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Navi:基于自然语言交互的数据分析系统

软件学报 2024年第3期35卷 1194-1206页

作者：谢宇鹏骆昱宇冯建华青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016 香港科技大学(广州) 广东广州511400 清华大学计算机科学与技术系北京100084

随着大数据时代的到来,数据分析的作用日益显著.它能够从海量数据中发现有价值的信息,从而更有效地指导用户决策.然而,数据分析流程中存在三大挑战:分析流程高耦合、交互接口种类多和探索分析高耗时.为了应对上述挑战,提出了基于自然语... 详细信息

随着大数据时代的到来,数据分析的作用日益显著.它能够从海量数据中发现有价值的信息,从而更有效地指导用户决策.然而,数据分析流程中存在三大挑战:分析流程高耦合、交互接口种类多和探索分析高耗时.为了应对上述挑战,提出了基于自然语言交互的数据分析系统Navi.该系统采用模块化的设计原则,抽象出主流数据分析流程的3个核心功能模块:数据查询、可视化生成和可视化探索模块,从而降低系统设计的耦合度.同时,Navi以自然语言作为统一的交互接口,并通过一个任务调度器实现了各功能模块的有效协同.此外,为了解决可视化探索中搜索空间指数级和用户意图不明确的问题,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的可视化自动探索方法,并设计了基于可视化领域知识的剪枝算法和复合奖励函数,提高了搜索效率和结果质量.最后,通过量化实验和用户实验验证了Navi的有效性.

关键词：数据分析数据查询可视化自然语言蒙特卡洛树搜索

一种用于天基低轨卫星网络边缘计算的GA-DDPG卸载算法

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工程科学学报 2024年第2期46卷 343-353页

作者：史栋元王丽娜北京科技大学计算机与通信工程学院通信工程系北京100083

低轨卫星网络是第六代移动通信系统(6G)网络的重要组成部分,弥补了地面基站覆盖的盲区.由于星上计算能力和电池容量受限,导致任务出现时延长和能耗高的问题,因此在低轨卫星网络中引入边缘计算,边缘计算的一项关键技术就是计算卸载.针对... 详细信息

低轨卫星网络是第六代移动通信系统(6G)网络的重要组成部分,弥补了地面基站覆盖的盲区.由于星上计算能力和电池容量受限,导致任务出现时延长和能耗高的问题,因此在低轨卫星网络中引入边缘计算,边缘计算的一项关键技术就是计算卸载.针对计算卸载过程中星间环境动态变化和高维动作空间的问题,提出一种基于遗传算法(GA)和深度确定性策略梯度(DDPG)的天基低轨卫星网络边缘计算卸载算法——GA-DDPG算法.卫星边缘计算环境的不断变化会导致DDPG奖励稀疏和探索性不足,将GA引入到DDPG算法中,首先,利用GA的选择算子使DDPG算法能够适应不断变化的卫星环境;然后,针对动作空间维度变大导致DDPG算法收敛不稳定的问题,利用GA种群的多样化探索和种群的冗余提升DDPG算法收敛的稳定性.仿真结果表明,GA-DDPG卸载算法能够降低天基低轨卫星网络计算负载,且时延和能耗均低于DDPG卸载算法和GA卸载算法.与DDPG卸载算法相比,GA-DDPG卸载算法还能提升收敛速度和稳定性.

关键词：低轨卫星边缘计算任务卸载遗传算法深度强化学习星间链路

伴随维修资源配置与任务调度的多目标联合优化

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兵工学报 2024年第7期45卷 2442-2450页

作者：刘盛钰齐小刚刘立芳西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710071 西安电子科技大学计算机学院陕西西安710071

现代战争作战节奏快、横跨地域广,对伴随维修保障模式提出了更高的要求。如何在复杂战场中实现资源配置与任务调度的流程整合,充分发挥伴随维修系统效能,已经成为当今装备维修保障的迫切需求与发展方向。综合考虑多中心、开放式、多修... 详细信息

现代战争作战节奏快、横跨地域广,对伴随维修保障模式提出了更高的要求。如何在复杂战场中实现资源配置与任务调度的流程整合,充分发挥伴随维修系统效能,已经成为当今装备维修保障的迫切需求与发展方向。综合考虑多中心、开放式、多修复状态、时间窗、非遍历、容量限制等因素,首次提出随时补货的思路,将地区危险系数与维修组当前成本相结合,以维修组创造维修效益最大化、承担风险成本最小化为目标,建立更完善的数学模型。针对上述问题进行相应的编码,改进多目标人工蜂群(Multi Objective Artificial Bee Colony,MOABC)算法,提出求解质量、收敛速度良好的多目标人工蜂群-多记忆蜜源(Multi Objective Artificial Bee Colony for Memorizing Multiple Honey Sources per Bee,MOABC-MMHS)算法;针对小部分极端值影响均值的问题改进覆盖率(Coverage,C)指标的使用方式,以频率的方式对其进行展示;通过仿真实验与多指标评价验证模型和算法的科学性,实现了伴随维修资源配置与任务调度的联合优化。研究结果表明,上述模型与算法能够为伴随维修保障提供相应的辅助决策。

关键词：装备维修保障伴随维修资源配置任务调度多目标优化

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Büchi自动机确定化分析工具

软件学报 2024年第9期35卷 4310-4323页

作者：马润哲田聪王文胜段振华西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071

无限字自动机的确定化是理论计算机研究重要的一部分,在形式化验证,时序逻辑,模型检测等方面有重要应用.自Büchi自动机提出半个世纪以来,其自动机的确定化算法始终是其中的基础.有别于当初只是在理论上对其大小上下界的探索,利用日新... 详细信息

无限字自动机的确定化是理论计算机研究重要的一部分,在形式化验证,时序逻辑,模型检测等方面有重要应用.自Büchi自动机提出半个世纪以来,其自动机的确定化算法始终是其中的基础.有别于当初只是在理论上对其大小上下界的探索,利用日新月异的高性能计算机技术不失为一种有效的辅助手段.为了深入研究非确定性Büchi自动机确定化算法的实现过程,希望重点研究确定化过程中的索引能否继续被优化的问题,实现确定化研究工具NB2DR.可以对非确定性Büchi自动机进行高效的确定化,并通过工具提供的分析其确定化过程来达到对其确定化算法改进的目的.通过对生成的确定性无限字自动机的索引的深入分析来探索相关索引的理论.该工具还实现了可以根据需要的Büchi自动机的大小与字母表参数,生成确定化的Rabin自动机族,亦可以反向根据需要的指定索引的大小来生成全部Büchi自动机族,测试生成无限字自动机的等价性等功能.

关键词： Büchi自动机 Rabin自动机无限字自动机确定化

AmazeMap:基于多层次影响图的微服务故障定位方法

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软件学报 2024年第7期35卷 3115-3140页

作者：李亚晓李青山王璐姜宇轩西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071

微服务软件系统由于其具有大量复杂的服务依赖关系和组件化模块,一个服务发生故障往往造成与之相关的1个或多个服务发生故障,导致故障定位的难度不断提高.因此,如何有效地检测系统故障、快速而准确地定位故障根因问题,是当前微服务领域... 详细信息

微服务软件系统由于其具有大量复杂的服务依赖关系和组件化模块,一个服务发生故障往往造成与之相关的1个或多个服务发生故障,导致故障定位的难度不断提高.因此,如何有效地检测系统故障、快速而准确地定位故障根因问题,是当前微服务领域研究的重点.现有研究一般通过分析故障对服务、指标的作用关系来构建故障关系模型,但存在运维数据利用不充分、故障信息建模不全面、根因定位粒度粗等问题,因此提出了AmazeMap方法.该方法设计了多层次故障影响图建模方法以及基于多层次故障影响图的微服务故障定位方法.其中:多层次故障影响图建模方法通过挖掘系统运行时指标时序数据与链路数据,考虑不同层次间的相互关系,能够较全面地建模故障信息;基于多层次故障影响图的微服务故障定位方法通过缩小故障影响范围,从服务实例和指标两个方面发现根因,输出最有可能的故障根因节点和指标序列.基于开源基准微服务系统和AIOps挑战赛数据集,从有效性和效率两个方面设计了微服务软件故障定位实验,并与现有方法进行对比,实验结果验证了AmazeMap的有效性、准确性和效率.

关键词：微服务故障定位多层次故障影响图

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逐像素注意力驱动的红外小目标检测网络

西北工业大学学报 2024年第2期42卷 335-343页

作者：王啸林方厚章李雪婷吴辰星王黎明西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071

红外小目标检测在军事和民用领域获得了广泛应用,但其存在目标尺度小、细节少、复杂背景干扰等问题,现有经典深度学习检测方法往往适用于通用目标检测,对红外小目标适配性较差。针对上述问题,构建了一种新的基于U形注意力块和逐像素注... 详细信息

红外小目标检测在军事和民用领域获得了广泛应用,但其存在目标尺度小、细节少、复杂背景干扰等问题,现有经典深度学习检测方法往往适用于通用目标检测,对红外小目标适配性较差。针对上述问题,构建了一种新的基于U形注意力块和逐像素注意力块的红外小目标检测网络。设计了U形注意力块,在单层级内通过局部U形子网络提取多尺度特征,并通过逐像素注意力精细化增强小目标特征,丰富多尺度小尺度目标特征表示,提升网络对小尺度目标判别能力;通过稠密融合方式进一步保留小目标信息,缓解不同层特征融合时的语义鸿沟,降低漏检率;将空间与通道2个维度逐像素注意力块应用于融合后的特征图,避免小目标特征被衰减,同时抑制复杂背景干扰。实验结果表明,提出的网络在2个红外小目标数据集NUDT-SIRST与IRSTD-1k上交并比、检测概率、虚警率指标均超过最新基准方法。此外,所提网络在检测精度和效率上也达到较好平衡。

关键词：红外小目标检测 U形注意力块逐像素注意力

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基于误差分治的神经网络验证

软件学报 2024年第5期35卷 2307-2324页

作者：董彦松刘月浩董旭乾赵亮田聪于斌段振华西安电子科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710071

随着神经网络技术的快速发展,其在自动驾驶、智能制造、医疗诊断等安全攸关领域得到了广泛应用,神经网络的可信保障变得至关重要.然而,由于神经网络具有脆弱性,轻微的扰动经常会导致错误的结果,因此采用形式化验证的手段来保障神经网络... 详细信息

随着神经网络技术的快速发展,其在自动驾驶、智能制造、医疗诊断等安全攸关领域得到了广泛应用,神经网络的可信保障变得至关重要.然而,由于神经网络具有脆弱性,轻微的扰动经常会导致错误的结果,因此采用形式化验证的手段来保障神经网络安全可信是非常重要的.目前神经网络的验证方法主要关注分析的精度,而易忽略运行效率.在验证一些复杂网络的安全性质时,较大规模的状态空间可能会导致验证方法不可行或者无法求解等问题.为了减少神经网络的状态空间,提高验证效率,提出一种基于过近似误差分治的神经网络形式化验证方法.该方法利用可达性分析技术计算非线性节点的上下界,并采用一种改进的符号线性松弛方法减少了非线性节点边界计算过程中的过近似误差.通过计算节点过近似误差的直接和间接影响,将节点的约束进行细化,从而将原始验证问题划分为一组子问题,其混合整数规划(MILP)公式具有较少的约束数量.所提方法已实现为工具NNVerifier,并通过实验在经典的3个数据集上训练的4个基于ReLU的全连接基准网络进行性质验证和评估.实验结果表明,NNVerifier的验证效率比现有的完备验证技术提高了37.18%.

关键词：神经网络模型抽象符号传播线性近似分治

基于融合距离的极化SAR图像非局部均值滤波

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系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1493-1502页

作者：曾顶殷君君杨健北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083 清华大学电子工程系北京100084

在极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像降噪领域,常见的非局部均值滤波仅依靠像素间的统计距离进行相似性度量,忽略了像素点的空间信息。本文结合极化SAR数据统计特性和图像空间特征作为像素间的相似性度量,提出了一种... 详细信息

在极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像降噪领域,常见的非局部均值滤波仅依靠像素间的统计距离进行相似性度量,忽略了像素点的空间信息。本文结合极化SAR数据统计特性和图像空间特征作为像素间的相似性度量,提出了一种利用融合距离来计算相邻窗口权重的方法——基于融合距离的非局部均值滤波器。融合距离的引入使得滤波器能够更全面的评估像素间的相似性,从而得到更合适的像素权重。此外,本方法还引进变异系数对邻域窗口的权重进行评估,通过该参数可以控制滤波的程度。在多幅极化SAR图像上的实验结果表明,所提出的滤波器能够在有效抑制斑点噪声的同时保留较为完整的图像边缘信息和极化散射特性。

关键词：极化合成孔径雷达非局部均值滤波相似性度量变异系数

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基于关键区域遮挡与重建的人脸表情识别

计算机工程 2024年第5期50卷 241-249页

作者：李晶李健陈海丰张倩王丽燕裴二成陕西科技大学电子信息与人工智能学院陕西西安710021 陕西科技大学文理学院陕西西安710021 西安邮电大学计算机学院陕西西安710100

为了解决自然场景下人脸表情识别任务中的无用信息干扰和遮挡对识别性能的影响问题,提出一种基于关键区域遮挡与重建的人脸表情识别模型。利用多尺度特征提取网络,提取人脸图像的全局特征。根据68个人脸关键点划分出68个关键区域,并通... 详细信息

为了解决自然场景下人脸表情识别任务中的无用信息干扰和遮挡对识别性能的影响问题,提出一种基于关键区域遮挡与重建的人脸表情识别模型。利用多尺度特征提取网络,提取人脸图像的全局特征。根据68个人脸关键点划分出68个关键区域,并通过插值法提取68个关键区域的特征,同时采用注意力机制学习关键区域特征之间的先验关系。设计自监督的遮挡与重建模块,对关键区域特征进行随机遮挡,并利用已知区域信息来预测和重建被遮挡区域的特征,从而提高模型在自然场景下的表情识别性能。设计多个实验验证了该模型的泛化能力,并通过消融实验验证了模型中每个模块的有效性。实验结果表明,该模型在真实世界的情感面孔数据集(RAF-DB)和Occlusion-RAF-DB数据集上分别达到了88.44%和86.09%的识别准确率,相比于视觉Transformer(Vi T)等模型有效地提升了自然场景下人脸表情识别的性能。

关键词：人脸表情识别多尺度关键区域特征注意力机制自监督学习遮挡与重建