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1. chinaXiv:202206.00187 [pdf]

SKA低频成像管线并行优化

韦建文; 张晨飞; 劳保强; 林新华; 安涛
Subjects: Computer Science >> Other Disciplines of Computer Science

平方公里阵列 (Square Kilometre Array, SKA) 射电望远镜的数据处理是通过管线方式进行的, 管 线的执行效率是 SKA 区域中心考虑的重要因素. 连续谱成像观测是 SKA 的主要观测模式之一, 也是许 多科学工作的基础. 本文以 SKA 低频先导设备 (Murchison Widefield Array, MWA) 的成像管线为例, 在 中国 SKA 区域中心原型机 (China SKA Regional Centre prototype, CSRC-P) 上进行并行处理管线优化. 以往的优化方案都集中在少数性能热点, 缺乏对整体管线的系统优化, 导致整体加速比相对较低. 针对这一 问题, 本文提出了一种全局优化方案, 针对管线使用多种编程语言、图像数据可独立处理的特点, 综合使用 C + + 多线程、Python 多进程、Shell 多任务并行等优化方法, 并验证了优化结果的准确性. 实验表明, 优 化后的代码在 CSRC-P 的 x86 节点和 ARM 节点上分别获得了 2.7 和 2.4 倍加速. ARM 计算节点展现出 对 SKA 应用良好的适应性. 本文的优化策略和方法也适用于其他 SKA 科学应用, 对 SKA 先导望远镜的 科学运行和未来的运行有帮助.

submitted time 2022-06-28 Hits60Downloads20 Comment 0

2. chinaXiv:202206.00186 [pdf]

低频射电脉冲星搜索的性能优化方法

韦建文; 张晨飞; 张仲莉; 余婷; 林新华; 安涛
Subjects: Computer Science >> Other Disciplines of Computer Science

随着平方公里阵列射电望远镜(SKA)等大科学装置的建设和运行,以及大数据和高性能计算创 新平台的提出,天文学与高性能计算之间的联系日趋紧密. 天文学计算,特别是作为 SKA 的主要科学方 向之一的脉冲星搜索,具有数据量大、计算量多的特点. 本文介绍了一种基于 OpenMP 多线程和多进程 技术来加速脉冲星搜索流程的方案,提出了一种解决负载不平衡问题的方法,并成功的将优化流程安装于 中国 SKA 区域中心原型机的 x86 和 ARM 计算节点. 通过默奇森大视场阵列望远镜(MWA)的脉冲星观 测数据搜寻测试,与原始单线程方法相比,流程分别获得 10.4–12.2 和 24.5–27.6 倍的加速比. 其中 ARM 平台比 x86 平台的计算快 1.1–1.3 倍,显示出其在 SKA 数据处理方面的巨大潜力. 在中国 SKA 区域中心 原型机上部署的脉冲星优化搜索流程,近期将重点应用于 MWA 南天快速两米巡天(SMART)项目的低 频脉冲星搜寻,以满足包括引力波探测计时阵在内的多种科学需要。

submitted time 2022-06-28 Hits57Downloads18 Comment 0

3. chinaXiv:202105.00070 [pdf]

Copula熵:理论和应用

马健
Subjects: Statistics >> Mathematical Statistics
Subjects: Mathematics >> Statistics and Probability
Subjects: Computer Science >> Computer Application Technology
Subjects: Information Science and Systems Science >> Basic Disciplines of Information Science and Systems Science

统计独立性是统计学和机器学习领域的基础性概念,如何表示和度量统计独立性是该领域的基本问题。Copula理论提供了统计相关关系表示的理论工具,而Copula熵理论则给出了度量统计独立性的概念工具。本文综述了Copula熵的理论和应用,概述了其基本概念定义、定理和性质,以及估计方法。介绍了Copula熵研究的最新进展,包括其在统计学的六个基本问题(结构学习、关联发现、变量选择、因果发现、域自适应和正态性检验等)上的理论应用。讨论了前四个理论应用之间的关系,以及其对应的深层次的相关性和因果性概念之间的联系,并将Copula熵的(条件)独立性度量框架与基于核函数和距离相关的同类框架进行了对比。简述了Copula熵在理论物理学、理论化学、化学信息学、水文学、环境气象学、生态学、动物形态学、农学、认知神经学、运动神经学、计算神经学、系统生物学、生物信息学、临床诊断学、老年医学、精神病学、公共卫生学、经济政策学、社会学、政治学,以及能源工程、土木工程、制造工程、可靠性工程、航空航天、通信工程、测绘工程和金融工程等领域的实际应用。

submitted time 2022-06-23 Hits37599Downloads4302 Comment 0

4. chinaXiv:202206.00051 [pdf]

基于近红外和可见光差分特征的图像融合方法

赵国辉; 张鹤
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

暗光环境拍摄的图像通常存在昏暗、噪声、偏色等退化问题。为此,提出一种基于差分特征的可见光与近红外融合方法。首先,观察到近红外与可见光图像成像不一致性,通过两者结构性差异构造差分特征。其次,利用差分特征映射为融合权重进行权重融合。最后,采用偏色校正方法对融合后易产生偏色区域进行亮度复原,使得融合后偏色区域颜色真实自然。提出方法能切实有效地利用近红外信息,输出高质量清晰图像。实验结论表明,本文方法在主管感受和客观评价上均优于现有算法。

submitted time 2022-06-06 Cooperative journals:《计算机应用研究》 Hits902Downloads252 Comment 0

5. chinaXiv:202206.00052 [pdf]

基于Transformer的图像分类网络MultiFormer

胡杰; 昌敏杰; 熊宗权; 徐博远; 谢礼浩; 郭迪
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

为解决目前ViT模型无法改变输入补丁大小且输入补丁都是单一尺度信息的缺点,提出了一种基于Transformer的图像分类网络称为MultiFormer。MultiFormer通过AWS(Attention With Scale)模块,将每阶段不同尺度输入小补丁嵌入为具有丰富语义信息的大补丁;通过GLA-P(Global-Local Attention With Patch)模块交替捕获局部和全局注意力,在嵌入时同时保留了细粒度和粗粒度特征。设计了MultiFormer-Tiny、-Small和-Base三种不同变体的MultiFormer模型网络,在ImageNet图像分类实验中Top-1精度分别达到81.1%、82.2%和83.2%,后两个模型对比同体量的卷积神经网络ResNet-50和ResNet-101提升3.1%和3.4%;对比同样基于Transformer分类模型ViT,MultiFormer-Base在参数和计算量远小于ViT-Base/16模型且不需要大量数据预训练前提下提升2.1%。

submitted time 2022-06-06 Cooperative journals:《计算机应用研究》 Hits710Downloads255 Comment 0

6. chinaXiv:202206.00053 [pdf]

应用于材料图像分割的Graph-UNet

魏惠姗; 韩越兴; 王冰; 陈侨川
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

小样本材料图像分割是图像分割领域的研究难点之一。材料图像的微观结构大多数有形状各异、纹理复杂和边界模糊等特点,会导致材料图像的分割不准确。Graph-UNet被提出融合UNet和图卷积神经网络来解决小样本材料图像自动分割的挑战,它将卷积神经网络的多维特征融合和跳跃连接的思想迁移到图卷积神经网络中实现图卷积和图注意力的有效结合,并且建立了一个通用的模块实现特征图和图结构相互转换。在材料图像数据集上进行了对比和消融实验,证明Graph-UNet的分割结果优于很多先进方法,准确的识别了多种材料结构,推动了探究材料结构和性能关系的发展。

submitted time 2022-06-06 Cooperative journals:《计算机应用研究》 Hits647Downloads229 Comment 0

7. chinaXiv:202206.00054 [pdf]

面向应用的RGB-D机器人道路坡度融合估计方法

凌晨飞; 党淑雯; 陈丽
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

为提高机器人在移动路径中对道路坡度的估计精度,提出一种面向应用的RGB-D(Red Green Blue-Depth)机器人融合型道路坡度估计方法。首先,引入随机采样一致性算法完成点云处理;其次,采用改进型平面拟合方法完成法向量估计;最后,采用余弦聚类及累加平均方法实现高精度道路坡度估计。实验结果表明,该算法在数据集下相较最小二乘法与稀疏子空间法,估计误差分别降低1.21%、2.13%,在实际环境下较最小二乘法平均误差降低1.43°,这证明了所提方法的可行性和准确性。

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8. chinaXiv:202206.00055 [pdf]

MIBS方案的分析与改进

陈明; 冷建华
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

魏松杰等人提出一种基于安全仲裁SEM(Security Mediator)的mIBS(identity based signature)方案,利用SEM节点实现用户身份实时撤销。mIBS方案中,SEM持有部分用户私钥,与签名者共同完成签名。文章对mIBS方案进行了安全性分析,发现该方案存在严重安全缺陷,并给出一个具体的攻击实例。在攻击实例中,签名者通过与SEM的一次正常签名交互,窃取SEM持有的部分私钥,进而绕开SEM单独实施签名,使得SEM失效。文章提出一种改进的mIBS方案(记为mIBSG),对SEM持有的部分私钥增加了随机性保护。进一步,文章建立了mIBS方案安全模型mEUF-CMIA(existential unforgeability under adaptive chosen message and identity attacks),重点讨论了其敌手模型。除传统IBS敌手外,mEUF-CMIA模型定义第2种类型敌手模拟一个恶意但合法的签名者,通过访问随机预言机,在没有SEM参与的情况下独立产生签名。在mEUF-CMIA模型下,mIBSG方案的不可伪造性被规约为求解循环群上的CDH问题。对比分析表明,mIBSG方案以较小的计算代价实现了可证明安全性。mIBSG方案可用于构建基于IBC的跨域认证系统。

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9. chinaXiv:202206.00056 [pdf]

融合差分变异和切线飞行的天鹰优化器

徐亦凤; 刘升; 刘宇凇; 张伟康
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

针对天鹰优化器(Aquila Optimizer,AO)虽然拥有强大的全局勘探能力,但局部开发能力不足的问题,提出融合差分变异和切线飞行的天鹰优化器(Differential Evolution mutation and tangent flight Aquila Optimizer,DEtanAO)。首先,根据差分进化算法中的变异操作能使算法具有较强的开发能力弥补了AO算法的不足,然后,利用切线搜索算法中切线飞行策略具有较强的探索搜索空间的能力并能使算法跳出局部最优解的优势,用其替换了AO算法中的莱维飞行。这两种策略的结合有效地平衡了DEtanAO算法的勘探和开发阶段。最后,为验证DEtanAO算法的优化性能,在12个标准基准函数、高维函数、Wilcoxon秩和检验和工程优化问题上来测试所改进算法的寻优能力。实验结果表明,相比其他新提出的智能算法,DEtanAO算法具有更强的寻优能力和更快的收敛速度。

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10. chinaXiv:202206.00057 [pdf]

采用混合搜索策略的阿奎拉优化算法

付小朋; 王勇; 冯爱武
Subjects: Computer Science >> Integration Theory of Computer Science

针对阿奎拉优化算法(AO)存在的不足,提出一种采用混合搜索策略的阿奎拉优化算法(HAO)。首先,利用动态调整函数平衡算法的全局探索与局部开发;其次,利用混沌自适应权重来增强算法的全局搜索能力、加快算法的收敛速度;最后,设计新的个体变异概率系数,采用改进型差分变异策略,利用适应度值较优个体引领群体中其他个体开展搜索活动,保持了种群的多样性,增强了算法跳出局部最优能力。通过8个基准测试函数和10个CEC2019测试函数,以及1个工程应用问题的数值实验仿真,实验结果表明,算法的全局收敛速度和优化精度均得到了明显地改善,跳出局部最优的能力得到了增强。

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