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2018年 12卷 4期 刊出日期:2018-04-01
   
目次
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2018年第4期目次
2018 Vol. 12 (4): 0-0 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 944KB] ( 71 )
学术研究
511 王超,王冬青,贾金原
面向虚实融合的卧室箱体建模与布局算法
目前室内家居设计平台有以下问题:室内场景建模操作的复杂性大,布局设计人工干预比较多,自动布局响应速度不理想等问题。对此以卧室家居为例,面向由真实室内图片转换而来的箱体模型和虚拟家具模型之间的虚实融合,采用基于图像渲染的技术TIP(tour into picture)将二维室内图片转换为三维箱体模型,以实现和三维家具模型的兼容,实现维数的一致。同时,在箱体模型中,对家具模型实现自动布局。自动布局采用基于放置场能量分布的自动布局算法。首先确定家具布局顺序,接着初始化能量分布,然后按序布局过程中动态更新能量分布,为下一个家具布局做准备,最后根据布局后的能量分布计算漫游区域和视觉朝向。实验表明,该算法可针对不同大小、不同家具组合的卧室,实现较快和较好的自动布局,规划出较好的漫游方案,实现虚实融合。
2018 Vol. 12 (4): 511-524 [摘要] ( 29 ) [HTML 1KB] [PDF 4386KB] ( 114 )
525 贾大宇,信俊昌,王之琼,郭薇,王国仁
区块链的存储容量可扩展模型
目前区块链的容量受到网络里存储空间最小的节点的限制,提出了区块链存储容量可扩展模型,该模型将一条完整的区块链副本进行分片处理,并将分片数据保存在一定比例的节点中。同时,模型增加了验证节点,对存储数据的节点进行基于数据可检索性证明(proofs of retrievability,POR)方法的实时检测,并记录更新存储节点稳定性值,依此选择高稳定性节点来储存新产生的数据副本,提高了数据存储的稳定性。最后,模型在多节点中正常运行、节点故障和有恶意攻击时的实验表明,区块链存储容量可扩展模型在具有稳定性、容错性和安全性的同时,有效地增加了区块链的存储扩展性。
2018 Vol. 12 (4): 525-535 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 3235KB] ( 85 )
536 阚双龙,黄志球,杨志斌
SIGNAL模型多线程代码生成研究
反应式系统是指与环境不断发生交互的控制系统。这类系统通过接收外部环境输入,对输入进行计算,并将计算结果反馈到外部环境来控制系统的行为。同步语言是一种规约反应式系统的建模语言,同步语言的优势在于支持形式化验证和精确的代码自动生成。面向多时钟同步语言SIGNAL,提出了一种SIGNAL模型到多线程Java代码生成过程。该代码生成过程基于以下3种中间结构:同步时钟卫式操作、卫式操作和带划分的卫式操作。将整个代码生成过程分为4个主要转化步骤,给出每一步转化规则。最后对空客A340的警报系统进行实例分析,评估生成代码的正确性。多线程Java代码生成可以为SIGNAL模型在分布式和多核体系下的应用提供支撑。
2018 Vol. 12 (4): 536-549 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 2476KB] ( 70 )
高性能计算
550 武海鹏,文敏华,SEE Simon,林新华
激光等离子体相互作用模拟的并行和加速研究
随着生成超短激光脉冲技术的不断发展,对这种激光脉冲和等离子体相互作用进行动力学描述也变得越来越重要。PIC(particle-in-cell)是一种在等离子体物理中,研究充能粒子在电磁场中运动轨迹的广泛采用的方法。尽管现在已经有一些在GPU上的PIC方法的实现,但是基于激光等离子体相互作用模拟的特点,仍然有很多重要问题可以尝试其他解决思路。提出了一种把初始的基于CPU的LPI模拟代码完整移植到GPU上的可行方法。提出了一系列加速初始的GPU版本的方法:动态冗余算法、混合精度算法、粒子排序算法。利用并且评估了GPUDirect RDMA(remote direct memory access)技术,其可以提高MPI的通信性能。实验结果证明,与初始的GPU版本相比,“Scatter”阶段加速比为6.1倍,当MPI传输数据大于3 KB时,通信过程提速了2.8倍。这些研究证明了针对模拟应用和GPU集群的特点进行特殊的优化能对性能带来显著的提升。
2018 Vol. 12 (4): 550-558 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1934KB] ( 72 )
559 罗红兵,张晓霞,魏勇
Alltoall通信性能模型研究
Alltoall是一种重要的MPI(message passing interface)集合通信类别,是影响许多并行程序并行效率的重要因素。但对于大规模并行计算机上Alltoall集合通信的评测和理论分析仍较为缺乏,导致许多应用程序的通信模块设计和使用不合理。首先,开展了MPI基本通信性能的测试和分析,发现随着MPI进程数的增加,其性能波动也增加,而这种波动源自网络竞争。为此,在传统的Alltoall性能评估模型中引入了网络竞争因素,新模型不仅考虑传统的通信带宽和通信延迟参数,还考虑了通信竞争因素。某国产并行机平台上的测试结果显示:引入网络竞争模型的新Alltoall性能评估模型可以较为准确地预估Alltoall性能,体现出网络竞争开销对Alltoall性能的影响。
2018 Vol. 12 (4): 559-566 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1675KB] ( 88 )
567 郑澎,方维,徐权,冷珏琳,熊敏,于长华
面向JAUMIN的并行AFT四面体网格生成
非结构网格应用软件编程框架JAUMIN(J adaptive unstructured mesh applications infrastructure)支撑了多个千万亿次并行应用软件的快速研发,并已成功应用于重大科学装置结构力学分析与优化设计、裂变能源等领域,在这些应用中,网格生成是重要步骤,为了精确刻画物理现象对应的复杂几何区域,需快速生成高质量和高精度网格。提出了一种无缝对接JAUMIN的AFT(advancing front technique)四面体网格生成并行方法,它支撑基于JAUMIN研发的应用软件进行大规模四面体网格生成,其主要特点是:(1)首先生成几何自适应的粗网格,然后基于粗网格进行分区,再通过子区域的AFT方法保证分区交界处网格的一致性;(2)在并行流程中进行表面网格贴体加密,使网格越细化越贴近真实几何形状;(3)并行流程中插入对分区交界处网格的优化步骤,进一步提高网格质量。该方法能针对实际工程应用模型快速生成数亿规模的四面体网格,可扩展性良好。
2018 Vol. 12 (4): 567-574 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 3354KB] ( 55 )
网络与信息安全
575 王毅,冯小年,钱铁云,朱辉,周 静
基于CNN和LSTM深度网络的伪装用户入侵检测
用户伪装入侵检测技术作为一种主动式安全防护技术已成为当前的研究热点。现有的用户伪装入侵检测技术存在难以准确建模用户行为模式的缺陷。利用卷积神经网络(convolution neural network,CNN)处理局部关联性数据和特征提取的优势,以及长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络捕获数据时序性和长程依赖性的优势,设计了一种结合卷积和长短期记忆的深度神经网络(CCNN-LSTM)用于伪装入侵检测。该方法具有较强的学习能力,能自动学习数据的表征而无需人工提取复杂特征,在面对复杂高维的海量数据时具有较强的潜力。实验结果表明,该方法具有更高的检测率及更低的检测代价,其性能胜过多个基线系统。
2018 Vol. 12 (4): 575-585 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 2178KB] ( 84 )
586 仇智鹏,鲁富荣,杜亚星,钱宇华
度相关性对复杂网络目标控制的影响
随着信息时代的来临,复杂网络在生活中扮演着越来越重要的角色,例如社交网络、电力网络、交通网络等。对网络的控制引起了广泛的关注,而网络的目标控制是其中一类重要问题。通过模拟退火算法,研究在目标控制前提下度相关性对于目标控制的影响。实验表明,入度-入度相关性与出度-出度相关性对网络目标可控性的影响几乎一致,随着入度-入度相关性逐渐增加,驱动节点的比例先减少后增加;出度-入度相关性对于网络驱动节点比例的影响较大,随着出度-入度相关性逐渐增加,驱动节点的比例逐渐减少;而入度-出度相关性对于网络驱动节点比例几乎没有影响。
2018 Vol. 12 (4): 586-594 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 3740KB] ( 69 )
595 段林侠,孙晓艳,王稚慧
面向安全应用消息传输的异构网络选择算法
为了实现异构车联网中安全应用消息的低时延高可靠传输,针对基于DSRC/LTE的异构车联网,设计了一种面向安全应用消息传输的网络选择算法。该算法从安全应用消息传输服务质量(quality of service, QoS)需求出发,综合考虑了安全应用消息传输QoS的多项参数指标,包括端到端时延、丢包率、传输速率。算法首先利用层次分析法计算出安全应用消息传输QoS各个参数的权重值,然后分析了各个候选网络支持安全应用消息传输QoS的能力,最后确定了安全应用消息传输QoS的满意度。采用双向耦合、实时交互的车联网仿真平台VeinsLTE对面向安全应用消息传输QoS的网络选择算法进行了仿真实现和性能验证。仿真结果表明,面向安全应用消息传输的网络选择算法可以根据安全应用消息传输的不同QoS需求,合理地分配网络资源。一方面,与仅使用已经实现的QoS-oriented TDMA协议相比,同时使用QoS-oriented TDMA协议和面向安全应用消息传输的网络选择算法的异构车联网,在高速场景和市区场景中安全应用消息的接收概率分别提高了13.7%和10.4%,传输时延分别减少了8.6%和11.5%。另一方面,面向安全应用消息传输的网络选择算法在高速场景和市区场景中,与匹配博弈网络选择算法相比,安全应用消息的接收概率分别提高了11.6%和7.5%,传输时延分别减少了13.2%和15.3%。
2018 Vol. 12 (4): 595-607 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 2383KB] ( 66 )
人工智能与模式识别
608 师冬丽,李锵,关欣
结合卷积神经网络和模糊系统的脑肿瘤分割
为了提高脑肿瘤分割的精确性和鲁棒性,提出一种结合卷积神经网络和模糊推理系统的全自动脑肿瘤MRI图像分割算法。首先,分别针对FLAIR和T2两种类型的单模态图像,构建适用于该类型图像的卷积神经网络。其次,针对FLAIR和T2图像,分别应用其对应的卷积神经网络模型进行预测,并将得到的预测概率通过非线性映射进行处理。最终,构建模糊推理系统,将FLAIR和T2图像经过非线性映射后的概率作为模糊推理系统的输入来判断该像素点是否属于肿瘤区域。实验结果表明,相比已有的脑肿瘤MRI图像分割算法,所提算法在分割精度上有了一定程度的提升。
2018 Vol. 12 (4): 608-617 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 3029KB] ( 73 )
618 胡良田,潘海为,谢晓芹,张志强,冯晓宁
基于NSCT的乳腺图像分类方法
乳腺癌是女性最为常见的一种癌症。虽然随着医疗的发展,乳腺癌的诊断和治疗技术都有所提高,但是由于不能在乳腺癌早期及时做出诊断,导致乳腺癌的死亡率依然很高。针对此现象,对基于非下采样轮廓变换法(nonsubsampled contourlet transform,NSCT)的乳腺X线图像的分类方法进行了研究。该方法首先对乳腺X线图像的感兴趣区域(region of interest,ROI)进行多分辨的NSCT分解,然后用泽尼克矩(Z-Moments)对NSCT分解后的图像进行特征提取;其次对每一个感兴趣区域所提取的特征形成的矩阵进行奇异值分解(singular value decomposition,SVD),以提取重要的可以概括全局的特征。该方法组合了纹理和形状特征,使用支持向量机(support vector machines,SVM)分类算法将乳腺X线图像分类为正常、良性和恶性,实现了乳腺病变的检测和分类。通过实验可以看出,该方法的准确率达到了96.76%,并且训练时间大大减少,与其他目前最先进的方法相比,在准确率和时间效率上都取得了显著的成效。
2018 Vol. 12 (4): 618-628 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 2294KB] ( 55 )
629 王胜,解辉,张福泉
利用边缘检测与Zernike矩的半脆弱图像水印算法
为了提高半脆弱图像水印算法的认证能力,提出了基于边缘检测与Zernike不变矩的半脆弱图像水印认证算法。引入离散小波变换(disceret wavelet transform,DWT)机制,对归一化后的载体图像进行三级分解,获取10个子带LL3、HL3、LH3、  HH3、HH2、HL2、 LH2、 HL1、LH1、HH1;再利用Sobel算子与Zernike矩方法对LL3子带进行处理,输出边缘映射与量化特征的Zernike矩,将二者视为水印信息;随后,设计水印嵌入机制,将Sobel边缘映射嵌入到载体图像的LL3子带对应的DWT系数中,形成初始水印图像;并再次利用Sobel算子对初始水印图像进行检测,获取边缘映射,确定嵌入位置,将Zernike矩隐藏到这些位置,获取最终的水印图像;建立水印复原方法,提取完整的水印信息。最后,基于权重欧式距离,设计了水印认证方法,以认证图像与定位篡改区域。实验结果显示,与当前水印技术相比,所提算法具有更强的鲁棒性与更低的篡改率。
2018 Vol. 12 (4): 629-641 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 6868KB] ( 75 )
642 谢磊,王士同
图松弛优化聚类的快速近似提升方法
基于图松弛优化为非近似迭代方法提供了有效的分析解决方案,且实现简单。然而,由于矩阵的逆在计算时需要多项式时间,则在运行速度方面不是很理想,当面对较大规模数据时此方法将变得不可行。提出了对基于图松弛优化聚类进行快速近似提升的两种方法:一个是基于k均值聚类,另一个是基于随机投影树。广泛实验表明,这些算法在运算速度方面表现较优,聚类精度变化非常小。具体来讲,该算法在运算大规模数据时精度优于k均值算法,并且在保证精度的情况下运行速度远快于基于图松弛优化聚类算法。值得注意的是,该算法可以使得单个机器在数分钟内对具有数百万样本的数据集进行聚类。
2018 Vol. 12 (4): 642-652 [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 3037KB] ( 72 )
理论与算法
653 李敬,王利东
面向不完备信息系统的双论域决策粗糙集——基于双相对量化信息的角度
双论域粗糙集模型是经典粗糙集模型的有效推广,近年来,不同的双论域粗糙集模型已被提出。针对信息缺失的情形,从双相对量化信息角度分别定义了两种双论域双相对定量决策粗糙集,研究了所给出的两种双相对定量决策粗糙集模型的相应数学性质,并探讨了随着相关参数的变化它们之间存在的相应关系。此外,利用SARS病人信息的具体实例解释了所给出的双相对定量决策粗糙集的定义以及所讨论的两种双相对定量决策粗糙集的关系。
2018 Vol. 12 (4): 653-661 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 992KB] ( 68 )
662 彭家寅
BCK-代数的广义(∈,∈∨q)-模糊蕴涵理想
为推广BCK-代数的(∈,∈∨q)-模糊蕴涵理想,引入了[(∈,∈∨qk)]-模糊蕴涵理想的概念,研究了相关性质;指出了模糊蕴涵理想和(∈,∈∨q)-模糊蕴涵理想都是(∈,∈∨qk)-模糊蕴涵理想,反之不然;给出了BCK-代数的模糊子集成为[(∈,∈∨qk)]-模糊蕴涵理想的条件;证明了(∈,∈∨qk)-模糊蕴涵理想都是(∈,∈∨qk)-模糊理想,用实例说明其逆命题不真;给出了(∈,∈∨qk)-模糊蕴涵理想的若干等价刻画,讨论了BCK-代数的基于蕴涵的模糊蕴涵理想。
2018 Vol. 12 (4): 662-670 [摘要] ( 23 ) [HTML 1KB] [PDF 1001KB] ( 78 )
671 屈太国,蔡自兴
快速多维标度算法研究
经典多维标度法(classical multidimensional scaling,CMDS)是一种常用的数据降维和可视化方法。随着数据规模的扩大,CMDS的运算时间急剧增加。为了提高CMDS的计算速度,研究了3种适用于不同距离矩阵的快速算法。通过预先确定枢轴,减少了不必要的距离计算,提出了一种基于FastMap的快速算法。基于分而治之策略,提出了一种新的算法dcMDS(divide-and-conquer based MDS)。通过合理地选择标志点集,确保LMDS(landmark multidimensional scaling)能得到与CMDS一致的解。当样本内在维数远小于样本个数时,这些算法都能得到与CMDS完全一致的解,并且在速度上有大幅提高。实验证实了这3种算法与CMDS的一致性以及高效性。
2018 Vol. 12 (4): 671-680 [摘要] ( 22 ) [HTML 1KB] [PDF 1280KB] ( 69 )
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· 《计算机科学与探索》入选中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊(2017-2018)
· 《计算机科学与探索》入编《中文核心期刊要目总览》2014年版
· 2018年全国高性能计算学术年会(HPC CHINA 2018)征文通知(第一轮)
· 《计算机科学与探索》2018第4期刊物,于2018年4月12日寄出
· 《计算机科学与探索》2018年第1-2期稿费已于2018年3月16日寄出
· 第四届国际计算机前沿大会(原国际青年计算机大会)征稿通知
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