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2020年  第49卷  第4期

人工智能
专栏评述
程洪
2020, 49(4): 481-481.
摘要:
人机协同智能系统及其临床应用
王艺霖, 邱静, 黄瑞, 程洪
2020, 49(4): 482-489. doi: 10.12178/1001-0548.2020180
摘要:
人类智能能够在执行某一任务时做出适应当前环境的决策,并且具有思考能力和情感意识;人工智能能够代替人类进行快速且大批量的高性能计算。然而由于需求的不断增加,提高了环境和任务的复杂性,单凭人类智能或人工智能无法执行复杂任务,人机协同智能系统作为一种基于混合智能的新型技术与系统,能够通过人类与机器交互及协同的混合智能在高动态环境中实现复杂任务,通过协同感知、协同认知和协同控制实现人类和机器的优势互补、扬长避短,是人类智能和人工智能的结合和拓展。该文对国内外现有主流人机协同智能系统及其理论进行了总结,并对典型人机协同智能系统在临床应用方面进行了分析,最后对人机协同智能系统的研究趋势进行了展望。
智能汽车中人工智能算法应用及其安全综述
翟强, 程洪, 黄瑞, 詹慧琴, 赵洋, 李骏
2020, 49(4): 490-498, 510. doi: 10.12178/1001-0548.2020179
摘要:
随着人工智能(AI)技术的发展,以智能驾驶汽车、智能机器人为代表的智能系统逐渐代替或辅助人类从事各种场景中简单或复杂的工作。该文从智能汽车中的智能算法出发,总结了在智能汽车中人工智能感知算法、决策算法的研究进展;讨论了智能算法的不确定性问题;并从智能算法的不确定性带来的安全问题角度,讨论了预期功能安全的意义及发展,最后讨论了人机共驾对当前智能驾驶汽车解决预期功能安全的必要性。
复杂性科学
无标度网络研究纷争:回顾与评述
汪小帆
2020, 49(4): 499-510. doi: 10.12178/1001-0548.2020274
摘要:
无标度网络及其相关的幂律度分布、偏好链接机制是网络科学研究中的核心概念。这些概念的研究既有相当长的历史,又存在着至今依然有争议的地方。该文旨在从网络的角度阐述围绕这些概念的研究中的一些重要的历史节点之间的联系,其中包括曾被忽略的普莱斯的奠基性研究工作。该文也将对围绕这些概念的学术争议进行介绍和分析,包括20世纪中叶西蒙和曼德布罗特围绕幂律产生机理的论战,以及近期围绕无标度网络究竟是多还是少的争议。最后,展望了无标度网络的未来研究。
多层网络中谣言传播的动态控制策略分析
杨喜艳, 吴亚豪, 张家军
2020, 49(4): 511-518, 554. doi: 10.12178/1001-0548.2019196
摘要:
该文基于微观马尔科夫链方法建立双层网络的谣言传播模型,并提出一种动态控制策略。本文发现:1)强有力的控制能够导致谣言的同步爆发,即两个子网络层中受谣言影响的人数同时达到最大;2)发现谣言的控制效应取决于网络拓扑度、目标层和初始控制的选择。越晚(早)控制或越大(小)的网络拓扑度需要投入越多(少)的资源,目标层选择在较大的网络拓扑度上将取得较好的控制效应。这些结果表明动态控制策略能够有效阻止多层社交网络中的谣言传播。
基于排名聚合的时序网络节点重要性研究
梁耀洲, 郭强, 殷冉冉, 杨剑楠, 刘建国
2020, 49(4): 519-523. doi: 10.12178/1001-0548.2019087
摘要:
目前时序网络节点重要性的研究主要从时序路径、连通性、网络效率等方面展开。该文考虑到时序网络层内的连接关系和层间耦合关系,引入基于评分矩阵的排名聚合理论,提出了一种基于排名聚合的时序网络节点重要性识别方法。Manufacturing和Enrons等实证数据上的实验结果表明,基于排名聚合的时序网络节点重要性度量方法对比其他方法的Spearman相关系数平均提高2.41%和18.63%,说明了该方法在时序网络节点重要性度量的适用性和有效性。
中国在线音乐社会的地域多样性分析
耿屿, 韩筱璞
2020, 49(4): 524-529. doi: 10.12178/1001-0548.2019075
摘要:
该文利用网易云音乐的数据集,分析了中国在线音乐社会的文化结构。分析侧重于用户所关注音乐的地域多样性,以及定义在地域多样性基础上的用户偏好多样性。计算了各地区的用户所关注音乐的地域多样性和平均偏好多样性,挖掘了这些多样性同各地经济发展水平之间的相关关系,观察到经济发达地区的用户更可能关注小众音乐。此外,基于各地区用户的个体地域多样性分布的差异,识别出中国当代的两个主要的音乐文化圈,并通过分析地域多样性同该地区的居民来源多样性的关系来挖掘移民带来的文化影响。这些发现为探测中国的社会文化结构从音乐视角提供了一系列全局性的认知。
资源基础理论视角下的协同创新网络演化机制与模型研究
吴钊阳, 邵云飞, 冯路
2020, 49(4): 530-536. doi: 10.12178/1001-0548.2019057
摘要:
协同创新网络的演化依赖于创新主体之间的相互关系,每一个微小的变化都会影响网络拓扑结构,从而导致不同的演化结果。网络演化与创新行为之间存在着逻辑关系,准确理解网络结构的特征有助于创新主体采取适当的创新行为。该文主要基于资源基础理论和复杂网络理论,通过两个典型案例的探索性研究,对协同创新网络主体的行为规则进行设定,确立了基于资源优先的连接机制,充分结合协同创新的阶段式合作特性,建立网络演化模型。通过仿真,对网络特性和演化规律进行了模拟实验。结果表明资源优先连接机制符合现实情境,有利于保持持续的创新网络活力,对企业和政府的行为决策具有一定的管理实践意义。
通信与信息工程
SFC限制下的隐私保护型多域最短路问题
有超群, 李乐民
2020, 49(4): 537-541. doi: 10.12178/1001-0548.2019190
摘要:
随着网络功能虚拟化的发展,为带有服务功能链限制的数据流的传输选择最短路变得更加灵活也更加重要。已有的算法都是在单个域内为流选择满足服务功能链限制的最短路。而在多域或者说分布式的网络中,各个成员网络彼此之间的信息往往是不共享的,因此,利用原有算法计算出的最短路可能不再是真正的最短路。该文提出了一个新的算法,解决了跨域的流的传输问题,使得成员网络可以在保护了自己内部的隐私信息的同时为数据流选择成本最低路径。
抵抗AODV黑洞攻击的路由认证链机制
刘坤禹, 周亮
2020, 49(4): 542-547. doi: 10.12178/1001-0548.2019235
摘要:
在移动自组网中,黑洞攻击是一种主要的针对AODV协议的攻击方式,黑洞攻击是指黑洞节点通过更改序列号或跳数等手段欺骗合法节点将路由导向它,从而将从源节点接收到的数据包丢弃的攻击,多个黑洞联合攻击的威胁更大。为此,该文提出一种基于安全递归函数的认证链机制,即一条路由的接续节点依赖递归函数的确定性状态转移关系实现安全的唯一关联,从而使得整条路由形成为一个认证链。该机制中,即使是采用简单递归函数类中的伪随机线性序列,只要其线性复杂度大于认证链上的节点数,则可以使得黑洞攻击者无法获取两倍于序列线性复杂度以上的连续状态值,从而可以保障路由的安全可认证性。最终证明,该文提出的路由认证链机制是一种新颖且有效的防御黑洞攻击的方法。
改进相位迭代的低精度混合预编码方法
李民政, 刘宁
2020, 49(4): 548-554. doi: 10.12178/1001-0548.2019167
摘要:
针对毫米波大规模天线(Massive-MIMO)系统中,低精度移相器的模拟预编码算法复杂度高的问题,该文提出一种改进的迭代相位混合预编码算法。该算法将模拟预编码优化矩阵分解为列向量逐个求解,并采用2阶秩矩阵近似得到次优的优化函数,然后将优化函数转化为求和形式并迭代收敛求得最优相位,以此降低计算复杂度。同时,为了最大化硬件效率,还设计出移相器相位分辨率为1 bit的模拟预编码方案。理论分析和仿真结果表明,所提算法计算复杂度较低,且其频谱效率更优。
混合能源基站的用户关联与资源分配
肖海林, 毛淑霞, 刘小兰, 张文倩
2020, 49(4): 555-562. doi: 10.12178/1001-0548.2019169
摘要:
5G超密集网络部署混合能源微小区基站(SBS),其网络架构和能源供应的异构性会导致负载分布的极度不均衡,引起资源的严重浪费。为有效利用可再生能源和无线资源,该文提出了一种约束目标通信速率的用户关联机制与资源分配策略的方法。该方法以最小化系统总能耗成本为前提,采用基站喜好偏置因子作为用户关联依据,考虑能量减少的不确定因素,提出基于大偏差理论的能量饥饿概率估计算法。在保证用户关联的基础上,利用拉格朗日对偶算法的资源分配策略合理利用带宽资源。数值仿真结果表明:该算法在能量充足的条件下相比最大接收功率算法系统能耗成本减少82.47%,绿色能量的使用率相比最大信道增益算法增加48%。
基于BEEMD的单目测距图像区间阈值降噪算法
孙伟, 杨一涵, 王野, 李亚丹
2020, 49(4): 563-568. doi: 10.12178/1001-0548.2019214
摘要:
图像噪声是影响单目视觉定位精度的主要因素。该文在二维经验模态分解(BEMD)和阈值降噪方法的基础上,提出一种基于二维集合经验模态分解(BEEMD)的区间阈值图像噪声滤除方法。图像经过BEEMD分解为不同尺度的多个二维本征模态函数(IMF)分量和1个残余分量,依据图像和IMF分量的2范数准则和概率密度函数方法剔除纯噪声IMF分量,通过合理选择调节因子α,利用改进的区间阈值降噪方法实现图像降噪。将该算法应用于单目视觉测距中,并与BEMD算法进行对比,结果表明,该方法不仅能有效抑制BEMD中的模态混叠问题,而且能有效削弱图像噪声影响,从而提高单目视觉测距的精度和可靠性。
基于协同表示的高光谱和多光谱图像融合算法
侯卫民, 赵拓, 苏佳, 高丽慧, 张易凡
2020, 49(4): 569-574. doi: 10.12178/1001-0548.2019145
摘要:
为了增强高光谱图像的空间分辨率,该文提出一种基于传统Pan-sharpening技术的高光谱和多光谱融合框架,该融合框架将高光谱和多光谱(HS-MS)图像融合问题简化为若干个多波段和单波段(MB-IB)图像融合问题。在此基础上,对于每个多波段和单波段图像融合的问题提出一种基于局部自适应(LA)字典和协同表示(CR)的图像融合(LACRF)算法,得到高空间分辨率的多波段(HRMB)图像,并最终获到了高空间分辨率的高光谱图像(HHS)。通过实验可知,LACRF算法具有良好的融合效果。
GNSS信号体制抗干扰性能分析
毛虎, 吴德伟, 卢虎
2020, 49(4): 575-583. doi: 10.12178/1001-0548.2018168
摘要:
以干扰等效载噪比和码跟踪误差为干扰效果评估指标,对当前GPS和Galileo卫星导航信号体制受单频、带限高斯噪声和匹配谱干扰的影响程度分别进行了理论推导和仿真分析,得到信号调制方式和接收机参数设置与增强抗干扰性能的内在联系。在此基础上,将北斗卫星导航系统(BDS)信号体制与GPS和Galileo进行比较,得出BDS的B1-C可优化为CBOC(6,1,1/11)的调制组合方式、B2可设计为导频通道伪随机调制序列相同的TD-AltBOC(15,10)调制、B1-A和B3-A可分别采用TDDM-BOCc(15,2.5)和BOCc(15,2.5)调制的信号抗干扰性能增强建议。
多站雷达主瓣干扰抑制方法研究
赵珊珊, 刘子威
2020, 49(4): 584-589. doi: 10.12178/1001-0548.2019178
摘要:
主瓣压制式干扰是现代电子战中雷达所面临的重要干扰样式。在多站雷达系统下,由于干扰机宽波束的特点,各接收站接收到干扰信号是高度相关的,而目标在各探测方向上的散射特性不同,在各接收站中的回波信号是相互独立的。根据这一空间散射特性的差异,该文提出一种基于幅度比特征的多站雷达主瓣干扰抑制方法。在各接收站进行时间对齐后,对各时刻点的回波信号计算幅度比,将时域信号转化到幅度比特征域,在该特征域中,干扰的相关性导致其在背景中被“平滑”,目标回波的独立性使目标“凸显”。最后,在幅度比特征域设定固定门限,对目标进行恒虚警检测。仿真实验验证了该方法能够有效地抑制主瓣压制式干扰,并可改善主瓣干扰条件下的目标检测性能。
计算机工程与应用
一种两阶段的由粗到细的多模态脑肿瘤分割框架
陈浩, 秦志光, 丁熠
2020, 49(4): 590-596. doi: 10.12178/1001-0548.2019285
摘要:
从核磁共振图像中提取脑肿瘤在临床诊断及手术规划中起到关键作用。该文提出了一种两阶段的由粗到细的自动分割框架对多模态脑肿瘤图像进行分割。该框架分为粗分割及细分割两部分。粗分割部分采用一个深度卷积神经网络对脑肿瘤五分类,生成4种肿瘤组织的粗分割概率图;细分割部分将这些概率图作为掩膜促使卷积网络关注高概率区域。此外,为了减轻数据不均衡,细分割部分采用了双分支输出,一个支输出五分类结果,并采用带掩膜的交叉熵损失函数;另外一个分支输出二分类结果来标记整个脑肿瘤,采用了均方误差。利用BRATS 2015数据集进行验证,结果表明该方法具有很好的效果。
基于修正标签分布的乳腺超声图像分类
曹占涛, 杨国武, 陈琴, 吴尽昭, 李晓瑜
2020, 49(4): 597-602. doi: 10.12178/1001-0548.2020001
摘要:
针对乳腺超声图像分类中的标签噪音问题,该文设计了一种协作标签修正网络(COLC-Net)。该方法基于乳腺超声BI-RADS评级噪音分布特点,为乳腺超声图像定义了软标签,并设计了双网络协作训练,以蒸馏优秀知识修正软标签。随着软标签准确性的增加,可以降低噪音标签负作用,并增强准确标签知识的学习。与现有最新方法进行比较,结果证实了该方法具有更好的效果。
立体深度运动感知的脑电信号研究
沈丽丽, 耿小荃
2020, 49(4): 603-608, 621. doi: 10.12178/1001-0548.2019039
摘要:
立体显示舒适度在很大程度上取决于立体深度运动变化。该文基于脑电EEG技术对两类深度运动的特征进行识别。首先通过主观实验确定脑电实验所用的两类视频素材,计算脑电信号在时域和时频域的点列r2值,并通过共同空间模式提取不同脑区和整个脑区的时频域差异最大的EEG信号的空域特征,采用支持向量机进行信号分类。仿真分析结果证明:刺激时大脑顶区脑电信号的α、β频带相对能量上升;对于两类深度运动,差异最显著的波段集中在顶区的α频带;Dorsal路径上具有相对较高的分类率。这表明,观看立体深度运动场景时,采用EEG去识别舒适度具有可行性。
重构迁移学习的红外目标分类
毛远宏, 贺占庄, 马钟
2020, 49(4): 609-614. doi: 10.12178/1001-0548.2019162
摘要:
红外图像目标分类在目标识别等领域有重要的应用价值,目前卷积神经网络在可见光图像分类方面达到了优异的性能。但对于红外图像来说,由于有标记样本数量少和图像成像差异大,直接使用现有的网络模型来处理红外图像无法取得理想效果。该文将可见光图像作为源域,将红外图像作为目标域,在深度网络中使用迁移学习方法来解决此问题。在迁移学习中,目标域网络提取的特征越能体现出本域数据的真实分布,那么在此基础上进行两个域的分布适配就更加有效,迁移后的目标域网络性能和泛化能力越好。该文首先利用大量无监督的红外样本训练了红外图像深度卷积自编码器,增强了红外图像域网络的特征表达能力。其次,通过减小源域和目标域的特征分布距离,使得两个图像域特征分布相似,从而将源域中深度网络的学习能力迁移到目标域。经过上述改进,相比于可见光图像预训练微调的方法,分类准确率提升了11.27%。
基于时间序列关系的GBRT交通事故预测模型
杨文忠, 张志豪, 吾守尔·斯拉木, 温杰彬, 富雅玲, 王丽花, 王婷
2020, 49(4): 615-621. doi: 10.12178/1001-0548.2019151
摘要:
道路交通事故是道路交通安全水平的具体表现。在当前交通事故预测工作中,存在对数据中时间序列关系的挖掘不充分、预测的周期宏观、交通事故相关的影响因素考虑不全等问题。该文提出一种基于时间序列关系的梯度提升回归树(GBRT)交通事故模型。该模型对英国Leicester的2005−2015年每天的交通事故数、死亡人数、涉事的车辆数进行预测。实验结果显示,引入时间序列关系有助于提升模型预测精度。预测结果为交通管理部门的决策起到参考作用,建模方式为同类型预测问题的建模工作带来了积极的参考意义。
一种离散鲸鱼算法及其应用
张强, 郭玉洁, 王颖, 刘馨
2020, 49(4): 622-630. doi: 10.12178/1001-0548.2019116
摘要:
针对鲸鱼优化算法(WOA)在求解高维复杂问题时存在收敛精度低,难以解决离散优化问题等的不足,提出了一种离散鲸鱼算法(DWOA)。该算法引入收敛因子调控个体距离最优鲸鱼位置的远近程度,利用惯性权值平衡算法的全局搜索和局部开发能力,通过改进的Sigmoid函数对WOA进行离散化处理。9个基准函数和油田措施规划方案的测试结果表明,DWOA在收敛速度和寻优精度等方面均有较大的提升。
电子信息材料与器件
MXene修饰层对钙钛矿太阳能电池影响研究
于淼, 汪泽, 邵俊泽, 张万里
2020, 49(4): 631-635. doi: 10.12178/1001-0548.2020076
摘要:
过渡金属碳化物和氮化物(MXene)作为二维材料家族的新成员,由于具有高导电性、高迁移率、可调结构和表面官能团丰富等优点,引起了广泛关注。该文在电子传输层和钙钛矿光吸收层之间引入Ti3C2Tx (一种典型的MXene)作为界面修饰层,用于制备高性能钙钛矿太阳能电池。结果显示,引入MXene界面修饰层的电池与参比电池相比,钙钛矿晶粒平均尺寸从0.46 μm增大至1.16 μm,开路电压、短路电流密度和填充因子均有提升,光电转换效率从15.78%提升到19.39%,证明引入MXene界面修饰层是提高钙钛矿太阳能电池性能的一种有效方法。
面向机器人触觉的柔性压力传感器
尚飞, 胡潇然, 张千, 刘帅, 向勇
2020, 49(4): 636-640. doi: 10.12178/1001-0548.2019222
摘要:
机器人触觉传感器需要同时满足对受力大小进行精确感知以及对作用位置进行精准定位。该文采用等离子体原位极化工艺,在柔性电路板上制备了PVDF-TrFE压电薄膜。在PVDF-TrFE薄膜的制备中,以少量羟基磷灰石掺杂提高了PVDF的结晶性能,有利于β晶型的转化,进而提高了PVDF的压电系数,提升了PVDF对力的电学响应精度,从而提高了感知器件灵敏度。采用柔性PCB电路板制备柔性PVDF压电传感器,不仅可以对力的大小实现三维传感,而且能够对作用力的位置进行定位,从而可以应用于机器人触觉传感。