• 2013年第24卷第S2期文章目次
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    • 基于用户节奏识别的触屏解锁方式

      2013, 24(S2):1-13.

      摘要 (2218) HTML (0) PDF 1.64 M (3228) 评论 (0) 收藏

      摘要:触摸屏屏幕锁定设计的初衷是为了防止用户的误操作,并未考虑到安全性,为此设计了一种以安全性为核心的全新的解锁方式.该解锁方式是基于行为密码的节奏性点触输入手势,节奏识别算法能够智能地识别用户在屏幕上敲击的节奏序列,提取节奏特征,形成解锁密钥.实验结果表明,该解锁方式能够较好地匹配节奏密钥,安全性能也大为提高;并且,节奏识别以个人的乐感体会为基准,注重用户体验,具备快捷性、娱乐性、可靠性等人机交互友好的特征.

    • 基于出租车轨迹数据挖掘的乘客候车时间预测

      2013, 24(S2):14-23.

      摘要 (3067) HTML (0) PDF 2.02 M (10258) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着城市人口的增长与交通问题的加剧,出行也变得越来越困难.出租车是重要的公共交通工具;对于乘客来说,了解等候出租车需要花费的时间有助于他们安排行程与选择最优的等候地点.针对这个问题,使用出租车轨迹的历史数据,预测乘客在某时某地等候出租车需要的时间.算法使用参数与非参数模型,通过对空车到达过程的建模,预测单个乘客等候出租车需要的时间.使用大规模的杭州出租车数据,结合仿真来验证预测算法.实验评估结果显示,参数模型对等候时间预测的平均误差约为4.5分钟,并且参数模型预测误差小于5 分钟的概率约为83%.

    • 一种基于背景声音识别的社会情境感知方法

      2013, 24(S2):24-31.

      摘要 (2328) HTML (0) PDF 768.25 K (4074) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着社会需求的不断扩大及技术的不断发展,人与人之间的社会交互也越来越多.理解社会交互特征并能感知用户所处的社会情境语义(如在开会、在上课),对于促进和辅助用户社会活动具有重要意义.从背景声音的角度对社会交互进行理解,目的是通过对背景声音差异性特征的提取,识别用户所处的社会情境.提出了一种基于背景声音识别的社会情境感知方法,该方法采用Mel frequency cepstral coefficients (MFCCs,即Mel 频率倒谱系数)分析声音信号,将路径搜索限制和搜索过滤的改进Dynamic Time Warping(DTW)算法作为识别器.通过对11 种社会情境背景声音的采集和识别,表明该算法能够有效地识别用户所处的社会情境,且其运算效率与识别率比传统DTW 算法有所提高.

    • 一种支持超视频创建与可视呈现的草图界面技术

      2013, 24(S2):32-41.

      摘要 (2299) HTML (0) PDF 1.07 M (3086) 评论 (0) 收藏

      摘要:超视频打破了传统视频的单一线性的组织和浏览方式,有效地增强了用户的浏览效率和视频信息的表达能力.基于草图和草图界面在思维表达上的优势,针对目前对视频内容以及视频间或者视频内的关系展示上的不足,提出了一种支持超视频创建的草图界面来直观地表达用户的设计意图,改善了视频编辑过程中的交互体验.提出了一种基于force-directed 的图布局算法.该算法对视频语义进行建模,将时间、空间、视频结构、约束关系等语义信息融入到节点质量、引力和斥力等对象中.系统实例表明,该方法能够很好地适应视频特有的语义类型,表示出超视频的动态创建和编辑过程.

    • 视觉词汇的主成分线性编码方法

      2013, 24(S2):42-49.

      摘要 (2323) HTML (0) PDF 1.02 M (3176) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对视觉物体分类中视觉词汇局部线性编码缺少显著性检验和共线性分析的问题,提出了主成分线性编码方法,选择与特征点具有最强线性相关性的K近邻视觉单词,采用主成分多元线性回归方法以解决视觉单词的共线性问题,从而减小编码系数的偏差和不稳定,提高视觉物体分类的精度.依据图像量化结果的稀疏性是影响分类精度的重要因素,进一步对主成分线性编码得到的量化结果做稀疏性分析并进行能量正则化处理,提高分类效率.实验结果表明,与已有方法相比,平均分类正确率提高了1%以上.

    • 车载自组织网络中的数据分发机制

      2013, 24(S2):50-60.

      摘要 (2467) HTML (0) PDF 1.36 M (3562) 评论 (0) 收藏

      摘要:车载自组织网络(vehicular ad-hoc network,简称VANET)作为一种新型的移动自组织网络,应用前景广阔.鉴于长距离数据分发机制是支撑VANET应用的一个不可或缺的机制,提出了一种VANET下路边单元(roadsideunit,简称RSU)辅助的数据分发机制Ara,并在不同的交通场景下对其性能进行了评估.实验结果表明,即使在有RSU出现故障的情况下,Ara也可以保证较高的数据到达率、较小的延迟和较低的消息开销.同时,通过建立分析模型对Ara的数据传递延迟进行了理论分析.该分析模型建立在车辆的微观流模型之上,可以推导出不同RSU 部署场景下的数据传递延迟.模拟实验结果验证了模型的正确性,因此该分析模型可以对Ara数据传递的性能进行预测.

    • 一种融合信任和用户情感偏好的协同过滤算法

      2013, 24(S2):61-72.

      摘要 (2662) HTML (0) PDF 872.80 K (3813) 评论 (0) 收藏

      摘要:以调节用户情感为应用背景,为使资源满足用户情感需求,提出一种融合信任和用户情感偏好的协同过滤算法.首先,针对现有协同过滤中用户偏好模型扩展性不足的问题,提出融合评分和信任的用户偏好模型,依据评分数据集设定共同评分资源数目的阈值,有策略地选择用户间评分相似度和信任值,计算用户偏好程度;其次,定制资源的情感内涵特征,在资源集合生成过程中,通过引入用户对资源情感内涵的偏好度量机制,弥补了以往协同过滤推荐对用户情感的忽略.最后,实验结果表明,该算法有效地解决了协同过滤中用户偏好模型扩展性不足的问题,提高了分类准确度,增加了用户选中满意资源的机会.

    • 面向存储管理的RFID中间件设计与实现

      2013, 24(S2):73-79.

      摘要 (2283) HTML (0) PDF 771.24 K (3311) 评论 (0) 收藏

      摘要:现代物流对信息获取的及时性和准确性提出更高的要求.将RFID技术应用于物流容器,用以保存动态的物流信息,由此提出了信息容器的概念.针对RFID系统缺少存储管理、读写器对标签数据访问效率低的问题,设计实现了标签操作系统(tag operating system,简称TOS)RFID中间件体系.TOS依据电子产品代码(electronic productcode,简称EPC)的长度对标签内存进行分页,在标签内存中构建位示图以索引存储空间使用状态,应用数据存储格式标识提升内存分页的灵活性,并在上位机建立实时内存数据库提高对标签数据查询的效率.实验结果显示,TOS中间件可以提高读写器对标签数据的操作效率. TOS中间件可普遍应用于物品的生命周期管理.

    • 高性能计算环境下陆面建模系统的关键技术

      2013, 24(S2):80-88.

      摘要 (1975) HTML (0) PDF 2.37 M (3031) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了从多角度精确评估陆面特征,改善陆面过程模型的模拟性能,并为研究者提供一套完整的从数据处理到模拟分析的陆面建模系统.采用多种脚本语言和模型数据融合方法来构建陆面建模系统.此建模系统集成观测数据、陆面过程模型、高性能计算、数据处理和分析方法,以及可视化等技术手段.在此系统内针对两种不同的陆面过程模型进行了应用示范,证明了不同脚本语言的建模系统在目前高性能计算环境中的应用潜力,以及不同可视化方案在陆面建模系统的作用.

    • 超级计算环境容错机制

      2013, 24(S2):89-98.

      摘要 (2312) HTML (0) PDF 986.65 K (3532) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国科学院超级计算环境是整合了包括总中心、分中心和所级中心计算资源的3层架构超级计算环境.为提升超级计算环境的可靠性,提供稳定、可靠的计算服务,其容错机制的研究成为超级计算环境的一个研究重点.在对容错基本思想及各类计算机容错技术进行充分调研的基础上,提出一种适用于超级计算环境的容错框架,依据该框架给出了不同层次的容错方案,并对不同层次的容错开销进行了分析和比较,验证了不同层次容错方案对应用程序所带来的影响.

    • 集群上一种面向空间连接聚集的并行计算模型

      2013, 24(S2):99-109.

      摘要 (2278) HTML (0) PDF 741.83 K (3088) 评论 (0) 收藏

      摘要:单机运行环境难以满足海量空间数据的连接聚集操作对时空开销的需求,集群上的并行计算是高效处理海量空间数据的连接聚集操作的关键. Map-Reduce是云计算中一种应用于大规模集群进行大规模数据处理的分布式并行编程模型,分析发现,Map-Reduce并不直接支持以既高效又自然的方式来处理具有二次归约特征的并行空间连接聚集操作.因此,提出了一种并行计算模型——Map-Reduce-Combine(MRC)来有效地处理大规模空间数据的连接聚集操作.MRC在Map-Reduce 模型上增加一个Combine阶段,有效地合并分散在各个Reducer的部分聚集结果.针对并行任务划分中空间对象的单分配问题,提出了过滤优化算法,提高了MRC下处理空间连接聚集查询的效率.实验验证所提出的并行计算模型在处理空间连接聚集查询时具有良好的效率、有效性、可扩展性和简单性.

    • Poisson-Boltzmann方程的并行有限元求解及网格自适应生成

      2013, 24(S2):110-117.

      摘要 (3273) HTML (0) PDF 833.15 K (3022) 评论 (0) 收藏

      摘要:说明如何利用并行自适应有限元软件平台PHG 求解生物分子溶液体系的非线性Poisson-Boltzmann方程,并介绍一种解决这类问题的方法,它将网格生成与自适应计算过程结合在一起,可自动产生合适的网格,避免复杂的曲面网格生成步骤.之前的网格生成工作有:(1) TMSmesh生成高斯曲面的三角网格; (2) TransforMesh删除自相交的三角网格; (3) ISO2Mesh提高表面网格质量3个步骤.而基于PHG的自适应加密模块可以在逐次调整网格的同时保持动态负载平衡,高效地得到计算网格用于近似求解非线性Poisson-Boltzmann方程.计算了小球模型和AChE系统,分别从误差指示子下降阶和溶剂化能收敛的角度验证了方法的有效性,并且还将网格生成算法成功地应用于gA离子通道.

    • 异构平台数学库MAGMA性能测试与分析

      2013, 24(S2):118-126.

      摘要 (2577) HTML (0) PDF 1007.30 K (5847) 评论 (0) 收藏

      摘要:MAGMA是第一个面向下一代体系架构(多核CPU和GPU)开源的线性代数软件包,它采用了诸多针对异构平台的优化方法,包括混合同步、通信避免和动态任务调度.它在功能、数据存储、接口上与LAPACK相似,可以发挥GPU的巨大计算能力进行数值计算.对MAGMA进行了测试分析.首先对矩阵分解算法进行分析;然后通过测试结果,分析MAGMA有效的优化和并行方法,为MAGMA使用、优化提供有益的建议;最后提出了一种对于矩阵分块算法的自适应调优的方法,经过测试,对于方阵的SGEQRF函数加速比达到1.09,对于高瘦矩阵的CGEQRF函数加速比达到1.8.

    • 龙芯3号处理器多核虚拟化技术

      2013, 24(S2):127-139.

      摘要 (2547) HTML (0) PDF 1.05 M (4828) 评论 (0) 收藏

      摘要:MIPS 处理器是精简指令集(RISC)处理器中的一个重要代表,通常应用于嵌入式系统中.近年来,随着MIPS处理器性能的大幅度提升,其应用渐渐扩展到了高性能服务器领域.龙芯3号处理器是MIPS架构的典型代表.在目前的服务器研究领域中,多核技术是一项重要的技术指标,而虚拟化技术是另一项重要的技术指标.当前,虽然虚拟化技术得到了快速发展,但是龙芯3号处理器上的虚拟化技术却鲜有成果.基于龙芯3号处理器的多核虚拟化技术面临许多问题,虚拟多核架构结构复杂、核间通信方式难以模拟等都会为龙芯3号处理器上的多核虚拟化带来困难.分析了多核龙芯3号处理器的硬件结构以及物理多核的核间中断通信方式,在此基础上介绍了龙芯3号处理器上多核虚拟化关键技术.主要在多核处理器虚拟化总体架构设计、虚拟多核结构设计以及虚拟多核的核间通信方式等方面进行了讨论.实验的结果表明,在龙芯3号处理器上,该多核虚拟化方法具有良好的效果.

    • 使用分布式De Bruijn图遍历基因拼接并行构建和化简

      2013, 24(S2):140-149.

      摘要 (2990) HTML (0) PDF 845.78 K (8215) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前基因拼接软件中应用最广泛的技术是基于De Bruijn图的基因拼接算法,需要对长达数十亿BP长度的基因组测序数据进行处理.针对海量的基因测序数据,快速、高效和可扩展的基因拼接算法非常重要.虽然已出现一些并行拼接算法(如YAGA)开始研究这些问题,但是拼接过程中时间、空间消耗较大的构图和单链化简这两大步骤在海量数据的挑战下仍然是最主要的计算瓶颈.这是因为现有工作在处理这几个步骤时通常使用了并行的表排序(list ranking),而该方法需要多次对De Bruijn图的海量顶点信息进行分布式的排序,产生了大量的计算节点间的通信.单链化简可由1次De Bruijn 图深度优先遍历完成而不再需要表排序,于是提出一种基于分布式海量图遍历方法对单链化简进行优化,极大地减少了处理器间的通信和计算节点之间的数据移动,因而取得较好的扩展性,其算法复杂度为O(g/p),通信复杂度为O(g),这里g为参考序列的长度,p为处理器的核数.当对E.coli和Yeast数据集进行测试,处理器的核数从8个增加到512个时,算法可以得到13倍和10倍的加速比;当对C.elegans和人类1号染色体(chr1)数据集进行测试,处理器的核数从32个增加到512个时,算法可以得到7倍和10倍的加速比.

    • 基于分析特征与动态步长的微博排序学习算法

      2013, 24(S2):150-161.

      摘要 (3267) HTML (0) PDF 891.30 K (4782) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前,微博搜索大多应用向量空间模型计算查询词与文档间的相关程度,通常使用TF-IDF(termfrequency-inverse document frequency)统计方法来确定词的权重.然而仅使用词进行微博搜索并不能检测到某条微博的信息含量,而这些往往是查询用户所关注的问题.为此提出了一种基于分析特征与动态步长的微博排序学习算法.首先,定义了一些微博分析特征,经过统计分析获得的这些分析特征可以用来预测用户行为;其次,在此基础上,提出了以词性为单位计算微博相关度的方法,结合信息熵计算方法得到微博词性信息的含量,并用来预测该微博的信息含量;最后,在现有ListNet排序学习算法的基础上,引入了动态步长的概念,对步长进行了动态优化,最终形成了一种基于动态步长的微博排序学习算法——RDLS(ranking based on dynamic learning stepsize)算法.实验结果表明,无论是基于直接特征还是加入分析特征,在相同迭代轮数情况下,相比ListNet算法,RDLS 算法可以训练出更优的模型,在微博排序方面有更好的表现.

    • 面向查询意图的信息检索技术

      2013, 24(S2):162-177.

      摘要 (2590) HTML (0) PDF 1.26 M (4503) 评论 (0) 收藏

      摘要:用户兴趣和行为的多样性使得为不同用户提供更符合其查询意图的搜索结果成为一个具有挑战性的任务.Web 2.0下的社会标签是用户为他们感兴趣的网页等对象进行标注行为的结果,用户用标签来描述自己感兴趣的话题.这些标签不但代表着用户的兴趣,而且是对网页承载信息的最好揭示.提出了面向用户查询意图的标签推荐方法,旨在把能够体现用户真正查询意图的标签选择出来.标签作为对查询关键词的补充,不仅可以弥补用户短查询的缺陷,而且可以根据标签与网页上曾被标注过的标签间的关系,更准确地判断用户查询意图与网页内容之间的相关度,从而把更符合用户查询兴趣的结果排在靠前的位置上.实验结果表明,该方法比现有的其他方法更有效,这也说明社会标注对更准确地捕捉用户真实查询意图确实有重要作用.

    • 基于图模型的医学图像聚类算法

      2013, 24(S2):178-187.

      摘要 (2587) HTML (0) PDF 903.75 K (4310) 评论 (0) 收藏

      摘要:医学图像聚类算法的研究是面向特殊领域图像挖掘的重要组成部分,由于存在很多技术和特定领域方面的问题,使得这个方向的研究非常具有挑战性.已有的聚类算法对数据对象的形状和密度有要求,应用到医学图像聚类方面不能取得很好的结果.针对以上问题,在领域知识指导下,首先对图像进行了纹理检测,提出了面向纹理的T-LBP方法;然后对预处理之后的图像进行了空间划分,并对每个空间内的纹理求取LBP值,建立按空间序列排序的LBP直方图;最后,将以LBP直方图作为特征,提出了基于图模型的医学图像聚类算法.实验结果表明,该算法在时间复杂度和聚类结果方面具有良好的效果.

    • 概率数据上基于EMD距离的并行Top-k相似性连接算法

      2013, 24(S2):188-199.

      摘要 (2536) HTML (0) PDF 846.00 K (3281) 评论 (0) 收藏

      摘要:以无线传感器网络为代表的新型数据应用和以图像处理为基础的传统数据应用都产生了大规模的概率数据.在概率数据的管理中,Top-k相似性连接操作返回最相似的k 对概率数据,具有重要应用价值.直方图是最常用的概率数据模型之一,而EMD(Earth Mover’s Distance)距离因其较强的鲁棒性可更准确地量化直方图概率数据之间的相似性.然而EMD距离的计算却具有三次方的时间复杂度,给基于EMD距离的Top-k 相似性连接带来巨大挑战.基于流行的MapReduce并行处理框架,利用EMD距离对偶线性规划问题的优良特性,提出了两种大规模概率数据上基于EMD距离的Top-k相似性连接算法.首先提出基于块嵌套循环连接思想的基本解决方法,命名为Top-k BNLJ算法.进而改进数据划分策略,提出基于数据局部性进行数据划分的Top-k DLPJ 算法,有效降低了MapReduce作业执行过程中的数据传输量.使用大规模真实数据集对两种算法进行评估,证实了本文提出的Top-k DLPJ算法的高效性和处理大规模数据集时的良好扩展性.

    • 4次复乘域上的GLV分解

      2013, 24(S2):200-206.

      摘要 (2567) HTML (0) PDF 743.36 K (8544) 评论 (0) 收藏

      摘要:4 维Gallant-Lambert-Vanstone(GLV)方法可用于加速一些定义在Fp2上椭圆曲线的标量乘法计算,如Longa-Sica型具有特殊复乘结构的GLS曲线以及Guillevic-Ionica利用Weil限制得到的椭圆曲线.推广了Longa-Sica的4维GLV分解方法,并在4次复乘域中给出显式且有效的4维分解方法,且对分解系数的界做出理论估计.结果行之有效,很好地支持了GLV方法以用于这些椭圆曲线上的快速标量乘法运算的实现.

    • Lai-Massey模型的差分和线性可证明安全性

      2013, 24(S2):207-215.

      摘要 (2106) HTML (0) PDF 641.76 K (2647) 评论 (0) 收藏

      摘要:1991年,Lai 和Massey 设计了IDEA算法.该算法首次用到了Lai-Massey模型.1999年,Vaudenay在Lai-Massey模型中引入正形置换或几乎非正形置换,证明了该Lai-Massey 模型满足Luby-Rackoff定理.主要对Lai-Massey模型的差分和线性可证明安全性进行研究.首先,给出了Lai-Massey模型中差分活动F 函数个数的下确界.其次,证明了当F函数是正形置换时,Lai-Massey模型的差分活动F函数个数下确界与Feistel模型中活动F函数个数的下确界一样.最后,通过引入对偶模型,证明了Lai-Massey模型的差分传递链和组合传递链在结构上的对偶性,并基于该对偶性直接给出了Lai-Massey模型的线性可证明安全性.

    • 对区间上利用等价类解离散对数算法的改进

      2013, 24(S2):216-221.

      摘要 (2554) HTML (0) PDF 451.84 K (2918) 评论 (0) 收藏

      摘要:Pollard kangaroo算法是解决区间N上离散对数问题很有效的方法,在平均意义下需要进行2 √N次群操作.而Galbraith 和Ruprai对容易进行求逆运算的群,利用等价类的方法,将平均意义下需要的群操作次数降低到了1.36 √N.在Galbraith和Ruprai的基础上,对算法进行了优化,调整了家袋鼠和野袋鼠的活动区间,将区间分别变为了原来的0.8581倍,从而将平均意义下需要的群操作次数降低到了1.338√N.

    • 基于WiFi定位的智能手机位置证明协议

      2013, 24(S2):222-228.

      摘要 (2502) HTML (0) PDF 638.88 K (3728) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于WiFi定位的职能手机位置证明问题近几年发展迅速,受到极大的关注.提出了两种安全可靠的位置证明协议,利用智能手机配合WiFi无线网络向第三方证明位置信息,通过密码学技术及适当的安全参数来保证智能手机位置证明的完整性、可靠性与匿名性.匿名性是指在不泄露用户身份信息的情况下完成对用户位置的验证.分析并证明了位置证明协议的安全性.与同类协议相比,该方案在效率和安全性方面更具优势.

    • 基于信号完整性分析的TPM芯片设计

      2013, 24(S2):229-235.

      摘要 (2034) HTML (0) PDF 779.40 K (3647) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于可信计算平台自身的设计原理及机制上的缺陷,其在面对物理攻击时很难有效地保护整个平台系统的安全性,而基于信号完整性分析的TPM芯片设计思想已给出了较好的解决方案.在上述研究工作的基础上,进一步提出了逻辑分层的TPM-APM(TPM-analog parameter measurement)子模块改进设计方案.通过对时延模拟参数的度量,给出了TPM芯片中TPM-APM子模块的工程实现方法,并使用眼图比对法,为TPM-APM子模块实现的可行性进行了验证.分析结果表明,引入改进设计的TPM-APM子模块可增强可信计算平台面对物理攻击时的防御能力.

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