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面向指-笔混合输入的交互原语和交互模型研究

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软件学报 2024年第4期35卷 2022-2038页

作者：仝青山康文惠付强黄进田丰戴国忠人机交互北京市重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

随着触摸设备的普及,指、笔输入已成为移动办公的一种主流输入方式.然而现有的应用主要以手指或笔通道中的一种作为输入,限制了用户的交互空间.同时,现有的指-笔混合研究主要关注串行的指-笔分工协作和特定交互任务的并行处理,并没有系... 详细信息

随着触摸设备的普及,指、笔输入已成为移动办公的一种主流输入方式.然而现有的应用主要以手指或笔通道中的一种作为输入,限制了用户的交互空间.同时,现有的指-笔混合研究主要关注串行的指-笔分工协作和特定交互任务的并行处理,并没有系统地考虑并行协作机制和不同通道输入之间的意图关联.为此,提出一种面向指-笔混合输入的交互模型;结合用户指-笔协作的行为习惯定义指-笔混合交互原语,拓展指、笔交互空间;继而利用部分可观察马尔可夫决策过程提出基于时序信息的指-笔混合输入意图提取方法,用以增量式地提取多义性交互原语的交互意图.最后通过一个用户实验说明指-笔混合输入的优势.

关键词：笔式交互指-笔混合输入交互空间交互模型

基于手绘草图的视觉内容生成深度学习方法综述

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软件学报 2024年第7期35卷 3497-3530页

作者：左然胡皓翔邓小明马翠霞王宏安人机交互北京市重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

手绘草图通过绘制简单的线条直观呈现用户的创作意图,支持用户采用手绘的方式快速表达思维过程及设计灵感,创作目标图像或视频.随着深度学习的发展,基于草图的视觉内容生成通过学习草图和视觉对象(即图像和视频)的特征分布进行跨领域特... 详细信息

手绘草图通过绘制简单的线条直观呈现用户的创作意图,支持用户采用手绘的方式快速表达思维过程及设计灵感,创作目标图像或视频.随着深度学习的发展,基于草图的视觉内容生成通过学习草图和视觉对象(即图像和视频)的特征分布进行跨领域特征映射,实现图像自动生成草图以及草图自动生成对应的图像或视频,与传统的人工创作方式相比有效地提高了生成的效率和多样性,成为计算机视觉、图形学领域的重要研究方向,并且在设计、视觉创作等领域具有重要作用.综述基于草图的视觉内容生成深度学习方法的研究现状和发展趋势,按照视觉对象的不同将现有工作分为基于草图的图像生成和基于草图的视频生成方法,并结合草图和视觉内容跨域生成、风格转化、视觉内容编辑等任务对生成模型进行详细分析,然后比较和总结常用的数据集、针对草图数据不足提出的扩充方法以及生成模型的评估方法,进一步通过草图在视觉内容生成应用中面临的挑战及生成模型未来发展方向对研究趋势进行展望.

关键词：人机交互手绘草图视觉内容生成深度学习

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互联网体系结构的研究与思考

电子学报 2024年第1期52卷 373-384页

作者：任丰原清华大学计算机科学与技术系北京100084

互联网是人类信息社会重要的基础设施,网络体系结构设计是其健康、有序和可持续发展的基础研究课题.本文首先梳理了网络体系结构的定义,概括了互联网发展的现状和面临的主要挑战,分析了网络体系结构研究在应对挑战和促进互联网发展中的... 详细信息

互联网是人类信息社会重要的基础设施,网络体系结构设计是其健康、有序和可持续发展的基础研究课题.本文首先梳理了网络体系结构的定义,概括了互联网发展的现状和面临的主要挑战,分析了网络体系结构研究在应对挑战和促进互联网发展中的意义和作用;然后概略介绍了历史上互联网体系结构相关的研究计划和项目,总结了相关研究成果,重点分析了网络体系结构研究实践中形成的主要观点,对网络体系结构“革命式”和“演进式”的技术路线分别进行了评述;接着分析和总结了近期的相关研究进展和发展趋势;最后结合历史和近期的相关研究,讨论了若干网体系结构研究意义、方法、设想和影响的思考与认识.

关键词：互联网体系结构参考模型可演进

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量子计算系统软件研究综述

软件学报 2024年第1期35卷 1-18页

作者：谢磊翟季冬清华大学计算机科学与技术系北京100084

量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系... 详细信息

量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系统软件在硬件错误减缓方面的潜力,对于近期实现有实用价值的量子计算而言至关重要.由此,近期涌现了一批量子计算系统软件研究工作.将这些工作归纳入编译器、运行时系统和调试器3个范畴,通过对它们的分析总结,梳理量子计算系统软件的研究现状,揭示其在硬件错误减缓方面的重要作用.并对未来的研究方向进行展望.

关键词：量子计算系统软件嘈杂中规模量子编译运行时调试

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决策树码率自适应算法的无数据蒸馏框架

计算机学报 2024年第1期47卷 113-130页

作者：黄天驰李朝阳张睿霄李文哲孙立峰清华大学计算机科学与技术系北京100084

码率自适应(Adaptive Bit-Rate,ABR)算法是流媒体视频传输中至关重要的技术.该算法根据当前网络情况和播放状态等因素,为下一个视频块选择合适的码率,以确保用户获得良好的体验质量(QoE).其中,基于学习的ABR算法因其不依赖传统模型和从... 详细信息

码率自适应(Adaptive Bit-Rate,ABR)算法是流媒体视频传输中至关重要的技术.该算法根据当前网络情况和播放状态等因素,为下一个视频块选择合适的码率,以确保用户获得良好的体验质量(QoE).其中,基于学习的ABR算法因其不依赖传统模型和从头学习策略的特点,表现出良好的性能,并逐渐取代需要繁琐调优的启发式ABR算法,成为研究领域的热点.然而,这些算法使用神经网络推理,导致模型参数较多,整体计算量较大,使得在实际场景中难以部署.因此,以往的研究提出了决策树蒸馏方案,即使用轻量级的决策树来提取基于学习的ABR算法的专家策略,并在线上部署这些决策树.然而,本文的实验结果表明,过去的蒸馏框架忽略了训练环境对蒸馏后策略的影响,导致策略的泛化能力较差.因此,本文提出了一种名为NIA(data-free Network-environmental Imitationbased rate Adaptation framework)的新型无数据蒸馏框架,用于生成具有更好泛化性能的决策树A BR算法.NIA通过网络环境生成模块构建多个人工网络环境,并在每次迭代训练前使用环境选择模块来选择适合的网络场景,然后与该场景进行交互,利用基于学生驱动的模仿学习算法完成决策树的蒸馏过程.本文还设计了完整的评测平台测试NIA的性能.实验表明,NIA在各种带宽数据集上展现出良好的QoE性能和泛化性能:(1)相较于启发式算法,在QoE指标上提升了1%~46%;(2)与以往的决策树蒸馏方案相比,在低带宽场景下表现相当,但在高带宽场景下提升了近1倍;(3)总体性能接近甚至超过基于学习的算法(即专家策略)的表现.

关键词：流媒体码率自适应算法无数据蒸馏

从BERT到ChatGPT:大模型训练中的存储系统挑战与技术发展

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计算机研究与发展 2024年第4期61卷 809-823页

作者：冯杨洋汪庆谢旻晖舒继武清华大学计算机科学与技术系北京100084

以ChatGPT为代表的大模型在文字生成、语义理解等任务上表现卓越,引起了工业界和学术界的广泛关注.大模型的参数量在3年内增长数万倍,且仍呈现增长的趋势.首先分析了大模型训练的存储挑战,指出大模型训练的存储需求大,且具有独特的计算... 详细信息

以ChatGPT为代表的大模型在文字生成、语义理解等任务上表现卓越,引起了工业界和学术界的广泛关注.大模型的参数量在3年内增长数万倍,且仍呈现增长的趋势.首先分析了大模型训练的存储挑战,指出大模型训练的存储需求大,且具有独特的计算模式、访存模式、数据特征,这使得针对互联网、大数据等应用的传统存储技术在处理大模型训练任务时效率低下,且容错开销大.然后分别阐述了针对大模型训练的3类存储加速技术与2类存储容错技术.针对大模型训练的存储加速技术包括:1)基于大模型计算模式的分布式显存管理技术,依据大模型计算任务的划分模式和计算任务间的依赖关系,设计模型数据在分布式集群中的划分、存储和传输策略;2)大模型训练访存感知的异构存储技术,借助大模型训练中的访存模式可预测的特性,设计异构设备中的数据预取和传输策略;3)大模型数据缩减技术,针对大模型数据的特征,对模型训练过程中的数据进行缩减.针对大模型训练的存储容错技术包括:1)参数检查点技术,将大模型参数存储至持久化存储介质;2)冗余计算技术,在多张GPU中重复计算相同版本的参数.最后给出了总结和展望.

关键词： ChatGPT 大模型存储系统容错大模型训练系统

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基于GPU直访存储架构的推荐模型预估系统

计算机研究与发展 2024年第3期61卷 589-599页

作者：谢旻晖陆游游冯杨洋舒继武清华大学计算机科学与技术系北京100084

新型深度学习推荐模型已广泛应用至现代推荐系统,其独有的特征——包含万亿嵌入参数的嵌入层,带来的大量不规则稀疏访问已成为模型预估的性能瓶颈.然而,现有的推荐模型预估系统依赖CPU对内存、外存等存储资源上的嵌入参数进行访问,存在... 详细信息

新型深度学习推荐模型已广泛应用至现代推荐系统,其独有的特征——包含万亿嵌入参数的嵌入层,带来的大量不规则稀疏访问已成为模型预估的性能瓶颈.然而,现有的推荐模型预估系统依赖CPU对内存、外存等存储资源上的嵌入参数进行访问,存在着CPU-GPU通信开销大和额外的内存拷贝2个问题,这增加了嵌入层的访存延迟,进而损害模型预估的性能.提出了一种基于GPU直访存储架构的推荐模型预估系统***的核心思想是在嵌入参数的访问路径上移除CPU参与,由GPU通过零拷贝的方式高效直访内外存资源.对于内存直访,GDRec利用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)提供的统一虚拟地址特性,实现GPU核心函数(kernel)对主机内存的细粒度访问,并引入访问合并与访问对齐2个机制充分优化访存性能;对于外存直访,GDRec实现了一个轻量的固态硬盘(solid state disk,SSD)驱动程序,允许GPU从SSD中直接读取数据至显存,避免内存上的额外拷贝,GDRec还利用GPU的并行性缩短提交I/O请求的时间.在3个点击率预估数据集上的实验表明,GDRec在性能上优于高度优化后的基于CPU访存架构的系统NVIDIA HugeCTR,可以提升多达1.9倍的吞吐量.

关键词： GPU直访存储参数存储推荐系统预估系统存储系统

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云原生数据库综述

软件学报 2024年第2期35卷 899-926页

作者：董昊文张超李国良冯建华清华大学计算机科学与技术系北京100084

云基础设施的虚拟化、高可用、可弹性调度等特点,为云数据库提供了开箱即用、可靠可用、按需计费等优势.云数据库按照架构可以划分为云托管数据库(cloud-hosted database)以及云原生数据库(cloud-native database).云托管数据库将数据... 详细信息

云基础设施的虚拟化、高可用、可弹性调度等特点,为云数据库提供了开箱即用、可靠可用、按需计费等优势.云数据库按照架构可以划分为云托管数据库(cloud-hosted database)以及云原生数据库(cloud-native database).云托管数据库将数据库系统直接部署到云上虚拟机环境中,具备低成本、易运维、高可靠的优势.在此基础上,云原生数据库充分利用云基础设施弹性伸缩的特点,采用计算存储分离的架构,实现了计算资源和存储资源的独立伸缩,进一步提升数据库性价比.然而计算存储分离的架构为数据库系统设计带来了新的挑战.深入分析云原生数据库系统的架构和技术.首先将云原生OLTP和云原生OLAP的数据库架构按照资源分离模式的差异分别进行归类分析,并对比各类架构的优势与局限.其次,基于计算存储分离的架构,按照各个功能模块深入探讨云原生数据库的关键技术:主要包括云原生OLTP关键技术(数据组织、副本一致性、主备同步、故障恢复以及混合负载处理)和云原生OLAP关键技术(存储管理、查询处理、无服务器感知计算、数据保护以及机器学习优化).最后,总结现有云原生数据库的技术挑战并展望未来研究方向.

关键词：云原生数据库计算存储分离数据库即服务

基于可见光逆反射通信的移动增强现实定向交互

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电子学报 2024年

作者：李景聿陈拓潮李明哲徐栩海张铖徐子晨刘譞哲黄罡冯云许辰人北京大学计算机学院华盛顿大学计算机科学与技术学院卡内基梅隆大学人机交互研究所康奈尔大学信息科学学院南昌大学数学与计算机学院北京大学第三医院

移动增强现实应用中，用户频繁地与环境中不同的智能物体交互完成任务，其完成效率和用户体验由所采用的定向交互技术决定.然而，从交互手段上来说，现阶段定向交互依赖于Wi-Fi、BLE等无线技术，其信号全向传播的特点使其不能利用用户... 详细信息

移动增强现实应用中，用户频繁地与环境中不同的智能物体交互完成任务，其完成效率和用户体验由所采用的定向交互技术决定.然而，从交互手段上来说，现阶段定向交互依赖于Wi-Fi、BLE等无线技术，其信号全向传播的特点使其不能利用用户的空间环境（即位置和方向）来缩短互动时间，带来了不必要的时间成本；从交互界面上来说，现阶段基于视觉的界面存在可靠性低、扩展性低等问题，进一步限制了系统的通用性.本文介绍了RetroAR——基于可见光逆反射通信的定向交互系统. RetroAR利用了光的定向传播特性来保留用户的空间环境，并依靠逆反射通信实现用户与目标设备之间无连接的快速定向交互.系统实验表明，RetroAR最远可在4 m距离支持100°视角的交互，同时实现厘米级的六自由度（6-Degrees Of Freedom,6-DoF）三维跟踪.用户研究表明，与基于Wi-Fi的解决方案相比，RetroAR将非接触式控制的交互时间减少了2倍，并且具有更好的用户体验. RetroAR借助可见光逆反射通信来利用用户空间环境，保持交互过程中的直观性.用户可以“所指即所控”的方式与多个目标进行互动，实现类似自然交互的快速定向交互.

关键词：移动增强现实定向交互所指即所控可见光逆反射通信聚合物分散液晶