应用科学学报

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2020, 38(3): 0-0.

摘要 ( 342 )

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基于改进Ising模型的心理量表大数据分析

姚汝婧, 杨磊, 杨涛, 胡应鑫, 田强, 吴偶

2020, 38(3): 339-352. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.001

摘要 ( 706 )

PDF (10580KB) ( 138 )

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近年来，对个体的心理进行研究与量化分析越来越受到研究者们的关注，利用Ising模型对心理量表数据进行分析已经成为一种新的趋势，但是Ising模型容易造成信息丢失.为此该文对其进行了改进，提出了一种多类Ising模型和一种序Ising模型，并在一个大规模的心理量表数据集上进行了分析，验证了两种改进模型的性能.此外，针对不同人群的心理量表数据构建了相应的心理量表复杂网络，且进行了各项指标对比，从构建的心理量表复杂网络中得到一些有意义的结论.最后讨论了机器学习与大数据如何更好地介入到量表大数据中分析问题.

基于特定主题的社交网络影响力评估方法

蒋沁吟, 张熙

2020, 38(3): 353-366. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.002

摘要 ( 583 )

PDF (5803KB) ( 229 )

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针对用户在社交网络应用中的影响力评价方法，以往的研究重点关注网络结构和转发行为对用户影响力的影响，基于用户发布内容和主题的影响力评估研究较少，且未考虑主题间的交互关系.为此提出了一种半监督的主题提取方法，通过在初始化过程中引入种子词并赋予不同的权重，更好地提取目标主题.此外，为了提高用户影响力评估的效果，该文考虑了不同主题之间的交互，将主题之间的相似性叠加于用户相似性的计算.在真实数据上的实验结果验证了所提方法的有效性.

基于知识蒸馏的轻量型浮游植物检测网络

张彤彤, 董军宇, 赵浩然, 李琼, 孙鑫

2020, 38(3): 367-376. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.003

摘要 ( 584 )

PDF (8937KB) ( 199 )

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当前基于卷积神经网络的目标检测框架已成为主流，使用深层的特征提取网络可以达到很好的目标检测效果，但带来的大量的参数和计算开销使这些算法难以应用到对存储空间和参数量有一定限制的嵌入式设备中.为此，该文提出将知识蒸馏方法用于目标检测网络的特征提取网络，以提升浅层特征提取网络的性能，在降低模型的计算量和规模的同时尽可能地保证模型的性能.实验结果表明，经过蒸馏的浅层网络作为特征提取网络的检测精度比没有经过教师指导的网络精度提高了11.7%.与此同时，该文构建的浮游植物目标检测数据集不仅可以评估一些最先进的目标检测算法的性能，也有利于未来浮游植物显微视觉技术的发展.

改进Faster R-CNN算法及其在车辆检测中的应用

魏子洋, 赵志宏, 赵敬娇

2020, 38(3): 377-387. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.004

摘要 ( 854 )

PDF (18463KB) ( 312 )

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为了更准确地得到符合车辆形态学特征的初始候选框，提出一种基于改进的FasterR-CNN模型的车辆检测算法.首先提取目标框的人工标注坐标值，得到标注框的宽度和高度，然后利用K-means算法对所有框的宽高值进行聚类，得出聚类中心点坐标值后，重新设置RPN的锚盒尺寸及比例，对Faster R-CNN算法的3种尺寸和3种比例加以改进.最后选择轿车、SUV、客车和货车4种车型车辆数据，对改进前后的Faster R-CNN模型进行训练，比较改进前后的模型在车辆检测及车型识别任务中的表现.实验结果表明，使用改进的FasterR-CNN模型达到86.54%的检测准确率，较原始模型提高3.12%.并且该模型有效解决了漏检和误检问题，在恶劣天气和复杂背景下均表现出较高的鲁棒性.

改进的CRNN模型在警情文本分类中的研究与应用

王孟轩, 张胜, 王月, 雷霆, 杜渂

2020, 38(3): 388-400. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.005

摘要 ( 922 )

PDF (10161KB) ( 135 )

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针对某市公安110接处警文本描述进行案件分类的需求，参考现有文本分类方法在其他行业的应用，搭建了应用于警情描述的文本分类系统.通过论证常见分类网络适用场合及其优缺点，结合对警情数据中案件描述特征的分析，提出了基于改进卷积循环神经网络的模型，该模型优化了关键特征提取过程，弥补了现有模型短文本局部特征提取不足的缺陷.实验表明，该模型的准确率比常见分类模型提升了2%~3%，且能够有效保证数据局部特征的关联性，可以对案件描述所对应的案件类型进行准确分类，从而提高公安接处警平台的自动化效率.

植物组织微观结构变化的Mueller矩阵成像监测

刘刚, 张亚丽, 赵静静, 王春华

2020, 38(3): 401-409. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.006

摘要 ( 534 )

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Mueller矩阵偏振成像能够全面表征被测样品物的偏振信息，从而成为获取被测样品内部微观结构信息的重要测试方法.利用双旋转波片原理搭建了后向散射Mueller矩阵偏振显微成像系统，并结合新的数据处理算法实现对各向异性植物组织的Mueller矩阵显微成像.针对植物样品的Mueller矩阵的二维分布图像及极化参数图进行分析，并在不同时间进程下通过观察各极化参数图对植物样品的变化进行监测.实验结果表明：相较于普通强度成像，Mueller偏振参数成像可以更加灵敏地反映被测样品的微观结构变化.

认知网络中无线电信号智能感知方法研究

黄堂森, 李小武, 曹庆皎

2020, 38(3): 410-418. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.007

摘要 ( 507 )

PDF (6689KB) ( 218 )

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无线电信号在噪声波动情形下的检测性能有待提高.该文提出了认知用户根据无线电环境变化自动调整检测阈值的感知方法.融合中心应用坐标搜索算法为认知用户提供最优控制参数，认知用户依据最优参数设定检测阈值，并自主学习特定无线电环境下的最佳阈值.此外，该算法充分考虑了各认知用户的个体特征及其感知贡献，并提出了一种基于能量值的加权算法体现用户特征.实验结果说明该算法对噪声波动具有卓越的鲁棒性，在信噪比低于-15 dB时的检测概率远高于传统方法.

面向密文图像信息隐藏的随机插值方法

孙容海, 施林甫, 俞春强, 劳欢, 唐振军

2020, 38(3): 419-430. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.008

摘要 ( 659 )

PDF (23975KB) ( 128 )

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传统图像插值方法应用于密文域图像信息隐藏时会降低信息隐藏系统的安全性.为此利用随机分配插值权重的策略设计了一种密文图像随机插值方法.该方法首先生成大小为密文图像两倍的初始插值图像，对于插值图像的奇数行和奇数列像素，直接用密文图像的相应像素填充；对于其他位置的像素，先用伪随机函数生成随机值，再结合像素的具体位置来计算插值结果.实验结果表明，所提方法生成的密文图像的插值图像，其直方图近似均匀分布.对比结果显示该随机插值方法在安全性方面优于3种文献插值方法.

MLC型NAND闪存中基于MI异构的Polar码优化

张司琪, 孔令军, 张顺外, 张南

2020, 38(3): 431-440. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.009

摘要 ( 642 )

PDF (7544KB) ( 189 )

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为了进一步提高多级单元（multi-level-cell,MLC）闪存的耐久度和可靠性，提出了一种MLC闪存信道中基于互信息量（mutual information,MI）异构的polar码优化方法.该方法利用对数似然比（log-likelihood ratio,LLR）分布在MLC闪存信道和AWGN（additivewhite Gaussian noise）信道中的差异性，以MI重新拟合LLR分布，得到在闪存信道下等效的标准方差，从而进行高密度存储系统中的polar码优化设计.随后，分析了不同的polar码构造法对多级存储单元的纠错性能影响，并与所提的构造方法进行比较.仿真结果表明该文优化方法优于AWGN信道下传统的构造方法，当编程/擦除（program-and-erase,PE）循环为21 000次时，与蒙特卡罗法相比其误码率（bit error rate,BER）性能提升2个数量级，且在BER为2 × 10-5时可增加6 800次的编程/擦除循环.

基于纹理特征分类与合成的鲁棒无载体信息隐藏

司广文, 秦川, 姚恒, 韩彦芳, 张志超

2020, 38(3): 441-454. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.010

摘要 ( 523 )

PDF (49959KB) ( 371 )

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针对图像无载体信息隐藏算法嵌入容量与鲁棒性无法很好兼顾的问题，提出了一种基于纹理特征分类与合成的鲁棒无载体信息隐藏算法，使用空间金字塔算法提取纹理图像特征，通过监督式分类训练得到分类模型，同一类别下的不同图像块，利用位置信息进行区分，根据图像块分类和位置信息的不同构建映射字典，传递秘密信息；发送方依据秘密信息选择图像块并根据公共密钥将所有图像块组合为一幅大尺寸图像，通过可逆形变生成复杂的纹理图像并发送给接收方；接收方根据密钥将纹理图像恢复为图像块，利用分类模型识别图像块所属分类并确定位置信息，对照映射字典提取秘密信息.实验和分析表明该算法对JPEG压缩、高斯噪声、椒盐噪声等攻击具有较好的鲁棒性，同时嵌入容量可随图像类别的增加得到提高.

基于窄带干扰缓和技术的到达时间估计

金彦亮, 罗雪涛, 王雪, 聂宏

2020, 38(3): 455-465. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.011

摘要 ( 447 )

PDF (8494KB) ( 181 )

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针对传统能量检测算法在强窄带干扰存在时到达时间（time of arrive,TOA）估计精度不高的问题，采用了一种结合平方律器件和带通滤波器的平方滤波技术来缓和窄带干扰对TOA估计的影响，并分别在IEEE 802.15.4a CM3视距信道和CM4非视距信道下与TOA估计方法相结合得到系统的估计结果.理论分析和仿真结果表明，存在窄带干扰时，采用了平方滤波技术的能量检测方法比传统的能量检测方法具有更高的TOA估计精度.在视距环境中应用平方滤波技术后，TOA估计精度可从2.8 ns提升至0.5 ns，而非视距环境中可从6 ns提升至1 ns.

基于“珞珈一号”夜光遥感影像的粤港澳大湾区城市空间形态分析

张雨欣, 李熙, 宋杨, 李长辉

2020, 38(3): 466-477. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.012

摘要 ( 21411 )

PDF (15211KB) ( 2538 )

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利用“珞珈一号”夜间灯光影像，分别采用简单阈值法与植被调节的城市夜间灯光指数法提取粤港澳大湾区城市建成区.对比两种提取方法，植被调节的城市夜间灯光指数法可以削弱“珞珈一号”影像的过饱和现象，减少由于影像的“溢出”导致的误提取.计算并对比大湾区内城市建成区的景观指数发现，不同城市的建成区分布存在不同模式：广州、深圳、香港作为大湾区发展核心，城市区域向外扩展；东莞、佛山、澳门、中山、珠海的城市建成区紧凑性高，空间分布组成完整；肇庆、江门、惠州在大湾区内的发展程度低于其他城市，城市建成区斑块面积小，相距较远.研究证明了利用“珞珈一号”夜光遥感影像可以有效揭示粤港澳大湾区的城市空间形态，为该地区城市规划政策提供了依据.

基于混合神经网络的协同过滤推荐模型

马鑫, 吴云, 鹿泽光

2020, 38(3): 478-487. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.013

摘要 ( 782 )

PDF (7717KB) ( 279 )

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数据稀疏性是推荐系统中严重影响推荐结果准确性的重要因素之一.针对数据稀疏性提出了融合卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）和降噪自编码（denoisingauto-encoder,DAE）神经网络混合的神经网络评分预测模型（convolutional-denosing autoencoder,CDAE）对用户未评分项目进行预测评分，从而解决数据稀疏性问题.首先将向量化后的用户评论数据通过卷积神经网络训练得到用户特征向量矩阵，其次将用户特征向量矩阵作为降噪自编码神经网络的初始权重，结合用户评分数据经过降噪自编码神经网络训练，得到用户-项目预测评分，然后在此基础上进行基于用户的协同过滤推荐.最后使用movielens-1M实验数据集对比验证了提出的混合神经网络协同过滤推荐（convolutional-denosing autoencoder collaborative filtering,CDAECF）模型.实验证明，所提出的CDAECF模型能够有效地结合隐性反馈和显性反馈数据，具有较高的推荐准确率.

基于虚拟机的数据中心能耗测量

陈俊, 李娅, 张芥

2020, 38(3): 488-495. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.014

摘要 ( 484 )

PDF (5664KB) ( 110 )

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提出一种基于计算密集型与I/O密集型建立虚拟机动态能耗的数学模型方法.结合了设备运行状态参数，在模型功耗处于计算密集型时引入了虚拟机的CPU使用率与CPU频率，处于I/O密集型时引入了虚拟机的硬盘读写总字节数与内存读写总字节数计算功耗，并对功耗进行积分得出数据中心能耗.与常规方法相比该方法进一步细化了测量粒度，且在使用Wordcount运行任务与Sort运行任务进行节点能耗测试时，得出能耗的平均误差为0.062 5.实验结果在粒度细化的同时保证了常规方法的同级别测量精度.

基于视觉关注模型与多尺度MSER的自然场景文本检测

王大千, 崔荣一, 金璟璇

2020, 38(3): 496-506. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.03.015

摘要 ( 564 )

PDF (18664KB) ( 225 )

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自然场景中文本检测易受光照、复杂背景、多语言文字、字体及尺寸等因素影响，该文提出了一种基于Itti视觉关注模型与多尺度最大稳定极值区域（maximally stable extremalregion,MSER）结合的自然场景文本检测算法.首先利用改进的Itti视觉关注模型提取文本特征图，并采用不同结合策略得到各尺度文本显著图；然后结合多尺度的MSER区域得到3种文本候选区域.根据文字与生成文本框的几何规则合并文本候选区域得到文本行；最后利用随机森林分类器除去非文本区域得到最终文本区域.实验结果表明，该方法对于自然场景图像中的文本检测具有较高的精确度和一定的鲁棒性.

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