利克雷分布(LDA)分析后的吉布斯采样结果,提出一种给定主题下2个单词共现的概率计算方法,并在此基础上构建主题文本网络。与逐点标注LDA(PL-LDA)模型相比,该方法不扩充原始文件,计算量小,耗时短。在航空安全报告数据集上的实验结果表明,对标记单词较多的主题,该方法能够较好地展示主题词的分布情况以及它们之间的复杂联系。
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  基于多目标烟花优化算法的正负量化关联规则挖掘

  吴琼,曾庆鹏

  计算机工程. 2017, 43(6): 158-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.026

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  为同时获得正负量化关联规则,并尽量减少人为干预的影响,在多目标烟花优化算法的基础上,提出一种正负量化关联规则挖掘算法。引入全面搜索关联规则,使用外部库存放非支配解,通过基于相似度的冗余淘汰机制保持库中关联规则的多样性,经多次迭代获得关联规则集合。实验结果表明,该算法无需人为指定支持度、置信度等阈值,一次运行后即可获得正负关联规则。此外,与Apriori算法及单目标进化算法相比,该算法在不同数据集上均可得到稳定的结果,能充分覆盖数据集,在可靠性、相关性及可理解性之间获得较好的均衡。
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  面向中文产品评论的完整评价对象抽取方法

  杨凤芹,宋美佳,孙铁利,孙红光

  计算机工程. 2017, 43(6): 169-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.027

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  传统评价对象抽取方法较少考虑低频、结构复杂和信息量较大的评价对象。为此,针对中文产品评论提出一种完整评价对象抽取方法。利用词性和语法分析结果提取基础词单元,通过每个词单元的完整值和缺失值对其进行扩展,根据连接稳定性判断扩展后的词单元是否合理,得到候选评价对象集合,采用过滤策略对候选评价对象集合进行过滤,获得最终的评价对象集合。在真实数据集上的实验结果表明,该方法对包含低频和分词结构复杂的评价对象有较好的抽取效果。
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  融合统计信息与语义相似度的特征扩展算法

  李晓红,曹林,宿云,马慧芳

  计算机工程. 2017, 43(6): 177-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.028

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  通过分析短文本的高维性和稀疏性,提出一种融合特征词间统计信息与语义相似度的短文本特征扩展算法。根据词的贡献度对候选特征集进行筛选,得到扩展集合初始值。计算特征词之间的统计相关度,构建二元相关词对集合。利用外部知识库知网中的语义关系获取相关词对的义项集合并计算语义相似度,将满足条件的义项扩展为短文本的特征词,得到扩展后的特征集。实验结果表明,使用该算法对短文本进行特征扩展后,可显著提升分类器的分类效果。

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  基于潜在语义与图结构的微博语义检索

  肖宝,李璞,胡娇娇,蒋运承

  计算机工程. 2017, 43(6): 182-188,194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.029

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  微博文本短小、特征稀疏、与用户查询之间存在语义鸿沟的特点会降低语义检索效率。针对该问题,结合文本特征和知识库语义,构建基于潜在语义与图结构的语义检索模型。通过Tversky算法计算基于Hashtag的特征相关度;利用隐含狄利克雷分布算法对Wikipedia语料库训练主题模型,基于JSD距离计算映射到该模型的文本主题相关度;抽取DBpedia中实体及其网络关系连接图,使用SimRank算法计算图中实体间的相关度。综合以上3个结果得到最终相关度。通过短文本和长文本检索对Twitter子集进行实验,结果表明,与基于开放关联数据和图论的方法相比,该模型在评估指标MAP,P@30,R-Prec上分别提高了2.98%,6.40%,5.16%,具有较好的检索性能。
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  基于跨事件理论的新闻事件时序关系识别方法

  丁硙,周枫,庙介璞,余正涛,周兰江,严馨

  计算机工程. 2017, 43(6): 189-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.030

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  针对TempEval-2010会议所提供中文语料中的时序关系识别任务，采用基于条件随机场的方法自动识别获得信号词，并融入跨事件理论，利用基于最大熵模型的分类算法对信号词与其他语言特征进行时序关系识别，同时使用约束传播的推理方法解决语料稀疏问题。实验结果表明，基于条件随机场的方法信号词自动识别准确率为69.21%，融入跨事件理论的时序关系识别准确率达到84.7%，表明所提方法可有效改善识别效果。
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  组合Skyline的求解与更新算法

  董雷刚,刘国华

  计算机工程. 2017, 43(6): 195-201,206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.031

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  针对现有组合Skyline查询算法剪枝效率低、对低维数据集计算速度不理想的问题,提出一种快速求解与更新组合Skyline的算法。定义支配区的相关概念,给出相应剪枝规则裁剪无用的数据组合。对于数据集添加数据点和删除数据点的情况,在原有查询结果的基础上根据数据点所在分区实施不同的操作,从而实现查询结果的快速更新。实验结果表明,该算法可有效提高剪枝效率,加快运算速度。
图形图像处理
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  多层阈值函数下的小波图像去噪

  秦冬冬,陈志军,闫学勤

  计算机工程. 2017, 43(6): 202-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.032

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  传统的硬软阈值函数在阈值处不连续,容易产生振荡,且估计小波系数与实际小波系数有恒定偏差,存在过扼杀现象。为此,提出一种多层改进型的阈值函数,该函数不仅在阈值处连续,而且估计的小波系数能够渐进实际小波系数。通过加入阈值调节因子,根据采样点长度的不同调节阈值因子,解决固定阈值偏大的问题。实验结果表明,改进后的阈值函数无论在视觉效果上,还是在峰值信噪比和均方误差性能上均优于传统阈值函数。
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  基于DCT零系数与局部结构张量的局部模糊检测

  王奎奎,玉振明

  计算机工程. 2017, 43(6): 207-211,218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.033

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  针对当前相关图像模糊测量方法不能有效检测纹理平坦清晰区域的问题,提出一种新的图像局部模糊区域检测方法,将其应用于存在运动模糊的静态图像运动目标检测。对图像进行分块操作,计算离散余弦变换后的图像块中零系数的个数,数目较多的为模糊区域,较少的为清晰区域。对被判断为模糊区域的图像块,计算模糊区域中每一个像素点处的局部结构张量,对其进行奇异值分解,根据奇异值局部方向一致性度量准则,获得准确的模糊区域。实验结果表明,与现有的SVD,DCT等方法相比,该方法可以较准确地实现对局部模糊图像的模糊度量。
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  基于特征检测的曲面分片构造方法

  岳娟,李范鸣,葛军,刘士建

  计算机工程. 2017, 43(6): 212-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.034

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  目前主流曲面分片构造法大多无法直接应用于具有尖锐特征的目标表面重建。针对该问题,提出一种新的曲面分片构造方法。通过建立目标表面采样点的空间三角网格模型,对网格模型进行特征检测,根据特征检测结果计算网格顶点法向量集,并基于顶点空间坐标和法向量集进行分片二次曲面插值,实现目标表面三维重建。实验结果表明,该方法重建表面达到C0连续,满足可视化等应用要求,相对主流算法,信噪比提高2倍以上,均方误差至少降低1个数量级。
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  基于稀疏性理论与子问题耦合的多目标跟踪方法

  叶润,邓煜

  计算机工程. 2017, 43(6): 219-224,229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.035

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  针对多数目标跟踪方法在非受控环境中稳定性不高以及检测-跟踪模块分离的缺点,提出一种稀疏性检测器与网络数据关联技术相结合的多目标跟踪方法。离散化目标的移动空间,对于3D的每个可能位置,将目标投影到图像平面,形成码字并构建字典。扩展模型至多类别跟踪情况,并根据耦合公式分配给子问题和协调局部解以实现解的最优化。使用网络单纯形算法解决最小成本流数据关联问题。在BU-Marathon,PETS2009等公开数据集上的实验结果表明,与能处理遮挡的多目标跟踪方法相比,该方法具有较高的跟踪精度,误检率和漏检率更低。
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  基于类别先验与深度神经网络特征的显著性检测

  邓凝旖,沈志强,郭跃飞

  计算机工程. 2017, 43(6): 225-229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.036

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  现有的显著性检测算法多基于图像底层特征,在内容复杂的图像上应用时容易受到干扰。为此,提出一种加入类别先验信息的显著性检测算法。基于深度神经网络生成的特征图谱,选择对预训练集分类结果有正向贡献的部分加权重组,根据保留的空间信息生成显著性图像,结合颜色对比和图像过分割算法进行显著性目标分割。在网络图像组成的公开测试集上的实验结果表明,与IT,SR等算法相比,该算法的平均正确率、召回率和F值都有明显提高。
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  基于细菌觅食优化算法的多色彩空间嘴唇分割

  鲁远耀,郭振芳

  计算机工程. 2017, 43(6): 230-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.037

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  结合多色彩空间处理、细菌觅食优化算法(BFOA)与关键点定位算法,提出一种新的嘴唇轮廓提取算法。对嘴唇图像进行色彩空间的转换,在不同的色彩空间对嘴唇图像进行色彩增强及色彩分割处理,利用BFOA结合Kapur最大熵阈值法对嘴唇区域图像求取最佳阈值,实现唇部精确分割。提取嘴唇的边缘关键点,并以提取到的关键点为输入,运用最小二乘曲线拟合的方法拟合嘴唇边缘轮廓,准确提取嘴唇的外部轮廓。实验结果表明,该方法能够完成对嘴唇的精确分割,并获得较高的分割准确率。
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  基于TLD的稀疏原型目标跟踪算法

  周军娜,陈伟,王珂,蔡长征

  计算机工程. 2017, 43(6): 236-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.038

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  跟踪-学习-检测(TLD)目标跟踪算法能够实现长时间的在线目标跟踪,但当目标平面旋转发生形变以及目标被严重遮挡时,TLD算法在跟踪过程中会产生跟踪漂移。针对上述问题,在TLD算法的跟踪模块上使用稀疏原型进行跟踪,提出一种稀疏原型(SP)-TLD目标跟踪算法。当出现由于平面旋转引起的目标形变时,通过仿射变换变化坐标位置,能够准确跟踪目标避免产生跟踪漂移。在目标被严重遮挡时,根据目标的主成分分析基向量和琐碎模板判断目标未被遮挡及被遮挡部分,从而识别出被遮挡的目标。实验结果表明,与TLD算法相比,SP-TLD算法具有更高跟踪准确率和更强鲁棒性。
开发研究与工程应用
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  基于FPGA的多通道数据采集控制器设计与实现

  赵涛,郭猛,顾亚浏,章阳

  计算机工程. 2017, 43(6): 241-246. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.039

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  为增强通用计算机数据采集(DAQ)控制系统的实时性能,设计多通道数据采集控制器。基于现场可编程门阵列技术,采用数据采集有限状态机时序代替CPU串行指令完成通道切换与数据缓存,降低系统负载。通过时间戳同步机制,提高DAQ控制系统在多级缓冲机制下的实时性,并将该控制器逻辑移植到Cyclone IV芯片上进行实现。测试结果表明,该控制器可有效降低CPU及操作系统负载,提升数据实时性及采样带宽精度。

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  基于激光雷达的舞蹈机器人室内行人跟踪方法

  刘召,宋立滨,耿美晓,于涛,王增喜,郭凯

  计算机工程. 2017, 43(6): 247-252,258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.040

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  为使舞蹈机器人根据行人的运动轨迹进行路径的动态规划,增强与人共处的能力,提出一种基于激光雷达的室内行人跟踪方法。获取激光原始数据并进行预处理,根据激光数据的分布特点对DBSCAN算法进行优化,实现激光数据的快速聚类,完成环境分割,给出基于类簇到激光雷达的距离及行人身体宽度的行人识别方法,并将行人簇的位置作为初始跟踪位置,将激光数据图形化显示,激光数据转换成视频数据,利用粒子滤波算法实现行人跟踪并实时绘制轨迹。实验结果表明,该方法能获得较好的行人识别以及跟踪效果,且实时性较强。
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  基于随机森林的语音人格预测方法

  张希翔,赵欢

  计算机工程. 2017, 43(6): 253-258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.041

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  为提高语音人格的预测精度,结合随机森林模型,提出一种语音人格预测方法。选取用于语音人格预测的候选韵律特征集,通过Bootstrap方式对语音韵律特征集进行抽样,根据基尼系数为每个决策树节点选择最优韵律特征集,最终构造各维人格特征对应的随机森林模型,实现语音人格预测。在公共语音人格预测数据集中的仿真实验结果表明,与其他语音人格预测方法相比,该方法具有更高的预测准确率。
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  基于前向空间线性预测的声源时延估计算法

  徐耀松,李猛

  计算机工程. 2017, 43(6): 259-263. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.042

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  在带有混响和噪音的复杂环境中,传统广义互相关时延估计算法的抗噪能力弱、时延估计精度低。为解决该问题,基于前向空间线性预测技术,提出一种时延估计算法。结合多传感器提供的冗余信息与空间相关矩阵,改进不利声学环境下的声达时间差估计方法。采用空-时预测法,根据麦克风阵列输出中包含的语音信号源的空间和时间相关性,在抑制多麦克风噪声的同时最小化语音失真。仿真实验结果表明,与传统广义互相关时延估计算法相比,该算法时延估计错误率更低、稳定性更强。
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  基于智能终端的疏忽驾驶检测系统

  乔治,徐翔宇,俞嘉地,李明禄

  计算机工程. 2017, 43(6): 264-269,275. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.043

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  为对疏忽驾驶行为进行细粒度检测和识别,基于智能终端设计疏忽驾驶检测系统,通过智能手机的扬声器和麦克风对疏忽驾驶行为进行实时检测。根据疏忽驾驶行为的定义从中抽象出4个具体动作,即转身、拿取、捡拾和手部持续小动作,分析动作所产生多普勒效应的特有模式,并利用主成分分析方法提取数据特征,采用支持向量机对其进行训练,输出一个能支持细粒度识别的分类器模型。实验结果表明,该系统判断疏忽驾驶行为的平均识别精度可达93.72%,具有较好的检测性能。
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  基于事件的CPS状态转移分层表示

  尹忠海,赵新,周诚,褚亚男,王磊

  计算机工程. 2017, 43(6): 270-275. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.044

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  在状态图表示信息物理融合系统的状态转移时,无法清晰描述组件间的相互影响关系,造成该系统处理效能低下。为此,提出一种状态转移的分层表示方法。将状态转移分为组件间影响层和状态转移层,在组件间影响层,用有向图表示组件间的影响关系,使用状态转移层表示组件的状态转移,并进行汽车协同自适应巡航控制实验。实验结果表明,与状态图表示方法相比,该方法根据两车之间的距离和速度差自适应调整加速度,能使汽车更快地进入巡航状态。
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  基于约束条件的模糊等价关系聚类方法

  梁元,车明

  计算机工程. 2017, 43(6): 276-280,288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.045

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  传统的模糊等价关系聚类方法不能根据具体的约束条件进行聚类，使得聚类结果准确性低，不满足要求。为解决该问题，在传统方法的基础上，根据距离约束条件预处理数据集并且扩维，提出一种新的模糊聚类方法。通过数据间的Euclid距离以及约束条件为每个数据建立数据间关系，用来描述数据间的约束条件满足情况，同时将此作为数据的新增维度，更新原数据集并重新构建相似程度方程，获得对应的相似矩阵并基于模糊等价关系进行聚类。在真实数据集上的实验结果表明，与传统无指导的模糊等价关系聚类方法相比，提出的聚类方法克服了不能根据具体约束条件进行准确聚类的缺陷，具有更高的准确性。
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  震后应急物资供应点的多目标动态定位-分配模型

  李志,焦琴琴,周愉峰

  计算机工程. 2017, 43(6): 281-288. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.046

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  为提高救灾效率,需要研究震后应急物资供应点的定位-分配问题。因此,以需求效用最大化和物资分配公平性为目标,基于混合整数规划方法建立震后应急物资供应点多目标定位-分配模型。根据所建模型的特点,设计基于矩阵编码与小生境技术的非支配排序多目标遗传算法,对定位-分配问题进行求解。算例结果表明,该算法能够有效获得Pareto前沿,决策者可根据偏好与实际需要权衡多个目标,在Pareto前沿面上选择合适的决策方案。
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  一种改进粒子滤波算法及其在多径估计中的应用

  王志远,程兰,谢刚

  计算机工程. 2017, 43(6): 289-295. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.047

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  针对传统粒子滤波存在的粒子枯竭问题,提出一种基于自适应差分进化的粒子滤波算法。利用自适应差分进化算法代替粒子滤波中的重采样策略来产生新粒子,使粒子向状态后验概率密度函数的高似然区移动,同时提高粒子的多样性。通过一种非线性自适应调节策略自适应地调整变异因子和交叉因子,以提高改进粒子滤波中差分进化的寻优能力。应用于多径估计的仿真结果表明,该算法可克服粒子枯竭问题,与粒子滤波、扩展卡尔曼滤波和差分进化的粒子滤波算法相比,具有更好的多径估计性能。
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  基于TD-LTE的轨道交通集群调度系统

  季一木,柴博周,杨罗坤,朱曈晖,李文峰

  计算机工程. 2017, 43(6): 296-300. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.048

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  传统轨道交通集群调度服务系统的峰值通信速率较低,无法实现日常调度工作中的高频次语音通信和基本视频通信。为此,采用4G TD-LTE技术、数据库连接池优化机制和I/O完成端口策略,设计一种新型调度服务系统。仿真测试结果表明,该系统能有效降低通信时延,提高并发量,可满足大容量、高速率、多媒体的现代轨道集群通信网络调度需求。
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  基于电气系统故障诊断的逻辑物理综合建模方法

  黄哲志,王安,曾庆华,龙志强

  计算机工程. 2017, 43(6): 301-307. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.049

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  基于建模的故障诊断方法直观、可重构、效率高,但当前主要对电气系统的信号/功能进行建模,难以准确地将故障定位到电气系统中具体的物理位置。针对上述问题,将逻辑物理综合模型扩展应用到通用电气系统故障诊断,提出电气系统的逻辑物理综合建模原理,给出层次化建模、可更换单元合并处理、信号反馈闭环通路及故障模式自动关联等建模处理策略,以三角波发生器电路为例,说明电气系统逻辑物理综合建模的实现过程。实例结果表明,该逻辑物理综合建模方法可以将诊断过程和结果直观地显示出来,适用于通用电气系统的故障诊断。
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  无线电干涉测距的抗多径性能研究

  张骋,齐望东,威力,赵跃新

  计算机工程. 2017, 43(6): 308-312. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.050

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  为提高无线电干涉测距(RIR)在室内等多径环境中的实用性,建立RIR距离估计的多径误差模型。分析多径误差与系统参数的关系,并在2种不同的室内多径环境中利用通用软件无线电外设N210对RIR的测距性能进行实验评估,发现多径误差与系统参数的关系存在门限效应。实验结果表明,当测量带宽增加到160 MHz、频率个数为40时,RIR的均方根误差下降到1 m左右,显示了RIR在室内环境下的可行性和应用潜力。
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  Xeon Phi协处理器的功耗特征测量与分析

  宋庆增,吕华阳,赵雷,王江峰

  计算机工程. 2017, 43(6): 313-321. https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3428.2017.06.051

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  精确测量和分析Xeon Phi协处理器的功耗特征是实现协处理器功耗管理和优化的基本前提,但准确提取和分析运行在Xeon Phi上并行程序的功耗较为复杂。为此,采用特制的功耗测量设备,完整提取14路供电通道的实时电压和电流,通过计算获得协处理器实时功耗,并在实测数据的基础上分别分析Xeon Phi协处理器启动、空闲、线程和存储系统等的功耗特征。实验结果表明,该功耗模型为功耗优化提供了可信的基础数据,能够指导基于Xeon Phi处理器上的功耗优化。