2019年, 第45卷, 第10期　刊出日期：2019-10-15

  

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封面和目录
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  2019年第10期《计算机工程》中英文目录

  计算机工程. 2019, 45(10): 0-0.

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云计算专题
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  异构云环境中的实时密码服务调度策略

  李建鹏, 史国振, 李莉, 孙德洋, 郑戈威

  计算机工程. 2019, 45(10): 1-7. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053556

  摘要 ( 714 ) PDF全文 ( 1184 ) HTML ( 501 )   可视化   收藏

  针对异构云环境中运算节点性能各异、密码服务处理命令和密码算法组合多样且随机高并发的问题，综合考虑用户请求任务与云中运算节点的多项属性，从任务和节点角度优化整体调度系统的服务质量及任务调度成功率，设计一种同时支持多种密码处理命令和算法的二级调度策略。通过任务与运算节点之间功能属性的映射，保障密码服务请求功能的正确实现。在此基础上，利用节点优先级算法提高任务处理实时性和随机高并发密码服务系统的任务调度成功率。仿真结果表明，该策略能够在保证任务调度成功率的基础上，有效提高任务执行效率和负载均衡性能，其任务执行时间较优先级动态分派策略和遗传算法分别减少约4%和17%。
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  基于最优子网的虚拟网络映射算法

  朱国晖, 康潇轩, 雷兰洁

  计算机工程. 2019, 45(10): 8-12. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053268

  摘要 ( ) PDF全文 ( 955 ) HTML ( )   可视化   收藏

  针对在虚拟网络映射过程中物理资源碎片化导致嵌入请求被拒绝，从而降低物理资源利用率的问题，提出一种基于最优子网的虚拟网络映射算法，通过优化的重边匹配算法，合并符合约束条件的虚拟节点，同时粗化网络拓扑，运用广度优先搜索算法创建候选物理子网集合，将粗化后的虚拟网络请求映射至最优子网。仿真结果表明，该算法能够减小链路映射跳数，提升虚拟网络请求接受率和收益开销比。
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  混合云环境下基于异构系统的跨域身份认证方案

  江泽涛, 时晨

  计算机工程. 2019, 45(10): 13-18. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053469

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  在混合云环境下，为满足身份认证方案在不同密码系统之间的跨域认证需求，提出一种基于公共密钥基础设施（PKI）和无证书密码体制（CLC）的跨域身份认证方案。引入基于PKI的多中心认证管理机制，对不同密码系统安全域的用户匿名身份进行管控和追踪。在用户和云服务提供商的双向认证过程中，完成会话密钥的协商和不同密码系统匿名身份的转换。分析结果表明，该方案在实现不同密码系统之间跨域身份认证的同时，可抵抗重放攻击、替换攻击和中间人攻击，具有较高的安全性及计算效率。
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  一种近似最小有效瓶颈优先的Coflow调度机制

  李文信, 周晓波, 徐仁海, 齐恒, 李克秋

  计算机工程. 2019, 45(10): 19-25,32. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0054041

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  针对先验知识未知场景下的Coflow调度问题，提出一种近似最小有效瓶颈优先的Coflow调度方法。通过结合Coflow当前大小和宽度决定Coflow的调度顺序，并区分出流大小以及短与长等特征的Coflow，从而加大调度优化的空间。实验结果表明，与先验知识未知场景下的Aalo方法相比，该方法可使Coflow的平均完成时间降低33.2%，相较于先验知识已知场景下的SEBF方法，Coflow平均完成时间与其仅有7.3%的性能差距。
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  云制造环境下基于改进NSBBO的任务调度算法

  郑楚红, 彭勇, 徐一鸣, 廖毅

  计算机工程. 2019, 45(10): 26-32. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053218

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  针对云制造环境下的多目标任务调度问题，改进非支配排序生物地理优化算法，提出一种反映用户偏好的任务调度算法（UPTSA）。通过基于权重均匀分配策略定义的用户偏好度来评估制造任务调度方案的质量，使UPTSA算法能寻找反映用户偏好的最优解，并设计梯形迁移率计算模型扩大其搜索邻域，避免陷入局部最优解。实例分析结果表明，UPTSA算法能有效求解云制造环境下的多目标任务调度问题，为用户提供一组辅助其决策的调度方案，从而满足高度个性化的用户需求。
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  云数据中心基于任务映射的虚拟机选择策略

  刘开南

  计算机工程. 2019, 45(10): 33-39. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053889

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  改变云数据中心虚拟机选择与放置的相互关系可提高云数据中心的整体性能。为此，提出基于任务映射的虚拟机选择策略。重点考虑任务粒度、虚拟机尺寸、物理主机计算能力等指标，将虚拟机选择与放置2个过程相互结合，分别设计Simple、Multiple（k）、Maxsize（u）和Relation算法，以此构建任务映射虚拟机选择的数学模型。基于Cloudsim模拟器的实验结果表明，通过该策略优化虚拟机选择与放置过程，可减少云数据中心的能量消耗和虚拟机迁移次数，节省云服务提供商的成本。
体系结构与软件技术
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  面向深度学习推理的矩阵乘法加速器设计

  冉德成, 吴东, 钱磊

  计算机工程. 2019, 45(10): 40-45. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052372

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  为满足深度学习推理中对不同规模矩阵乘法的计算需求，提出一种基于Zynq SoC平台的整数矩阵乘法加速器。采用基于总线广播的并行结构，充分利用片上数据的重用性并最小化中间累加结果的移动范围，以降低外部DRAM的访问需求。通过动态调整矩阵分块的大小，使加速器在计算形状不规则的矩阵乘时保持较高效率。实验结果表明，在DeepBench测试基准下，该加速器可对双核ARM Cortex-A9 CPU的矩阵乘运算实现8.4倍的加速效果。
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  城市内涝三维可视化应急管理信息系统

  姜仁贵, 杨思雨, 解建仓, 严栋飞, 王小杰

  计算机工程. 2019, 45(10): 46-51. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053289

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  为提升城市防洪减灾能力，通过融合北斗卫星监控、大数据分析、云服务和综合集成等技术，设计城市内涝三维可视化应急管理信息系统。构建包含感知层、数据层、服务层、应用层和客户层的系统体系架构，采用北斗技术实现多源信息的全天候、多维度动态监测与传输，同时基于Hadoop平台对海量数据资源进行分析和存储，构建城市三维可视化集成环境，利用综合集成技术为用户提供个性化的内涝应急管理服务。以西安市为研究区域，实现系统多源信息资源分析、内涝监测、内涝预警和内涝预案等功能模块。应用结果表明，该系统可提供全天候、多方位的内涝应急管理服务，适用性强、可扩展性好，能够为科学应对城市内涝提供决策支持。
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  基于蜕变测试的面向用户搜索引擎性能分析

  杨正龙, 高建华

  计算机工程. 2019, 45(10): 52-56,63. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053243

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  面对海量的互联网信息，用户在进行搜索时缺乏客观公认的Oracle验证搜索引擎所返回结果是否正确。为此，将蜕变测试应用于搜索引擎的性能测试。针对搜索引擎Baidu、Bing和360，结合搜索操作符定义相应的蜕变关系，对其检索能力和排序稳定性进行测试，并通过异常率和平均Jaccard系数量化测试结果。分析结果表明，在搜索引擎Baidu、Bing和360中，Bing的异常率最低，Baidu的排序稳定性最高，三者对于不同领域的关键词搜索表现相差不大，但对于不同语言搜索表现存在很大差别。该结果为不同领域用户在选择合适的搜索引擎时提供了参考，同时可帮助搜索引擎的开发人员发现和移除程序中的错误。
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  基于区域划分的非全互连3D NoC多播路由算法

  孙美东, 刘勤让, 刘崇阳

  计算机工程. 2019, 45(10): 57-63. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052444

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  针对非全互连三维片上网络中多播路由算法传输路径长且易发生网络拥塞的问题，提出一种基于区域划分的多播路由算法。根据目的节点的分布将数据包传输方式分为层间传输和层内传输。在层间传输时，数据包选择硅通孔（TSV）表中最近的TSV作为传输通道。在层内传输时，根据源节点位置坐标划分网络区域，将源节点所在行作为公共路径，在该路径上传输携带目的节点地址的初始包。在此基础上，进行目的地址列检查和数据包复制。实验结果表明，与3D LADPM算法、3D HOE算法相比，该算法能够缩短传输时延，降低网络丢包率。
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  汇编级顺序语句块的自动形式化规约及其验证

  祁龙云, 吕小亮, 路红, 黄皓

  计算机工程. 2019, 45(10): 64-69,77. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053152

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  软件的形式化验证是保障软件可证明性、可靠性和安全性的重要手段，但传统形式化验证脚本的生成过程复杂且需要形式化验证专家的大量手工验证。为提高证明效率，构建一种自动证明模型，并在此基础上提出语义自动规约算法以及对所规约的语义自动生成证明脚本的算法。利用C++和Python并通过交互式定理证明器Isabelle 2017在基准数据中随机选择10个程序进行测试，结果表明，与完全人工操作相比，该算法具有较高的验证效率，可实现顺序语句块的自动化规约与验证。
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  基于STP方法的SCADE模型形式化验证框架

  林荣峰, 施健, 朱晏庆, 沈怡颹, 周宇

  计算机工程. 2019, 45(10): 70-77. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0054411

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  高安全性应用开发环境（SCADE）的形式化验证组件Design Verifier能够验证航空航天领域嵌入式软件系统的安全性质，但不能充分描述拥有复杂时序性质的安全需求。为解决该问题，构建一种SCADE状态机的时序性质验证框架，将SCADE模型转换成NuSMV模型，并将线性时态逻辑和计算树逻辑引入SCADE模型的需求规范中。分析结果表明，借助NuSMV模型检查器及其验证结果可检验复杂时序相关的安全性质，减少模型设计阶段的错误，提高系统的安全性和可靠性。
移动互联与通信技术
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  一种基于网络切片的带宽资源编排算法

  龙恳, 钱美伶, 余翔, 陈侃

  计算机工程. 2019, 45(10): 78-83. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052219

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  为在无线虚拟化环境下进行高效的带宽资源分配，研究基于增强型移动宽带（eMBB）与高可靠低时延通信（uRLLC）的带宽资源编排问题。对于小型网络，将带宽资源编排问题简化为带宽资源分配问题并给出全局最优解。针对大型网络，结合松弛理论将带宽资源编排问题转化为带宽资源编排的松弛问题，并提出一种基于贪婪理论的启发式算法HPGH。仿真结果表明，通过解决带宽资源编排问题，可以按需为用户动态分配带宽资源，且HPGH算法能够有效提升eMBB业务的吞吐量，降低uRLLC业务的最大传输时延。
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  基于多属性关联决策的WSN故障检测方法

  兰涯雯, 李强, 邓淑桃, 黄诗雅

  计算机工程. 2019, 45(10): 84-89. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0054355

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  针对无线传感器网络中节点单一属性表征能力差且阈值范围难以确定的问题，提出一种基于多属性关联决策的分布式故障检测方法。以非均匀分簇网络结构为基础，融合距离因子与节点间相关分析结果估计簇头置信区间。在可靠簇头条件下，通过显著性检验方法对簇内成员节点状态进行反馈式决策，并基于相对熵理论定义多属性关联度，用于分析异常数据来源。实验结果表明，面对不同故障类型，该方法均能有效提高网络节点的故障检测精度并确定异常来源，在节约能耗的基础上，确保网络稳定运行。
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  移动社交网络的多重分形影响因素分析

  郑巍, 张紫枫, 潘浩

  计算机工程. 2019, 45(10): 90-95. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052257

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  为更好地描述移动社交网络时间序列的动态演化性，研究Camb lab、MIT、Inf 05和Roller 4个典型的移动社交网络数据集的多重分形特征，并基于盒子覆盖算法提出移动社交网络多重分形分析方法。通过对网络的概率密度分布和配分函数的分析，计算得到多重分形谱的极大值f（α）、谱宽W和对称性程度B，证明移动社交网络具有多重分形的特征。在此基础上，计算网络度量指标，对比分析影响移动社交网络的多重分形的内在影响因素。实验结果表明，网络度分布表现为幂律分布，当同配系数r<0时，网络的多重分形特征表现越明显，网络内部结构分布越不规则。
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  无人机自组网中基于邻节点筛选的GPSR协议

  梁青, 上官艺伟, 张文飞, 熊伟

  计算机工程. 2019, 45(10): 96-100,109. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052477

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  在无人机自组网中，针对贪婪周边无状态路由（GPSR）协议中邻节点位置不准确及数据转发效率低下的问题，提出一种基于邻节点筛选的GPSR（GPSR-NS）协议。GPSR-NS协议采用失效节点筛选机制，预测邻节点当前时刻的位置，剔除已失效的邻节点，降低失效节点的数据转发概率，同时利用空洞节点筛选机制，剔除下一跳可能成为空洞的邻节点，提前避免数据转发到空洞节点处，从而建立更加稳定可靠的通信网络。仿真结果表明，与GPSR协议和MP-GPSR协议相比，GPSR-NS协议的平均端到端时延和路由开销降低了56.79%、21.94%和50.67%、38.81%，网络吞吐量提高了147.86%、102.12%。
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  OPEN-MAC:一种低功耗有保障下行的网络架构

  黄小兵, 聂兰顺

  计算机工程. 2019, 45(10): 101-109. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052620

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  针对低功耗广域网（LPWAN）下行成本与功耗较高的问题，提出一种新的网络架构OPEN-MAC。在时分多址时槽中定义OPEN-MAC网络的操作，设计能够适配LPWAN低速率的星型网络协议栈。利用商用低成本的LPWAN设备，保证可靠的网络上行及有保障的网络下行。实验结果表明，该网络可实现节点随时接收网络下行数据，网络下行阶段的最大时间延迟不超过6 s，同时节点的功耗较低，占空比在0.3%以内。
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  基于RBF神经网络的LTE-R切换算法优化

  苏佳丽, 伍忠东, 丁龙斌, 朱婧

  计算机工程. 2019, 45(10): 110-115,121. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052670

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  在LTE-R越区切换中，基于A3事件的越区切换算法在列车高速运行时容易出现乒乓效应和无线链路连接失败的问题。为此，提出基于RBF神经网络的越区切换优化算法。采集列车运行在特定环境中不同速度时切换效果较好的hys和ttt参数，并将其发送到RBF神经网络进行训练，得到不同速度下hys和ttt的非线性表达式，根据列车接收到的参考信号质量，加入自矫正项对hys和ttt进行二次调整和优化。在Matlab上进行的仿真实验结果表明，该算法能够降低掉话率和乒乓切换率，提高列车在高速运行环境下的切换成功率及鲁棒性。
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  基于聚类分析的能耗均衡无线传感器网络分簇算法

  李道全, 张玉霞, 魏艳婷

  计算机工程. 2019, 45(10): 116-121. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052719

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  为降低并均衡无线传感器网络（WSN）中传感器节点的能量消耗，提出一种基于最优传输距离和K-means聚类的WSN分簇算法。根据层次聚类算法建立聚类特征树，将聚类特征树中的叶节点视为一个簇，并使每个簇控制在最优传输距离内，实现簇内节点的能耗均衡。通过目标函数对K-means聚类簇进行优化，保证簇内节点数目的均匀分布，并在考虑剩余能量和地理位置的基础上完成节点数据传输。实验结果表明，该算法在均衡网络能耗的同时，可有效延长网络生命周期。
安全技术
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  基于改进高斯核函数的BGP异常检测方法

  戴仙波, 王娜, 刘颖

  计算机工程. 2019, 45(10): 122-129. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052713

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  通过将边界网关协议（BGP）更新报文激增异常问题抽象为二分类问题，提出一种基于改进高斯核函数的BGP异常检测（IGKAD）方法。采用FMS特征选择算法，选择能同时最大化类间距离和最小化类内距离的特征，得到度量分类能力的特征权值。利用基于Manhattan距离与特征权值的改进高斯核函数构造支持向量机（SVM）分类模型，并结合基于网格搜索与交叉验证的参数寻优方法，提高SVM模型分类准确率。通过设计特征效率函数，给出最优特征子集构造方法，从而选取最优特征子集作为训练数据集。实验结果表明，当训练集包含TOP10和TOP8特征时，IGKAD方法的分类准确率分别为91.65%和90.37%，相比基于机器学习的BGP异常检测方法分类性能更优。
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  基于LBlock算法的密码SoC安全存储总线设计

  张翌维, 林霖, 赵建, 李发君, 梁立新

  计算机工程. 2019, 45(10): 130-133. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051952

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  密码片上系统（SoC）的数据访存通路是侵入式探针分析的重要目标，为抵御侵入式分析，利用LBlock算法设计一种SoC存储加密总线。将LBlock算法硬件结构每4轮展开为1个时钟周期，使32轮加解密时序压缩到8个时钟周期，同时将数据存储器一般采用的32位总线缓冲至64位，以配合LBlock算法的分组操作。FPGA验证结果表明，该设计方案使得芯片内嵌数据存储器（如RAM、Flash等）的总线即使被探针攻击获取也无法解读，应用64位数据块进行8个时钟周期加密的访存吞吐率达到533 kb/s，且避免了32位分组加密穷举攻击，实现代价低。
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  GRANULE算法的不可能差分分析

  石淑英, 何骏

  计算机工程. 2019, 45(10): 134-138. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052520

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  GRANULE算法是一个超轻量分组密码算法，有着较好的软硬件实现性能，但目前尚没有该算法在不可能差分分析下的安全性评估结果。为此，利用中间相错技术，找到GRANULE64算法多条5轮不可能差分区分器，并基于得到的区分器，向上、下分别扩展3轮，给出对GRANULE64/80算法的11轮不可能差分分析。通过该算法可以恢复80-bit主密钥，时间复杂度为2^73.3次11轮GRANULE64算法加密，数据复杂度为2⁶⁴个选择明文。
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  基于非最佳用户级联方案的异构网络物理层安全研究

  陈玉宛, 贾向东, 范巧玲, 颉满刚, 纪珊珊

  计算机工程. 2019, 45(10): 139-143,149. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052221

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  基于非最佳用户级联（UC）方案，研究多层异构网络（HetNets）的物理层安全性能。利用随机几何运算将网络节点建模为齐次泊松点过程，并借助概率统计数学工具，推导出多层HetNets的系统安全概率表达式，分析发射功率、安全门限及窃听者密度对系统安全概率的影响。仿真结果表明，当基站发射功率较小时，非最佳UC方案的安全性能优于传统最佳UC方案，当基站发射功率较大时，两者安全性能趋于相同，且非最佳UC方案下的系统安全概率随着发射功率的增大先减小后增大，稳定性更高。
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  一种面向RFID的超轻量级流密码算法

  夏文涛, 潘森杉, 王良民

  计算机工程. 2019, 45(10): 144-149. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052512

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  针对无线射频识别（RFID）系统安全性较低的问题，提出一种适用于RFID标签的超轻量级流密码算法Willow。根据正差集性质选取函数抽头，以增加猜测确定攻击的复杂度。采用动态初始化方式并使用位数较小的计数器进行密钥索引和初始化，从而降低算法的电路面积和功耗。在Design Compiler上进行对比实验，结果表明，与Grain-v1、Plantlet等算法相比，Willow算法的延迟和功耗均较低，其在硬件性能和安全性上取得了较好的折中。
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  云系统的安全性增强算法研究

  张伟, 王宜怀

  计算机工程. 2019, 45(10): 150-154,159. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051762

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  当前云系统的安全防护主要针对单一方面进行，难以做到全方位防护且不具备评估云系统安全性的能力。为此，提出一种安全性增强算法。通过4级流水化PF_RING提升云系统的吞吐率和并行性，应用基于神经网络的分析方法进行安全性检测，采用最佳选择算法对安全性进行评估。实验结果表明，该算法能够在云系统中实时进行网络流量捕获和漏洞检测等操作，平均入侵防护率达94.1%，报文捕获率达97.6%，提高了在高速网络环境下对网络数据的实时分析处理能力。
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  基于分组码的结构性数据干扰检测方法

  逄天洋, 李永贵, 牛英滔, 夏志, 韩晨

  计算机工程. 2019, 45(10): 155-159. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052390

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  为对结构性数据的高效干扰进行检测，以线性分组码为研究对象，在经典能量检测算法的噪声模型中加入恶意干扰信号，推导二元假设模型中检验统计量的数学表达式。在此基础上，以虚警率与漏检率之和最小为准则，提出一种基于最优检测门限的能量检测算法。仿真结果表明，该算法在低干信比条件下依然能够检测出高效干扰，且检测概率高于基于CFAR门限理论的检测算法。
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  多窃听者场景下TASP/MRC系统的物理层安全性能分析

  王占湾, 李光球, 钱辉

  计算机工程. 2019, 45(10): 160-165,170. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051994

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  为评估信道预测发射天线选择（TASP）/接收最大比合并（MRC）联合收发分集无线通信系统在瑞利块衰落信道条件和多窃听者场景下的物理层安全性能，针对基于最小均方误差信道预测器的TASP/MRC无线通信系统，推导其非零安全容量概率、安全中断概率以及渐近安全中断概率的精确解析表达式。在此基础上，分析窃听者数目、归一化延时、收发天线数等参数对系统物理层安全性能的影响。数值计算与仿真结果表明，在TASP/MRC系统中，减小归一化延时及窃听者数量或增加合法接收端天线数能够提高物理层安全性能，在高信噪比情况下，物理层安全分集增益等于合法接收端天线数，而与窃听者数目及其收发天线数无关。
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  隐藏策略的可验证外包解密OO-CP-ABE访问控制方案

  迪力夏提·吾普尔, 陈成, 努尔买买提·黑力力

  计算机工程. 2019, 45(10): 166-170. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052085

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  在密文策略属性基加密（CP-ABE）中，数据加密和解密所需时间与访问结构的复杂性相关，在移动设备中实施CP-ABE会使设备面临较大的计算压力。为此，提出一种隐藏策略的可验证外包解密在线/离线密文策略属性基加密访问控制方案。考虑到加密阶段较大的计算量，通过在线/离线加密方法，使数据拥有者在未确定明文和访问结构的情况下，运用高性能服务器提前完成大量的计算操作，确定明文和属性后在其移动设备上通过较少的计算量完成整个加密过程，从而减轻移动设备在加密阶段的计算负担，同时使用代理服务器对数据进行解密，并引入短签名方法对解密的数据进行正确性验证。分析结果表明，该方案能够减轻移动设备的计算负担，并验证了代理服务器解密数据的正确性。
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  基于DBN-KELM的入侵检测算法

  汪洋, 伍忠东, 火忠彩

  计算机工程. 2019, 45(10): 171-175,182. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052314

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  传统机器学习算法需要人工构建样本特征，处理海量多源异构网络入侵数据时分类效果较差。针对该问题，结合深度信念网络（DBN）和核极限学习机（KELM），提出一种混合深度学习入侵检测算法DBN-KELM。利用DBN提取高维网络历史数据的抽象特征，获得原始数据的低维表示形式。在此基础上，通过KELM对低维表示的数据做监督学习，达到准确识别网络攻击的目的。在NSL-KDD数据集上进行仿真，实验结果表明，DBN-KELM算法能够提高分类准确率，降低对小样本攻击的误报率，同时缩短分类器的训练时间。
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  SDN中交换机控制代理拒绝服务攻击研究

  邓书华, 卢泽斌, 李正发, 高协平

  计算机工程. 2019, 45(10): 176-182. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052435

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  针对软件定义网络（SDN）交换机控制代理吞吐量有限的不足，提出一种交换机控制代理拒绝服务攻击方法。为保护SDN交换机控制代理资源，设计层次化多阈值的攻击检测方案，通过计算SDN交换机及交换机各端口所关联的Packet-In消息的速率，并将其与给定的阈值进行比较来检测攻击。实验结果表明，该方法可实时检测交换机控制代理拒绝服务攻击，与同类攻击检测方法相比，不仅能够识别攻击流量，定位攻击发生的位置，而且不需要改变网络架构。
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  基于支持向量机与Adaboost的入侵检测系统

  池亚平, 凌志婷, 王志强, 杨建喜

  计算机工程. 2019, 45(10): 183-188,202. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0051976

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  入侵检测系统在大数据量的情况下误报率高、泛化能力弱，且单一机器学习算法不能较好地应对多种攻击类型。为此，设计一个基于支持向量机（SVM）与Adaboost算法的入侵检测系统。依托Snort系统，利用主成分分析方法对提取的特征做降维处理，并将SVM-Adaboost集合算法作为检测引擎。采用NSL-KDD数据集进行训练和测试，实验结果表明，该系统的正确率达到97.3%，较SVM算法和Adaboost算法分别提高4.8%和14.3%。
人工智能及识别技术
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  基于AdaBoost的弹性网型正则化多核学习算法

  任胜兵, 谢如良

  计算机工程. 2019, 45(10): 189-195. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0050909

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  在正则化多核学习中，稀疏的核函数权值会导致有用信息丢失和泛化性能退化，而通过非稀疏模型选取所有核函数则会产生较多的冗余信息并对噪声敏感。针对上述问题，基于AdaBoost框架提出一种弹性网型正则化多核学习算法。在迭代选取基本分类器时对核函数的权值进行弹性网型正则化约束，即混合L₁范数和L_p范数约束，构造基于多个基本核最优凸组合的基本分类器，并将其集成到最终的强分类器中。实验结果表明，该算法在保留集成算法优势的同时，能够实现核函数权值稀疏性和非稀疏性的平衡，与L₁-MKL和L_p-MKL算法相比，能够以较少的迭代次数获得分类精度较高的分类器。
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  基于加权LeaderRank的用户社交网络排序算法

  孙连, 李书琴, 刘斌

  计算机工程. 2019, 45(10): 196-202. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052591

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  针对加权LeaderRank算法存在的权值均分、主题漂移等问题，提出一种用户社交网络排序算法。结合GloVe模型、余弦相似度计算方法和牛顿冷却定律，通过引入链入链出因子、主题相关度因子和时间衰减度因子，改善加权LeaderRank算法的不足。实验结果表明，与加权LeaderRank算法相比，该算法的精确率、点击率和NDCG值分别提高7.80%、6.73%和4.75%，可有效提高排序质量。
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  梯度有偏随机DA优化方法的个体收敛界分析

  张梦晗, 汪海, 刘欣, 鲍蕾

  计算机工程. 2019, 45(10): 203-207,214. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052466

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  样本不满足独立同分布会使梯度估计在迭代过程中存在偏差，且最优的个体收敛界在噪声的干扰下无法确定。为此，提出一种线性插值随机对偶平均（DA）优化方法。给出DA方法收敛性的证明，在梯度估计有偏的基础上，求解得到一种线性插值DA随机优化方法不产生累积偏差的个体收敛界，以保证正则化损失函数结构下优化方法的个体收敛精度。实验结果表明，与随机加速方法相比，该方法具有较快的个体收敛速率与较高的收敛精度。
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  一种基于神经网络与LDA的文本分类算法

  牛硕硕, 柴小丽, 李德启, 谢彬

  计算机工程. 2019, 45(10): 208-214. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0054297

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  传统隐含狄利克雷分配（LDA）主题模型在文本分类计算时利用Gibbs Sampling拟合已知条件分布下的未知参数，较难权衡分类准确率与计算复杂度间的关系。为此，在LDA主题模型的基础上，利用神经网络拟合单词-主题概率分布，提出一种文本分类算法NLDA。在THUCNews语料库和复旦大学语料库上进行实验，结果表明，与传统LDA模型相比，该算法的平均分类准确率分别提升5.53%和4.67%，平均训练时间分别减少8%和10%。
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  融合本体语义与用户属性的协同过滤算法

  王光, 姜丽, 董帅含, 李丰

  计算机工程. 2019, 45(10): 215-220. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052499

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  传统协同过滤推荐算法在处理海量数据时存在数据稀疏性和项目长尾效应，导致推荐精度较低。针对该问题，结合本体语义和用户属性，提出一种改进的协同过滤算法。利用本体计算项目之间的语义相似度，构建项目相似度矩阵，同时引入用户属性计算用户相似度矩阵。通过融合本体语义和用户属性形成用户-项目评分矩阵，并对该矩阵的预测评分进行加权处理，生成TOP-N推荐结果。实验结果表明，相比传统皮尔逊相似度计算协同过滤算法、基于本体语义的协同过滤算法和基于评分矩阵填充与用户兴趣的协同过滤算法，该算法的平均绝对误差较低，准确率较高，综合性能及新颖度较优。
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  基于主题分布优化的模糊文本分类研究

  梁艳红, 坎启轩, 苏翌

  计算机工程. 2019, 45(10): 221-226. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052033

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  在对类别模糊的文本进行分类时，主题模型只考虑文档和主题级别信息，未考虑底层词语间的隐含信息，且多数主题信息复杂、中心不明确。为此，提出一种改进的文本分类方法。通过分位数选择中心明确的主题，将其映射到word2vec词向量空间内，对模糊文本进行分类操作，进而得到文本分类结果。实验结果表明，与C_LCD+KNN方法相比，该方法分类效果较好，鲁棒性较强。
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  基于聚类质量的半监督INMF动态社区检测算法

  陈吉成, 陈鸿昶, 于洪涛

  计算机工程. 2019, 45(10): 227-233. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052570

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  为实现复杂网络的快速分析，提出一种基于聚类质量的改进非负矩阵分解（INMF）算法，将其用于动态社区检测。从理论分析角度证明了演化谱聚类、INMF和模块密度优化之间的等价性，并基于该等价性，在不增加时间复杂度的前提下，通过在INMF中加入先验信息给出一种半监督INMF算法。在人工构造和真实世界的动态网络上的实验结果表明，与QCA、MIEN算法相比，该算法的社区检测质量和社区检测效率更优。
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  一种神经网络模型剪枝后泛化能力的验证方法

  刘崇阳, 刘勤让

  计算机工程. 2019, 45(10): 234-238. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052165

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  针对神经网络模型在剪枝操作中Dropout率下调造成的过拟合问题，提出一种剪枝模型泛化能力的验证方法。研究人为遮挡数据集模拟图像范围的变化情况，分析不同Dropout值和剪枝比例对模型准确率的影响，进而得到剪枝操作后模型泛化能力变化的原因。在卷积神经网络模型lenet-5上进行实验，结果表明，剪枝模型泛化能力减弱是因为Dropout率下调和剪枝操作时参数量的变化。
图形图像处理
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  基于自适应阈值分割与透射率融合的图像去雾算法

  向文鼎, 杨平, 许冰

  计算机工程. 2019, 45(10): 239-245. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052600

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  利用暗通道先验去雾算法处理包含大块亮白区域的图像时，存在图像失真的问题。为此，提出一种改进的的单幅图像去雾算法。利用基于图像子块平均灰度值和标准差的四叉树分解方法得到大气光估值，通过图像暗通道直方图分布自适应计算分割阈值，据此将图像划分为亮白区域与非亮白区域。根据图像的灰度分布数据计算权重因子，将其融入透射率以提高图像边缘的平滑度。在此基础上，应用大气散射模型恢复无雾图像。实验结果表明，该算法能够有效解决天空区域色彩失真的问题，所得图像视觉效果明亮自然，图像交界景深突变处也较为平滑。
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  基于ACGAN的图像识别算法

  周林勇, 谢晓尧, 刘志杰, 谭宏卫, 游善平

  计算机工程. 2019, 45(10): 246-252,259. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052774

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  针对基于辅助分类器生成对抗网络（ACGAN）的图像分类算法在训练过程中稳定性低且分类效果差的问题，提出一种改进的图像识别算法CP-ACGAN。对于网络结构，在判别网络的输出层取消样本的真假判别，只输出样本标签的后验估计并引入池化层。对于损失函数，除真实样本的交叉熵损失外，在判别网络中增加生成样本的条件控制标签及后验估计间的交叉熵损失。在此基础上，利用真假样本的交叉熵损失及属性重构生成器和判别器的损失函数。在MNSIT、CIFAR10、CIFAR100数据集上的实验结果表明，与ACGAN算法、CNN算法相比，该算法具有较好的分类效果与稳定性，且分类准确率分别高达99.62%、79.07%、48.03%。
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  基于弧长密度的自动邻域半径鉴别FPFH提取算法

  朱琛琛, 齐林, 帖云

  计算机工程. 2019, 45(10): 253-259. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052880

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  在快速点特征直方图（FPFH）的特征计算过程中，需要人工多次选择邻域半径，计算过程复杂且效率较低。针对该问题，提出基于弧长密度的自动邻域半径鉴别FPFH特征提取算法。给出点云弧长密度的计算方法，依据弧长密度估算多对点云的邻域半径，以提取FPFH特征并完成采样一致性初始配准，确定配准性能最优的半径与弧长密度值。在此基础上，使用最小二乘法拟合邻域半径与弧长密度之间的函数表达式，并与FPFH特征提取算法结合得到自动邻域半径鉴别FPFH特征提取算法。实验结果表明，该算法可根据点云弧长密度自动鉴别出合适的邻域半径，运算速度较快。
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  基于Deeplabv3+与CRF的遥感影像典型要素提取方法

  王俊强, 李建胜, 周华春, 张旭

  计算机工程. 2019, 45(10): 260-265,271. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0053359

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  为提取高分辨率遥感影像的典型要素（建筑物及道路），基于深度学习，提出一种语义分割与全连接条件随机场（CRF）相结合的提取方法。以Deeplabv3+作为语义分割模型，提取较完整图像分割信息，并将其作为全连接CRF的一元能量函数的输入，利用平均场近似方法进行推理，实现对分割信息边界的优化。通过分析Deeplabv3+模型在噪声样本集数据的训练效果验证其鲁棒性，并基于公开影像及矢量数据源设计大规模遥感训练样本集智能采集系统。采集罗德岛2 000平方公里遥感影像及相对应典型要素标记数据作为样本进行实验，结果表明，该方法分割精度MIoU值达到80.32%，结合形态学滤波处理，要素边界轮廓明显优于初始分割结果。
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  基于双调合距离的三维形状相似度计算方法

  郑明明, 林志毅

  计算机工程. 2019, 45(10): 266-271. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052309

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  基于双调和距离的等距不变性，提出一种三维形状的相似性度量方法。给出双调和距离、形式化表达和离散计算的定义，并对形状的双调和距离矩阵进行奇异值分解。提取双调和距离矩阵的特征值作为形状描述符，将一对形状特征值的余弦距离作为形状相似度。通过TOSCA2010数据库上的实验结果表明，与FMPS方法、SHED方法相比，该方法能够较好地兼顾时间耗费度和形状匹配度。
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  基于色彩约束与非局部稀疏表示的彩色图像超分辨率重建

  徐志刚, 马强, 朱红蕾, 张墨逸

  计算机工程. 2019, 45(10): 272-276,282. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052065

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  基于稀疏表示模型的彩色图像超分辨率重建方法通常采用基于图像块的稀疏编码过程，易导致稀疏表示不稳定、重建彩色图像存在细节模糊和色彩伪影的问题。为此，提出一种非局部稀疏表示与色彩通道约束相结合的重建算法。将待重建的低分辨率彩色图像转换到YCbCr色彩空间，利用非局部稀疏模型对低分辨率彩色图像的亮度信息进行重建，再将重建图像转换回RGB色彩空间，应用色彩通道约束方法去除色彩伪影，从而在保证图像细节信息重建质量的同时提升其色彩伪影的去除能力。实验结果表明，与双三次插值算法、ScSR算法等相比，该算法重建图像的峰值信噪比和结构相似性较高。
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  基于点特征的SAR图像与可见光图像配准

  秦杰, 纪则轩, 曹国

  计算机工程. 2019, 45(10): 277-282. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052358

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  针对合成孔径雷达（SAR）图像与可见光图像配准精度低的问题，提出一种基于角点幅值与方向的点特征描述符HIOHC，用以改进Harris角点检测器。将检测器的响应函数从一阶项扩展为二阶项，提高其对SAR图像噪声的鲁棒性，同时构建一个组合像素空间及灰度信息的权值函数，提高角点检测的准确性。实验结果表明，与传统的Harris检测器相比，改进的检测器能够有效降低SAR图像噪声的影响，具有更高的配准精度。
开发研究与工程应用
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  一种融合标签语义的微博热点话题挖掘方法

  周福星, 陈秀真, 马进, 李生红

  计算机工程. 2019, 45(10): 283-287. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052535

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  由于微博文本的长度较短，直接使用隐狄利克雷分布（LDA）模型会导致特征向量高维稀疏。为此，提出一种融合标签语义的热点话题挖掘方法。利用公共块算法计算微博标签的相似度，合并标签相似度较高的微博文本。采用LDA模型对合并后的文本建模，并通过K-means聚类算法挖掘微博热点话题。实验结果表明，与针对单一微博文本建模的方法以及直接合并相同标签的方法相比，该方法的困惑度较低，挖掘热点话题的准确性较高。
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  维吾尔语停用词抽取方法研究

  塞麦提·麦麦提敏, 司马义·阿不都热依木

  计算机工程. 2019, 45(10): 288-292,300. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052123

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  为提高信息处理效率，文本信息检索系统通常将停用词作为噪音过滤掉，影响了文本处理的效果。针对该问题，提出一种应用于维吾尔语的停用词抽取方法。在分析维吾尔语停用词特点的基础上，采用文档频数、词项频率和信息熵的方法对大量语料进行统计，并分析候选停用词的词性分布情况。通过文本分类实验确定停用词阈值，结果表明，使用该方法进行停用词过滤后，文本分类的计算复杂度降低，分类准确率达到80.8%。
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  虚假商品评论识别的研究与进展

  张璐

  计算机工程. 2019, 45(10): 293-300. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052714

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  受经济利益驱使，大量恶意用户发布包含不实内容的虚假评论以影响用户的购买决策，从而提高自身商品的销售业绩并打压竞争对手，严重扰乱电子商务运营秩序。为此，介绍虚假评论识别的研究成果，包括虚假评论内容、发布者及虚假评论者群组的识别，对识别过程所使用的特征及检测方法进行对比分析，并给出虚假评论识别效果的评价方式和指标。在此基础上，对未来虚假评论识别研究工作进行探讨和展望。
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  基于卷积神经网络的无线电广播同频干扰检测

  刘雨灵, 侯进, 张笑语, 陈曾

  计算机工程. 2019, 45(10): 301-307. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052812

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  针对无线电干扰中较为突出的同频干扰问题，将深度学习应用于干扰信号检测，提出一种无线电调频广播同频干扰检测算法。将调频广播数据转化为能体现信号特性的小波变换时频图，并将其作为卷积神经网络（CNN）的训练数据，训练CNN学习信号的时频特征，得到干扰检测模型。实验结果表明，与传统的机器学习算法相比，该算法能更准确地检测出广播信号中是否存在同频干扰信号，其干扰检测准确率达95.0%。
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  一种求解共享单车再平衡问题的遗传算法

  刘喜梅, 潘立军

  计算机工程. 2019, 45(10): 308-313. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0054037

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  共享单车再平衡问题（BRP）是单一商品旅行商问题（1-PDTSP）的扩展，是一类NP难问题。针对已有算法求解速度慢，不利于实现实时调度优化的缺点，提出一种求解BRP的非代际遗传算法。基于个体搜索机制保留优异个体，设计线路交叉算子和k点破坏修复变异算子，引入破坏修复机制，当算法收敛变慢时自动生成新个体进入种群以避免陷入局部最优解。应用BRP标准算例测试表明：在小规模算例上该算法均能找到最优解，平均CPU消耗为3.8 s；在中等规模与大规模算例上，该算法找到9个算例的最优解，并且其运算速度相较于分支定界算法和线路破坏与修复启发式算法提升77%以上。
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  基于D-AHP与TOPSIS的突发事件应急管理能力评估

  许硕, 唐作其, 王鑫

  计算机工程. 2019, 45(10): 314-320. https://doi.org/10.19678/j.issn.1000-3428.0052813

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  在突发事件应急管理评估过程中，参评专家经验及语言描述差异会导致评估信息存在不确定性和模糊性，直接影响评估结果。针对该问题，基于D数偏好关系改进层次分析法（D-AHP）和逼近理想解排序法（TOPSIS），提出一种突发事件应急管理能力评估方法。根据应急管理实际情况建立评估指标体系，通过构建D-AHP层次结构模型求解各评估指标的影响权重，同时结合专家的评估结果，利用TOPSIS方法对评估对象的突发事件应急管理能力水平进行排序。对某市下辖4个区县的评估结果表明，该方法能有效识别应急管理过程中的关键环节，直观展示各个评估对象的实际水平并有助于给出完善应急管控建设的针对性建议。