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ISSN 1000-1239 CN 11-1777/TP

当期目录

2013年 第50卷 第2期    出版日期:2013-02-15
论文
时空数据挖掘研究进展
刘大有 陈慧灵 齐 红 杨 博
2013, 50(2):  225-239. 
摘要 ( 1560 )   HTML ( 12)   PDF (1797KB) ( 2499 )  
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近年来,随着全球定位系统、传感器网络和移动设备等的普遍使用,非时空数据和时空数据急剧增加,加之时空数据处理更为复杂,使数据处理任务日趋繁重的形势更加严峻.因此,寻找有效的时空数据挖掘方法具有十分重要的意义.针对这一背景,主要围绕时空模式发现、时空聚类、时空异常检测、时空预测、时空分类、时空数据挖掘与推理的结合等方面,对时空数据挖掘研究的现状进行了详细介绍,对其当前所面临的一些主要问题及可能的解决方案进行了探讨.
一种多动机强化学习框架
赵凤飞 覃 征
2013, 50(2):  240-247. 
摘要 ( 595 )   HTML ( 1)   PDF (1880KB) ( 646 )  
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以Q学习为代表的传统强化学习方法都是维持一个状态与动作的映射表.这种状态-动作的二层映射结构缺乏灵活性,同时不能有效地使用先验知识引导学习过程.为了解决这一问题,提出了一种基于多动机强化学习(MMRL)的框架.MMRL框架在状态与动作间引入动机层,将原有的状态-动作二层结构扩展为状态-动机-动作三层结构,可根据经验设置多个动机.通过动机的设定实现了先验知识的利用,进而加快了强化学习的进程,提高了强化学习的灵活性.实验表明,通过合理的动机设定,多动机强化学习的学习速度较传统强化学习有明显提升.
概念格的属性渐减原理与算法研究
张 磊, 张宏莉, 殷丽华, 韩道军,
2013, 50(2):  248-259. 
摘要 ( 436 )   HTML ( 0)   PDF (1935KB) ( 718 )  
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渐进式算法是概念格构造的一类重要算法,但大多关注于形式背景中对象或属性增加的情况.而当形式背景的属性减少时,已有的算法则需要重新构造概念格,较为费时.针对这一情况,研究了属性消减后从原概念格渐进式产生新概念格的理论和算法,并且算法时间复杂度较低.首先分析了原概念格和新概念格中节点间的映射关系以及从原概念格到新概念格中边(节点间的前驱-后继关系)的变化规律.在此基础上,提出了自顶向下和自底向上两种渐进式的概念格属性渐减算法.算法能够对原有概念格直接进行修改来得到新的概念格,避免了从形式背景重新构造概念格,时间复杂度降低为O(‖L‖·‖G‖·‖M‖).实验及分析表明,当属性减少时,能比传统算法节省大量的运行时间.
多组播路由问题的粒子群优化算法
马 炫 刘 庆
2013, 50(2):  260-268. 
摘要 ( 421 )   HTML ( 0)   PDF (1963KB) ( 619 )  
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具有带宽和时延约束的多组播路由优化问题比组播路由问题更加复杂.为了快速求得多组播路由问题的最优解,提出一种基于树结构演化的粒子群优化算法.粒子由以组播树为分量的向量构成,表示问题的一个可行解,粒子飞行通过树的演化实现.通过在粒子群的环状社会结构中引入粒子视觉半径提高粒子的邻域学习能力;采用树结构变异方法对粒子进行变异提高算法跳出局部解的可能性;根据不满足约束条件的状况对非可行解采取分别惩罚粒子和粒子分量的策略.在随机产生的具有26,50和100个节点的网络拓扑上进行了仿真实验,实验结果表明,提出的算法具有更好的求解质量和较快的收敛速度.
混合过滤器和封装器启发式判别籽棉成熟度
王 玲, 刘善军, 陈兵林, 姬长英,
2013, 50(2):  269-277. 
摘要 ( 530 )   HTML ( 0)   PDF (2006KB) ( 560 )  
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描述田间籽棉成熟度的形态结构和边界轮廓特征集存在维数灾难,其特征选择问题属于NP难题.基于交叉验证,提出了一种过滤器下浮动搜索并基于封装器停止搜索的求解算法.在训练集上以最大类可分性测量值为过滤器的评估函数启发式搜索最优l维特征子集(l=1,2,3,…),启发式规则包括最优特征组合和浮动搜索;在训练集上以Bayes分类器的误分率为封装器的评估函数对最优l维特征子集建模,模型在验证集上的平均误分率极小处产生的最优特征子集的容量为6,它们在预测集上的平均识别率为87.61%.在相关研究工作所涉及的40个数据集上验证算法的有效性,结果表明,在29个数据集上算法的分类性能好,执行效率高.
机会网络中的安全与信任技术研究进展
吴 越, 李建华, 林 闯,
2013, 50(2):  278-290. 
摘要 ( 852 )   HTML ( 1)   PDF (1556KB) ( 1205 )  
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机会网络是一种通信连接经常中断的移动自组织网络,是利用节点移动形成的通信机会逐跳传输消息,以“存储-携带-转发”的路由模式实现节点间通信.然而机会网络作为移动自组织网络的极端版本,其特有的节点高移动性、网络链路经常变化和延迟容忍特性,对数据的机密性和完整性、路由安全性与隐私性以及节点认证与合作性等提出了更高的要求与挑战.首先系统地描述了机会网络的安全威胁与安全需求,深入分析了机会网络中的安全路由及其隐私保护机制;其次研究了机会网络节点认证及其合作激励机制,并对各种相关安全与信任技术解决方案进行了综合比较分析;最后对未来进一步的研究工作作出了展望.
一种终端认证简化的在线移动支付模式与协议
王红新, 杨德礼, 姜 楠, 马 慧,
2013, 50(2):  291-301. 
摘要 ( 608 )   HTML ( 1)   PDF (2241KB) ( 510 )  
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信息安全技术在移动互联网中最重要的应用是移动支付,移动终端认证又是移动支付首先要解决的问题.移动支付的特殊性要求移动终端的认证要尽可能简单并对设备的依赖性最小,为此提出终端认证简化的移动支付模式.该模式建立在基于“预信任”的分层认证模型与公共服务域为特征的支付系统架构上.通过建立商户为起点的信任传递链以及公共服务域中的帐户寻址与管理机制来实现系统安全可控及终端认证简化的目标.给出了相关研究综述、模式的系统架构、认证模式以及相应的支付协议,并对协议的安全性进行了分析.
标准模型下基于强RSA假设的身份签名方案
王志伟 张 伟
2013, 50(2):  302-306. 
摘要 ( 779 )   HTML ( 0)   PDF (641KB) ( 584 )  
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基于身份的密码学一直是密码界的热点研究方向,因为它节约了证书管理的庞大开销.目前,基于身份的密码方案大量涌现,但是其中绝大部分方案都是基于双线性配对实现的,其安全性依赖于配对困难问题.无需配对的基于身份的密码方案仍然是密码学中值得关注的一个课题.目前,有少量无需配对的身份签名方案被提出,但是其中一些方案未给出安全性证明,另一些则是随机预言模型下的可证安全方案,还没有在标准模型下可证安全的非配对的身份签名方案被提出.基于Hohenberger和Waters签名提出了一个身份签名方案,该方案在标准模型下被证明是弱安全的,并且其安全性可以归约到强RSA问题.同时,在引入卡梅隆Hash函数后,该方案可被转换成标准安全的身份签名方案.
基于噪声模型和通道融合的彩色图像隐写分析
綦 科, 谢冬青,
2013, 50(2):  307-318. 
摘要 ( 447 )   HTML ( 2)   PDF (2845KB) ( 584 )  
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彩色图像的隐写分析大多在单信号通道进行,弱化或忽略了彩色图像不同颜色通道的相关性.通过分析彩色图像隐写噪声模型,提出了基于噪声模型和通道融合的通用彩色图像隐写分析算法.算法基于小波滤波,得到待检测图像的噪声小波系数子带,从该类子带中提取刻画噪声通道融合特征的噪声梯度方向序列及噪声梯度和序列,结合描述彩色图像颜色通道融合特征的颜色梯度方向序列及颜色梯度和序列,应用HHT变换提取各序列的振荡特征,构建基于Hilbert谱的特征向量,应用SVM分类器进行分类判别.实验表明,与已有的彩色图像隐写分析算法比较,所提出的算法误检率低,具有更好的检测效果.
基于仿射和复合混沌的图像加密新算法
文昌辞, 王 沁, 刘向宏, 黄付敏, 袁志树,
2013, 50(2):  319-324. 
摘要 ( 587 )   HTML ( 0)   PDF (1167KB) ( 617 )  
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随着多媒体的广泛应用,数字图像的安全性变得越来越重要.针对数字图像的特点,基于三维仿射变换和混沌,提出一种新的空域加密算法.先置乱像素的位置并根据像素坐标混合像素的值,然后按行交替进行非线性的扩散、代换,如此迭代至少3轮.代换时用中间结果扰动耦合的多个混沌系统以进行自适应的加密,置乱参数由混沌系统自动生成,置乱操作可以直接作用于任意宽高比的图像,不需要进行预处理.稍加改动算法使之处理对象为频域量化后系数,便可转换为频域加密算法.理论分析表明:算法密钥空间巨大,可抵御穷举攻击;明密文映射关系复杂,可有效地抵御选择明文攻击;算法符合模块化设计思想,采用的混沌系统形式简单,易于并行实现.实验结果表明:算法加密效果好,敏感性强,符合密码学中的混淆与扩散原则,安全性高.
基于进程代数的TCG远程证明协议的形式化验证
王 勇 方 娟 任兴田 林 莉
2013, 50(2):  325-331. 
摘要 ( 624 )   HTML ( 0)   PDF (885KB) ( 538 )  
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可信计算组织(Trusted Computing Group, TCG)的远程证明协议是最早提出的远程证明的解决方案,其协议的形式化验证对于工程实施具有重要意义.分析了TCG远程证明协议的两种形式——直接证明协议和借助可信第三方的证明协议,对它们进行了抽象处理,得到了两种协议形式的抽象模型.在抽象模型的基础上,给出了基于进程代数的形式化描述,并分别进行了形式化验证.验证结果表明两种协议形式的并行系统均展示了期望的外部行为.
基于调用图的类间MM路径自动生成方法研究
何 伟 赵瑞莲 朱群雄
2013, 50(2):  332-343. 
摘要 ( 1042 )   HTML ( 5)   PDF (2346KB) ( 475 )  
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在面向对象的软件测试中,类间集成测试尤其困难.方法/消息路径(MM路径)是由消息连接的方法执行序列,可以很好地体现面向对象软件由对象发送消息调用方法执行的交互过程,因此非常适于面向对象软件的集成测试.结合现有调用图构建算法,提出了一种基于调用图的面向对象软件类间MM路径自动生成方法,并通过大量实验,研究了采用类层次分析和安德森指向分析这2种典型调用图构建算法对生成MM路径的数量和时间花费的影响,进而分析了面向MM路径生成的测试用例集对被测程序的结构测试覆盖效果.实验结果表明:基于调用图的类间MM路径自动生成方法是确实可行的;采用安德森指向分析较类层次分析生成类间MM路径的数量平均增加13.11%,时间消耗却平均减少27.78%;此外,针对安德森指向分析生成的类间MM路径进行面向路径的测试用例自动生成,其生成的测试用例集对被测程序获得的结构覆盖率比采用类层次分析平均提高2%~7%.因此,对于基于调用图的面向对象软件类间集成测试路径生成,基于安德森指向分析较类层次分析生成类间MM路径的效率更高.
面向方面程序的属性推断
叶 俊, 谭庆平, 李 暾,
2013, 50(2):  344-351. 
摘要 ( 564 )   HTML ( 1)   PDF (777KB) ( 569 )  
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为简化面向方面程序(aspect-oriented programming,AOP)的形式化验证问题,Djoko等人对aspect进行了系统的分类,并确定了每类aspect能够保持的属性.分类之一的observer指一类对基程序的变量只读不写,且不修改其控制流的aspect,这类aspect能够保持所有的不包含Next算子的安全属性和活性属性.Djoko等人的工作可以避免针对织后程序的直接验证.在Djoko等人工作的基础上,提出了一种新的aspect分类——functor,并提出了属性推断的概念.functor是一种仅在特定条件下修改基程序性质的aspect.functor的确会造成基程序已有性质的失效,但却是以一种可预测的方式.属性推断就是根据基程序已有的性质和functor的特有性质,直接推断出织后程序的性质.functor同样避免了针对织后程序的直接验证,是对Djoko等人工作的重要补充.
基于问题模式的形式化软件规格说明生成方法
王昌晶, 罗海梅, 左正康,
2013, 50(2):  352-360. 
摘要 ( 702 )   HTML ( 0)   PDF (1538KB) ( 633 )  
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精确的形式化软件规格说明是软件描述、开发与验证的基础,而工业界普遍使用非(半)形式化的表示定义与描述用户需求,如何由非(半)形式化的用户需求生成形式化软件规格说明是需求工程的难点之一.将设计模式的概念进行扩展,定义了问题模式,提出了一种基于问题模式形式化软件规格说明生成方法.该方法从结构化自然语言SNL描述的高层问题需求出发,通过选择知识库中的问题模式逐步精化得到各个新的子问题对应的形式化规格说明,之后对各个子问题组合并进行优化以得到最终的形式化规格说明.进一步,使用模型精化演算的原理与概念给出了该生成方法的理论基础.采用算法程序领域作为研究对象并使用Radl语言作为形式化规格说明语言.通过算法程序领域中的典型实例对这一方法进行了详细的描述,实际效果表明该方法能有效地生成高质量形式化规格说明.
基于对极点的抛物反射折射直线像的拟合方法
段慧仙
2013, 50(2):  361-370. 
摘要 ( 445 )   HTML ( 0)   PDF (5068KB) ( 640 )  
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在中心反射折射摄像机下,直线的像是一条二次曲线.由于存在遮挡,仅仅有一小段弧在像平面上是可见的,因此通过可见部分正确地拟合直线的像是非常困难的,且文献中现有的方法还没有很好地解决这一问题.除了抛物反射折射直线像需要满足的充要条件外,如果可见弧上图像点的对极点已知,可以大大提高直线像的拟合精度.基于这种想法,提出了一种新的拟合抛物反射折射直线像的方法.首先,推导出了一种新的关于对极点与摄像机主点之间的关系;其次,利用这种关系来拟合抛物反射折射直线的像;最后通过拟合的直线像来估计摄像机的内参数.模拟实验和真实实验均验证了该方法的有效性.
一种新的视频摘要可视化算法
彭帝超, 刘 琳, 陈广宇, 陈海东, 左伍衡, 陈 为,
2013, 50(2):  371-378. 
摘要 ( 1081 )   HTML ( 0)   PDF (2761KB) ( 570 )  
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提出一种摘要式浏览视频文件的可视化方法,将顺序视频转化成图像形式摘要,能够帮助读者快速有效地获得视频数据的结构信息.算法通过检测视频中每帧的尺度不变特征(SIFT),应用改进的词袋模型构建特征词库并统计词频,将整段视频映射为高维词库空间的一条曲线.通过多维尺度分析(MDS)方法对该曲线降维,生成反映视频语义信息的一条三维平滑曲线.实验结果表明,该曲线很好地体现视频中各帧之间的关联性和语义转折,可辅助读者快速理解视频情节结构.
基于正弦级数拟合的行为识别方法
赵 绚, 彭启民,
2013, 50(2):  379-386. 
摘要 ( 693 )   HTML ( 1)   PDF (3622KB) ( 478 )  
相关文章 | 计量指标
提出了一种基于正弦级数拟合的行为识别方法.该方法利用二值轮廓序列来表示给定的运动图像序列,按照时针顺序计算从轮廓质心到轮廓边界点的距离,将人体轮廓转化为距离曲线,并将这一距离曲线利用正弦级数进行拟合,将距离曲线转化为正弦参数,从而极大地减小了计算量,将行为识别过程转化为曲线参数特征匹配的过程.在特征匹配过程中,通过计算待预测行为与已知类别行为的特征级数距离,对待预测行为中的每一个动作进行分类,最后通过投票决定该行为所属类别.在包含90个不同运动类别的视频数据库上进行留一交叉验证,实验结果表明,提出的方法能够有效地进行人体行为识别.
基于小波图像融合的表情细节合成
王晓慧 贾 珈 蔡莲红
2013, 50(2):  387-393. 
摘要 ( 649 )   HTML ( 0)   PDF (1660KB) ( 615 )  
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表情细节是人脸表情变化时带来的皮肤纹理变化,表情细节合成有助于增强合成表情的真实感.提出了基于小波的图像融合方法,挖掘表情细节的纹理特征本质,并应用到表情细节的合成中,使合成的表情更加真实自然.为了满足表情细节个性化的需求,采用传统的小波变换和双树复小波变换,同时使用不同的融合算子,得到了丰富的表情合成.本方法不仅适用于灰度图像,通过颜色空间的转换还适用于彩色图像.最后还提出了基于聚类和图切割的最优替换区域选取方法,使得合成的表情细节区域与目标图像融为一体.
构造球面对称充满Julia集
陈 宁 林秋芳
2013, 50(2):  394-400. 
摘要 ( 365 )   HTML ( 0)   PDF (2833KB) ( 460 )  
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为连续构造球面上具有多吸引周期轨道的充满Julia集图形,提出了一个关于构造任意投影面的半球面图形的算法.首先自动挑选可使动力系统迭代轨道的平均离散速度指标值L<0的参数;其次,用建立在以球心为原点的坐标系下的迭代映射,通过坐标变换,跟踪与任意坐标系相应的投影面的上半球面上各点的迭代轨道,搜索出半球面上所有互不相同的吸引周期轨道,并建立轨道链表;进一步计算投影面的上半球面各点的迭代轨道到达吸引周期轨道所需要的迭代次数,根据迭代次数为球面上的相应点指定颜色并构造出半球面上的对称充满Julia集图形.研究结果表明,采用该算法可以大量生成对称的球面充满Julia集图形.
基于GPU的GRAPES模型并行加速及性能优化
王卓薇, 许先斌, 赵武清, 何水兵, 张玉萍,
2013, 50(2):  401-411. 
摘要 ( 597 )   HTML ( 0)   PDF (2379KB) ( 563 )  
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GRAPES(globalregional assimilation and prediction system)数值天气预报模式作为地球大气一个典型的非线性化离散系统,计算量非常巨大,因此利用低成本、低功耗和高性能的GPU对GRAPES模式进行并行加速成为目前的研究热点.首先通过实现GRAPES模式在GPU中的并行加速,发现系统性能提升并不理想.在此基础上,提出了性能优化策略,包括缓解数据传输时间、降低设备内存加载和存储的数量和避免线程控制流分支,实验结果表明,利用GPU的性能优化策略有效地提升了GRAPES系统性能.
GPU通用计算平台上中心差分格式显式有限元并行计算
蔡 勇 李光耀 王 琥
2013, 50(2):  412-419. 
摘要 ( 691 )   HTML ( 0)   PDF (2324KB) ( 648 )  
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显式有限元是解决平面非线性动态问题的有效方法.由于显式有限元算法的条件稳定性,对于大规模的有限元问题的求解需要很长的计算时间.图形处理器(GPU)作为一种高度并行化的通用计算处理器,可以很好解决大规模科学计算的速度问题.统一计算架构(CUDA)为实现GPU通用计算提供了高效、简便的方法.因此,建立了基于GPU通用计算平台的中心差分格式的显式有限元并行计算方法.该方法针对GPU计算的特点,对串行算法的流程进行了优化和调整,通过采用线程与单元或节点的一一映射策略,实现了迭代过程的完全并行化.通过数值算例表明,在保证计算精度一致的前提下,采用NVIDIA GTX 460显卡,该方法能够大幅度提高计算效率,是求解平面非线性动态问题的一种高效简便的数值计算方法.
网格环境下基于复制的能耗有效依赖任务调度研究
马 艳, 龚 斌, 邹立达,
2013, 50(2):  420-429. 
摘要 ( 462 )   HTML ( 0)   PDF (2974KB) ( 474 )  
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随着能耗管理成为可靠和绿色计算的重要课题,能耗感知调度方法以其低成本和可行性引发关注.目前,网格环境下依赖任务的能耗感知调度研究具有极大的挑战性,其需要平衡应用的优先约束性、海量数据传输、系统的异构性和不同性能指标的冲突性的关系.提出的网格依赖任务的能耗有效调度(energy-efficient scheduling of grid dependent tasks, ESGDT)算法旨在优化应用执行时间的前提下降低应用执行能耗,能有效解决上述问题.通过任务复制和渐进比例因子减少通信时间和通信能耗,同时兼顾应用复杂的数据依赖关系;适应芯片微型化和多核技术的发展趋势,采用动态电源管理技术减少任务执行的静态能耗;任务复制条件、渐进比例因子和微调原则均适时兼顾时间和能耗两个相互冲突的调度指标,并提出自适应和动态映射方法适应异构计算环境.模拟实验表明,较HEFT,EETDS和HEADUS算法,ESGDT算法不仅没有影响调度的时间性能,还可进一步降低应用执行能耗.
基于用户行为的色情网站识别
曹建勋 刘奕群 岑荣伟 马少平 茹立云
2013, 50(2):  430-436. 
摘要 ( 912 )   HTML ( 6)   PDF (1445KB) ( 1398 )  
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以色情网站为代表的万维网非法资源已经成为互联网应用普及过程中的重大挑战.由于色情网站与普通网站的内容特征、结构形式和访问者群体都有显著的差异,这造成了用户对色情网站和普通网站的访问行为的差异.在某商业搜索引擎的协助下,收集了海量规模互联网用户访问日志,基于对日志中所记载用户行为的挖掘,验证了用户访问色情网站与普通网站时的行为确实具有明显的差异.基于此类差异设计了一系列用户行为特征,并结合机器学习方法,设计了基于用户行为的色情网站识别方法.实验表明,该方法可以较准确、高效地从网站中识别色情网站.
基于异构关系网络图的词义消歧研究
杨陟卓 黄河燕
2013, 50(2):  437-444. 
摘要 ( 598 )   HTML ( 2)   PDF (1071KB) ( 614 )  
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传统的基于知识库的词义消歧方法采用同一种类型知识(语义或共现关系)进行消歧,忽略了不同类型知识之间的互补作用.针对此问题,在传统的网络图词义消歧模型基础上,通过模型重构和对比实验,提出了一种基于异构关系网络图的词义消歧模型.该模型能够把多种类型的词义消歧知识有机融合到同一个网络图中,充分利用了多种知识协同消歧的优势.同时设计并实现了一种基于模拟退火的自动估计各种知识类型关系权重的方法,以最优化各种知识对消歧效果的影响.该方法是一种无监督的词义消歧方法,可以有效克服数据稀疏及知识获取瓶颈等问题.在SemEval-2007上的测试结果表明,该方法的消歧性能优于基线方法和目前参加该项评测的最好系统.
应用符号动力学原理实现RNA二级结构的相似性分析
田逢春, 王世元, 王 嘉, 刘 晓,
2013, 50(2):  445-452. 
摘要 ( 643 )   HTML ( 3)   PDF (1693KB) ( 584 )  
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基于符号动力学原理,提出了一种新的RNA二级结构序列的图形表示方法.通过生物信息和自由能两种信息,该图形表示方法将RNA二级结构序列中的自由基和碱基对分别映射成两类时间序列.这种映射方法不仅能够在转换过程中不丢失任何数据信息,而且在二维图形中也能够清楚地识别配对碱基所在的区域.基于该图形表示方法对二级结构的表示结果构建特征矩阵.进一步由该特征矩阵的最大特征值组成用于相似性分析的向量.采用新的相似性分析方法,分别从时域和频域对不同病毒在3′末端的RNA二级结构序列集合进行定性和定量的相似度分析.仿真结果表明,该方法能够有效地实现RNA二级结构序列的相似度分析.与其他方法相比,新方法所得结果中数值差值较大,有利于区分不同物种.