最新刊期
      2022 年 第 21 卷 1 期

        专题：智慧教育

      • 肖正,朱靖宇,宋超,刘孝炎,魏鹏程
        2022, 21(1): 1-8. DOI: 10.11907/rjdk.212194
        摘要：教学中，由于知识点间相互联系，随着疑惑知识点增多，学生听课的效率降低，及时为学生答疑解惑至关重要。针对此问题，考虑学生对知识理解与课堂专注度、教师授课水平、知识点难易程度之间的关联性，利用深度学习技术智能分析课堂三要素，从多维角度生成学情分析一体化数据。同时由于互联网学习资源冗余、部分内容缺乏趣味性，基于学生习惯和兴趣，将学习资源风格化处理成学生乐于接受的形式，以满足不同学生的学习需求。实践应用结果表明，课堂上人脸识别、文字识别的准确率分别为99%与92%，能够满足项目需求。其中，学生四个评估指标中，学生满意率为83.4%，表明该平台能够及时提供针对性的答疑解惑，便于学生更轻松主动地学习。  
        关键词：智慧课堂;学情分析;深度学习;个性化推荐   
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        发布时间：2022-01-28
      • 陈欣,孙玉虹,丁长青,刘利聪
        2022, 21(1): 9-14. DOI: 10.11907/rjdk.212588
        摘要：在课程推荐领域，通常会遇到数据稀疏性和冷启动问题，导致推荐效果不理想。为此，基于端到端深度学习框架，提出一种融合课程知识图谱的深度卷积神经网络（KGCN-CR）。通过聚集课程实体邻域信息增强自身实体表示，获取学生个性化潜在兴趣。以慕课（MOOC）平台为例，通过爬取计算机类和艺术类学生的课程交互数据和课程属性，构建课程知识图谱作为辅助信息增强课程推荐的性能，分别使用18 135条交互数据以及44 600条课程属性进行试验。结果表明，KGCN-CR的ACC以及AUC分别达到了82.3%和78.2%，比SVD提升15%，精确率、召回率以及F1值也最优。因此，知识图谱作为辅助信息能有效提升课程推荐的性能，能较好解决数据稀疏性以及冷启动问题，并具有较好的推荐可解释性。  
        关键词：知识图谱;在线课程推荐;神经网络   
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      • 徐迎晓,姜秀艳
        2022, 21(1): 15-19. DOI: 10.11907/rjdk.212122
        摘要：为提高计算思维能力培养时学习者的兴趣，引入游戏化方法，提出综合利用开发游戏与玩游戏进行计算思维训练的方案。以递归思维为例，一方面通过设计游戏培养计算思维，给出适合递归思维培养的Scratch设计教程，学生在教程引导下进行Scratch开发，把问题分解拆分，比较异同，并进行归纳完成设计；另一方面通过玩游戏培养计算思维，使用Unity游戏引擎开发用于培养递归思维的汉诺塔游戏，在游戏中利用递推与回归原理使复杂、抽象的问题变得清晰而简单，通过一步步引导把问题分解，重复计算思维的思考过程。调查数据表明，该方案可实现较好的计算思维训练效果，学生的学习兴趣得到明显提升。  
        关键词：计算思维;严肃游戏;递归;汉诺塔   
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        发布时间：2022-01-28
      • 方旭,窦慧敏,王潇洒,孙琳潇,张颖,罗雅婷,许磊
        2022, 21(1): 20-28. DOI: 10.11907/rjdk.212408
        摘要：《2021地平线报告（教学与学习版）》由美国高等教育信息化协会（EDUCAUSE）于2021年4月发布，报告分析了高等教育信息化发展的五大宏观趋势、六大关键技术、四大未来场景以及五大发展案例。在分析该报告诸多特色的基础上，提出教育4.0时代背景下我国高等教育信息化发展的启示与建议。  
        关键词：教育4.0;地平线报告;高等教育;教育信息化   
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      • 吴彦文,陈思航,葛迪,凌毓涛,姚远
        2022, 21(1): 29-33. DOI: 10.11907/rjdk.211799
        摘要：由于AI教师在知识调取、数据存储、智能计算、交互反馈等方面具有的优势，其在新工科人才培养中的应用研究成为热点。AI教师一方面能够减轻教师压力，拓展教师的教学能力，另一方面能够辅助学生开展自主学习与探究，激发学生的创新能动意识。为此，首先对应用AI双师教学模式开展新工科人才培养进行可行性分析，然后搭建其关键技术框架，最后以人工智能导论课程为例，针对课前、课中、课后3个阶段进行教学活动设计，验证了其对新工科教学的促进作用，并基于以上研究对应用AI双师开展新工科人才培养给出一些建议。  
        关键词：AI双师;教学设计;新工科;人才培养   
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      • 张刚刚
        2022, 21(1): 34-39. DOI: 10.11907/rjdk.212054
        摘要：在智慧校园建设不断推进的背景下，云计算、物联网、大数据等新兴技术已深入到学校管理、教学的方方面面。统一身份认证系统在智慧校园总体框架中位于平台支撑层，在智慧校园体系中提供身份认证、应用授权、角色管理及单点登录等功能。统一身份认证系统的登录方式需要很好地平衡易用性与安全性，因此提出“企业微信+CAS”的统一身份认证系统改进方案，将企业微信的OAuth身份认证功能与CAS认证协议进行有效结合，统一了智慧校园中各系统身份认证入口，在简化登录操作的同时，提高了用户身份认证时的安全性。实践结果表明，应用改进方案后可逐渐取代账号密码的认证方式（占比80%以上），对于其他高校的智慧校园建设可提供一定参考借鉴。  
        关键词：智慧校园;企业微信;统一身份;OAuth2;CAS;单点登录;无感知登录   
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        发布时间：2022-01-28
      • 单美贤,上官晨雨
        2022, 21(1): 40-48. DOI: 10.11907/rjdk.212616
        摘要：计算机支持协作学习中的情感反馈系统将情感计算、机器学习与学习科学研究相结合，致力于研究如何利用快速发展的信息技术为学习者提供情感支持，进而推动学习者协作学习，现已成为信息科学和学习科学交叉融合的重要研究领域之一。CSCL环境中情感反馈系统框架由情感状态获取、情感状态分析和情感反馈处理三个部分组成：首先从情感状态的表征即情感模型描述切入，分析CSCL中使用多模态情感识别技术的要点，描述团队情感状态模型；然后介绍了情感状态分析的关键技术，主要包括基于文本情感分析、情感可视化分析和交互行为分析；最后从情感反馈推理模型、情感反馈策略生成算法和情感反馈策略分析情感反馈处理的关键技术，为计算机支持协作学习中的情感反馈研究提供清晰的研究线索与方向。  
        关键词：计算机支持协作学习;情感识别;情感状态;情感反馈   
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      • 徐勇
        2022, 21(1): 49-55. DOI: 10.11907/rjdk.212288
        摘要：课堂辩论作为翻转课堂中一种重要的课堂活动形式，能够提升学生的思辨能力、沟通能力和学习积极性。以互联网金融课程教学实践为例，进行课堂辩论在翻转课堂上的教学设计。根据慕课中“电子货币定义”知识点的情况设置辩题，探讨课堂辩论在翻转课堂中实施的重点和难点，设计课堂辩论具体步骤。通过对比两个不同教学班的成绩分布情况，并进行教学效果问卷调查。结果表明，在翻转课堂上实施课堂辩论，学生的成绩普遍得到提高，综合能力也得到一定程度提升。  
        关键词：课堂辩论;线上线下混合式教学;翻转课堂   
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      • 卢嘉仪,易丽
        2022, 21(1): 56-61. DOI: 10.11907/rjdk.212376
        摘要：“互联网+教育”“人工智能+教育”已成为世界高等教育的重要发展方向。人工智能时代带来的学习资源海量化、学习对象多样化和学习文化多元化，为高校学生学习方式变革提供了诸多重要机遇。在强基时代、跃迁时代和未来时代，人工智能的迭代升级使得学生学习方式变革呈现典型的渐进特征，并促使学生转变学习观念、打破壁垒，逐步走向深层次学习、无边界学习、混合式学习和共同体学习。  
        关键词：人工智能;学习方式;高校学生;变革   
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      • 张梦洁,刘峰
        2022, 21(1): 62-68. DOI: 10.11907/rjdk.212020
        摘要：增强现实（AR）作为一种新兴的教育技术手段，其在教育教学中的推广与应用备受国内外学者关注，但此技术能否提升学生学习效果一直是颇具争议的问题。鉴于此，采用元分析方法对近10年来国际上有关增强现实技术对学习效果影响的实证文献进行梳理与量化分析，系统审查增强现实技术对学生学习效果的实际影响。研究发现，从整体来看，AR技术对提升学习效果具有显著的促进作用（ES=0.63）；从学习环境来看，AR在校内实验室的应用效果最佳（ES=0.80）；从学段来看，AR在高职和高中阶段对学习效果的影响最为显著（ES=1.01）；从学科来看，AR对物理、科学、医学和数学学科的学习具有中等偏上水平的影响（ES=0.64）；从教学方法来看，AR与探究发现法的结合对学习效果的调节效应最强（ES=1.13）。基于以上结论，对AR技术在教育教学中的应用提出以下建议：①基于不同学习环境设计与开发适切性AR应用；②结合学科特征遴选科学、合理的教学方法；③研发面向不同学段的AR教学资源和学习支持系统。  
        关键词：增强现实技术;学习效果;实证文献;元分析;调节效应   
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        发布时间：2022-01-28
      • 郭莹莹,刘丹
        2022, 21(1): 69-74. DOI: 10.11907/rjdk.211849
        摘要：以CNKI和万方数据库中教育人工智能相关文献为数据来源，采用文献计量学分析法与内容分析法，运用CiteSpace知识图谱分析工具和Excel软件对2011-2021年间的教育人工智能相关文献进行可视化分析，发现近10年国内的教育人工智能研究呈现出4个特点：①教育人工智能研究发文量呈增长趋势，具体可分为两个阶段：萌芽发展期与快速发展期；②从发文期刊来看，大致可分为3类：教育综合类期刊、教育技术类期刊与中小学院校类期刊；③从研究作者及研究机构来看，主要包括高校教师和中小学教师，研究机构大多集中在北京、上海等地区；④从关键词热度来看，“人工智能教育”的中心度最高，位列其后的是“深度学习”“人工智能”“智能教育”等词。在此基础上，结合国内教育人工智能发展现状，揭示国内教育人工智能的前沿热点与发展趋势，以期为后续研究与应用提供参考。  
        关键词：教育人工智能;人工智能;知识图谱;CiteSpace   
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        发布时间：2022-01-28
      • 宋玮情,崔焕庆,杨峻铸
        2022, 21(1): 75-78. DOI: 10.11907/rjdk.212040
        摘要：近年来，各高校为提高学生编程能力，上线了大量程序在线测评系统用于计算机类专业课程教学。为清晰了解此类系统中数据对教学的影响，首先依据程序在线测评系统分析数据包含的本体，经过数据清洗，运用Neo4j构建知识图谱。通过对学习路径、学情分析和教学路径的可视化分析得出结论：程序在线测评系统知识图谱可将教学信息以知识图谱的形式呈现，使学习者能清楚了解自身水平，提升学习兴趣，实现教师高效化教学和学生自主化学习。  
        关键词：知识图谱;程序在线测评系统;Neo4j图数据库;可视化   
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      • 叶润欣,徐水晶
        2022, 21(1): 79-83. DOI: 10.11907/rjdk.211375
        摘要：对高等教育而言，区块链是一种能够促进教育改革、重塑教育生态的新型技术。由于技术的限制，区块链技术虽然在教育领域面临着变革动力缺乏、教育数据存储遭遇瓶颈、隐私安全存在隐患、虚拟教育数据产权尚未明确等方面的问题，但并不能够阻碍区块链和高等教育耦合的发展趋势，它在教育信息管理、教育资源共享、终身学习体系、促进高等教育民主化4个方面为高等教育带来了新的发展契机。  
        关键词：区块链;高等教育;教育信息化;教育改革   
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        发布时间：2022-01-28

        人工智能

      • 董浩,黄文清,李飞龙,江山
        2022, 21(1): 84-89. DOI: 10.11907/rjdk.211182
        摘要：针对现有食谱推荐方法中用户与食谱交互不充分问题，提出一种基于注意力属性异构网络嵌入的食谱推荐方法。首先使用one-hot编码将用户的属性、食谱的配料做法等转化为节点特征；然后通过转化函数将特征转化为节点特征嵌入和基础嵌入，同时在同类型边内和不同类型边间分别使用注意力机制，学习节点聚合时不同类型交互下不同用户的偏好权重，生成节点的边嵌入，将3种嵌入相加得到节点的完整嵌入；最后通过基于元路径的随机游走和skip-gram模型进行负采样优化，挖掘出节点间的潜在交互可能性，最终完成食谱推荐。使用下厨房数据集的10 000条交互数据进行实验，结果表明，该算法比当前领先的算法在ROC、PR、F1值上分别提高了2.5%、2.8%、2.3%。  
        关键词：食谱推荐;推荐算法;网络嵌入;注意力机制   
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      • 章浩伟,李占齐,李淼
        2022, 21(1): 90-95. DOI: 10.11907/rjdk.211301
        摘要：甲状腺结节是临床常见疾病，由其发展而成的甲状腺癌发病率逐年上升。甲状腺超声图像结构复杂、边缘不清晰、斑点噪声严重、对比度低，给甲状腺疾病的诊断带来极大困难。使用Mask R-CNN算法，结合迁移学习方式，在ImageNet数据集上预训练网络ResNet50、SENet及SE-ResNet50，得到预训练权重参数，以此作为实验模型的初始化参数。采用优化损失函数的方法，以融合残差注意力机制的SE-ResNet50为主干网络进行特征提取，实现了精确率为0.936、召回率为0.851、特异性为0.948、mAP值为0.824的检测结果。该算法对于甲状腺疾病的超声辅助诊断具有一定参考价值。  
        关键词：Mask R-CNN;迁移学习;残差注意力机制;优化损失函数;医学影像   
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      • 张素华,叶青,程春雷,邹静
        2022, 21(1): 96-100. DOI: 10.11907/rjdk.211158
        摘要：中医古籍文本分词是中医古籍结构化表示及深度挖掘的基础性工作。有监督的中医古籍文本分词简易可行，但存在耗费大量人力物力、专业门槛高、主观性强、扩展性不好等问题。为此改进TextRank算法，提出ConnectRank算法，根据字符连通度实现中医古籍无监督分词。基于《伤寒杂病论》《黄帝内经》《难经》等700篇中医古籍文献语料设计实验。实验结果表明，该模型在中医古籍文本分词中较其他无监督分词模型有更好的分词效果，比传统的无监督分词方法提高了11.2%。  
        关键词：中医古籍文献;ConnectRank算法;无监督分词;字符连通度;领域自适应性   
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      • 吴兆贤,吴培培
        2022, 21(1): 101-107. DOI: 10.11907/rjdk.211245
        摘要：车辆变道是很频繁的驾驶行为，对无人车的变道行为进行可靠性预测尤为必要。为更好地实现可靠性预测，使用UML活动图对基于长短期记忆网络（LSTM）的无人车变道行为进行建模。考虑到LSTM神经网络的鲁棒性，基于6 000组实验数据对LSTM模块的错误渗透率加以计算，从而度量模块间的故障传播概率。将UML模型转换为离散时间马尔可夫链（DTMC）模型，通过PRISM工具得到可靠性预测值。实验结果显示，LSTM模块的错误渗透率为0.302 5。通过基于UML模型映射和基于构件转移图所得的DTMC模型进行预测时，可靠性值分别为76.47%和90.19%。结果表明，对基于LSTM的无人车变道行为进行可靠性计算时，LSTM模块的错误渗透率不可忽视。通过映射所得的DTMC模型对模块的刻画更为细致，更适用于无人车变道可靠性预测。  
        关键词：无人车变道;可靠性;UML;错误渗透率;离散时间马尔可夫链   
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      • 朱雪亮,应捷,杨海马,李薄羏
        2022, 21(1): 108-113. DOI: 10.11907/rjdk.211363
        摘要：子宫肌层浸润深度直接关系到子宫内膜癌患者的治疗和预后，通常使用磁共振成像进行人工评估，受主观影响较大。基于磁共振图像，提出一种计算机辅助判断子宫肌层浸润深度的方法。该方法仅需要计算机或人工提供较容易辨识的子宫体区域就能自动估计浸润程度。首先基于Otsu和形态学处理分割病灶区域，然后提取并融合病灶区域的一阶纹理特征和灰度共生矩阵特征，最后训练支持向量机进行浸润程度分类。实验结果表明，该方法的accuracy达到86.1%、sensitivity达到68.4%、specificity达到91.7%，优于常见分类器，对于辅助判断肌层浸润程度具可行性，且有助于未来从病灶和子宫肌层提取并融合更多种类的特征以提高分类性能。  
        关键词：SVM;特征提取;肌层浸润程度;MR图像;计算机辅助诊断   
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      • 柴文光,蔡春波
        2022, 21(1): 114-119. DOI: 10.11907/rjdk.211291
        摘要：基于卷积神经网络（CNNs）的区域建议生成方法（PRN）是通过实例级注释进行训练所得，也是当前全监督目标检测（FSOD）的重要组成部分。由于实例级注释耗时耗力，而图像级注释相比之下更容易收集，因此仅使用图像级注释的弱监督目标检测（WSOD）引起了众多研究者的关注。当前，WSOD依赖于诸如选择性搜索之类标准的区域建议生成方法，这些方法容易生成大量有噪的建议框，导致其存在无法拟合真实的目标对象。鉴于此，基于卷积特征多层融合以及分割引导策略获取高质量建议框，具体而言，利用卷积网络深层信息进行多层融合，以及边缘信息获取初始的候选建议框，然后通过弱监督语义分割的一致性准则，将分割映射分为水平和垂直两个变量得到目标一致性表示，从而提取高质量的建议框。在PASCAI VOC2007数据集上的实验结果表明，该方法在分类和定位检测中展现了优秀的性能，平均精度（mAP）和定位精度（CorLoc）准确率分别达51.0%、71.2%。  
        关键词：特征融合;分割引导;目标一致性;弱监督目标检测   
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      • 郭淑敏,冯俊逸,沈拓,张轩雄
        2022, 21(1): 120-123. DOI: 10.11907/rjdk.211454
        摘要：当今轨道交通迅猛发展，安全高效的列车运转是其重要的前提条件。全方位智能技术的出现，为轨道交通运行中原有的各种人工检测方法提供了技术支撑。提出一种利用道岔边缘特征提取和参数空间精确计算的实时机器视觉检测方法，针对轨道交通中的道岔转换过程中道岔的密贴程度，采用机器视觉技术进行检测。该方法主要包括4个方面：通过预处理抑制图像中目标对象的周围环境以突出轨道特征；在边缘检测中，应用Canny算子对轨道道岔图像进行检测；通过改进Hough变换进行道岔边缘提取，并进行边缘拟合处理；将参数空间中的间距进行转换，完成道岔密贴检测。将人工测量和基于机器视觉的方法进行对比发现，机器视觉方法能够得到更加精确的结果，且机器视觉技术在0.1mm内检出准确率达91.25%。  
        关键词：智能技术;轨道交通;道岔转换;边缘检测;边缘拟合   
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        发布时间：2022-01-28
      • 曹轩,许青林
        2022, 21(1): 124-130. DOI: 10.11907/rjdk.211329
        摘要：文本情感分析通过提取文本特征，根据文本中的情感倾向进行分类。研究表明，递归神经网络和卷积神经网络模型具有良好的性能。为提高文本情感分类性能，提出一种融合注意力和比较增强学习机制的混合网络情感分析模型，用比较增强学习机制进行分类来替代大量的复杂计算。该模型通过嵌入层向量化后，分别用CNN和双向门控循环单元提取不同特点的文本特征，把两者提取得到的特征进行融合，并引入注意力机制判断不同词对句子含义的重要程度，再使用比较增强学习机制与样本向量进行比较后对特征向量进行评分。混合网络情感分析模型在两个情感分析数据集上的正确率分别到达了92.2%和94.1%，比传统的模型提高了0.6%和0.9%。  
        关键词：情感分析;卷积神经网络;双向门控循环单元;注意力机制;比较增强学习机制   
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        发布时间：2022-01-28
      • 张学祥,雷菊阳
        2022, 21(1): 131-135. DOI: 10.11907/rjdk.211315
        摘要：针对使用话语级特征参数矩阵作为卷积神经网络输入而导致收敛速度慢及识别率低的问题，提出一种基于二维主成分分析（2DPCA）特征降维的卷积神经网络（CNN）说话人识别方法。首先将每段语音分帧成多个帧级语音并提取同等大小的帧级特征组成特征矩阵，然后利用2DPCA对特征矩阵进行降维处理，再将得到的主成分特征向量组合成新的特征矩阵作为CNN的输入，最后通过CNN的自适应特征学习创建说话人模型。基于Alexnet的CNN模型实验结果表明，采用该说话人识别方法使运行时间减少了57%，同时识别率也有所提高。  
        关键词：二维主成分分析;帧级特征;卷积神经网络;说话人识别   
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        发布时间：2022-01-28
      • 付冰,周作建,张维芯
        2022, 21(1): 136-140. DOI: 10.11907/rjdk.211844
        摘要：基于贪心算法建立可靠的智能导检路径优化模型，依据预测多个检查项目的体检顺序及时间节点信息，优化健康体检时间。将2021年3月份江苏省中医院体检中心的体检数据作为初始数据样本，经过数据清洗最终选择29 126条数据作为研究对象，利用最小二乘法拟合数据构建体检客户到达率与时间的函数关系，将误差平方和（SSE）及R-square作为评价指标，建立以服务时间、排队时间、路程时间三者总时间的智能导检模型。研究结果表明，体检客户到达率SSE值分别为5.115、0.787 8、4.541等，R-square值分别为0.979 6、0.996 7、0.898 6等。模型拟合效果较好，基于贪心算法的智能导检模型完成规划体检顺序，预测体检路径。  
        关键词：智能导检;插值拟合;贪心算法;评价指标   
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        发布时间：2022-01-28
      • 陈超艺,陈新度,吴磊
        2022, 21(1): 141-145. DOI: 10.11907/rjdk.211215
        摘要：光学乐谱识别是音乐智能化发展的关键部分，在音乐教学、创作等领域有重要应用价值。针对现有吉他谱识别方法步骤繁琐、识别精度低等问题，提出一种基于深度学习的吉他谱识别方法。首先通过分析吉他谱的特点，将吉他谱水平分割为品格音符图像、减时线图像、休止符图像和增时线图像；然后将品格音符图像依次与减时线图像叠加，输入到第1个CRNN模型中进行识别，将减时线图像、休止符图像和增时线图像叠加，输入到第2个CRNN模型中进行识别；最后将识别出的各个符号全局关联，获取完整的乐谱语义。实验结果表明，基于深度学习的吉他谱识别方法可达到98.3%的品格音符识别准确率和99.1%的时值音符识别准确率，与传统的吉他谱识别方法相比，该方法具有更快的识别速度与更高的识别精度。  
        关键词：光学乐谱识别;吉他谱识别;深度学习;CRNN;图像识别   
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        发布时间：2022-01-28

        计算机软件与理论

      • 谢倩文,何利力
        2022, 21(1): 146-151. DOI: 10.11907/rjdk.211331
        摘要：对多个相互冲突的目标同时优化称作多目标优化问题，为解决多目标问题，多目标进化算法应运而生。在进化算法迭代过程中，算法使用恒定不变的交叉因子和变异因子，这显然不符合种群迭代进化特征，所以需要根据种群初始和种群后期解的收敛情况来定向调整种群进化方向。同时，在采用边界与交叉的聚合算法时，θ支配的聚类算法只参考了解到权重向量的垂直距离，权重向量的投影点到理想点的解的直线距离没有考虑，直接影响了解在Pareto前沿上的收敛结果。为此，利用改进后的自适应种群生成策略，动态改变交叉概率和变异概率，根据种群当前的迭代情况调整进化方向；通过增加投影点到理想点的距离和惩罚因子计算个体到聚类中心的距离，将个体放入聚类簇中随机选择，有效提高了算法的收敛性。在多目标问题测试集ZDT和DTLZ上进行实验，结果表明，NSGA-ACM在解集的收敛性和分布性上效果更好。  
        关键词：多目标优化;聚类算法;自适应   
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        发布时间：2022-01-28
      • 石子坚,赵德安,孙月平
        2022, 21(1): 152-155. DOI: 10.11907/rjdk.211325
        摘要：针对欠驱动水质检测船在外界风、浪扰动以及模型系统存在不确定性参数的情况下，存在直线路径跟踪航向偏离及航向偏差修正速度慢的问题，提出采用有限时间控制理论设计航向控制系统。首先建立欠驱动水质检测船航向控制的数学模型，将复杂非线性的航向控制简化为一个二阶系统，简化了设计复杂度；然后基于齐次性理论设计有限时间航向控制律，通过分数幂提高系统的收敛速度与鲁棒性，结合扩展状态观测器对误差扰动进行估计，提高了控制性能。仿真结果表明，采用有限时间航向控制的水质检测船可将航向角误差控制在0.1°，有效增强了水质检测船的抗干扰能力，保证了作业路径跟踪精度。  
        关键词：水质检测船;直线路径跟踪;航向控制;有限时间控制   
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      • 张通,郑浩,朱长昊,张凤登
        2022, 21(1): 156-163. DOI: 10.11907/rjdk.211368
        摘要：混合关键级系统可调度性分析通常基于最坏情况执行时间，导致系统资源的过度预置和低关键级模式下的分析过于苛刻。为解决资源过度预置的问题，简化低关键级模式下的可调度性，针对单核处理器上EDF调度的混合关键级零星任务集，提出随机需求约束函数模型。分析了混合关键级系统的概率性资源需求，得到相应的可调度性条件，并在尽可能增加低关键级任务预算的同时设计出系统可调度性测试算法。实验结果表明，与之前的可调度接受率相比，该方法提高了32%，在降低pDBF模型算法复杂度基础上仍使可调度性得到显著改善。  
        关键词：混合关键级;需求约束函数;概率性分析;可调度性;调度算法   
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      • 杨晓慧,熊小峰,宋逸杰,杨忠明,赵玲珠
        2022, 21(1): 164-170. DOI: 10.11907/rjdk.211347
        摘要：为改善节点因能量耗尽导致的边缘网络不稳定问题，根据源迁移节点任务的算力、能量等需求特征，和迁移节点的剩余能量、计算能力等特征，将任务迁移至合适的节点执行。提出一种基于能耗约束的计算混合迁移策略（HOS-NE），采用上行与平行结合的迁移模式，将迁移能耗最小化问题转化为剩余电量最大化问题。利用粒子群优化算法和模拟退火算法求解优化HOS-NE，提高网络的稳定性、吞吐量，实现负载均衡。实验结果表明，基于智能算法优化的迁移策略与随机迁移算法、贪心算法相比，其网络吞吐量、剩余能量分别提高了16.7%，28.6%，丢包数降低至5%~10%。  
        关键词：移动边缘计算;剩余能量;迁移策略;粒子群优化算法;模拟退火算法   
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      • 张红兵,索春光
        2022, 21(1): 171-175. DOI: 10.11907/rjdk.211198
        摘要：对开关柜进行局部放电在线监测及定位，可以及时发现故障及隐患，对巡检人员做进一步检修具有指导意义。特高频法用于高压开关柜在线监测具有检测频率高、外界干扰信号小等优点，但目前在开关柜局部放电检测与定位中仍存在设备通道数量受限、不能同时监测多面开关柜的问题。为此提出一种新型的线性阵列式UHF传感器开关柜局部放电在线监测方法，采用线性阵列方式实现同时对多面开关柜进行局部放电检测，并运用包络检波对局部放电信号进行频谱搬移，实现双通道数据采集功能。实验显示该方法对局部放电信号的最大定位误差为13.4cm，平均定位误差为8.1cm，在满足对多面开关柜局部放电检测与定位的同时具有良好的可扩展性与经济性。  
        关键词：UHF传感器阵列;开关柜;局部放电定位;在线检测;包络检波;双通道数据采集;可扩展性   
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      • 朱猛男,张耀军
        2022, 21(1): 176-181. DOI: 10.11907/rjdk.211295
        摘要：为探索知识图谱软件的扩散路径及扩散影响力，预测其发展趋势，基于创新扩散理论，运用文献计量法和主路径分析法等数据+图谱的方法，根据扩散曲线、扩散路径和扩散网络探索其扩散规律。实证分析得出，知识图谱软件的扩散过程基本符合S型曲线规律。随着软件的更新与迭代，其扩散路径分化出两条关键主路径，主路径上有4个核心人物（Garfield E、Merigo J M、Van Eck N J和Chen C M）和3个重要事件（HistCite、CiteSpace和VOSviewer）。  
        关键词：知识图谱软件;创新扩散;扩散曲线;主路径分析   
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        发布时间：2022-01-28

        软件设计、开发与应用

      • 王靖凯,袁嫣红
        2022, 21(1): 182-189. DOI: 10.11907/rjdk.211247
        摘要：针对目前市场上自助胚芽米机系统存在的单次加工数量较多，无法保证市民每餐吃到新鲜、健康胚芽米的问题，基于“现吃现碾，吃的新鲜”的理念，在现有胚芽米碾米机机械基础上设计了一个自助碾米系统。该系统通过设计定量取糙米机构，实现糙米存储与随时定量碾米功能，并设计了定量取米电机驱动电路、碾米主轴电机驱动电路以及云服务器系统，利用WiFi模块基于MQTT物联网协议进行远程控制与本地数据网络化，实现了远程控制定量碾米及数据反馈等功能。该系统可满足“每餐定量、现碾现吃”的需求，有助于提高人们的饮食健康水平。  
        关键词：胚芽米机;驱动电路;云服务器;MQTT协议;物联网系统   
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        发布时间：2022-01-28
      • 王雯静,干宏程
        2022, 21(1): 190-194. DOI: 10.11907/rjdk.211248
        摘要：为了改善通勤者情绪体验，提升通勤幸福感，提出将环境智能和游戏化中的先进技术整合到地铁车厢中，增加通勤者的参与感与身临其境的体验，提升路途中的愉悦感。针对通勤者的不同路途需求，创建出用于放松、娱乐、人文、商务和学习五大功能的地铁车厢方案，并给出具体的实施方法。在对实施方案进行评估时，提出采用测量人体温度、身体动作和面部表情等分析技术，客观地衡量通勤者的满意度与幸福感。地铁车厢改造后，能够有效地提升地铁运营服务品质和通勤者的幸福感。  
        关键词：环境智能;游戏化技术;地铁通勤;智能交通   
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        发布时间：2022-01-28
      • 陈闯,李若辉
        2022, 21(1): 195-199. DOI: 10.11907/rjdk.211339
        摘要：用户在移动应用使用过程中会有负面等待情绪产生，通过交互设计手段减少该问题，并以此提升和优化用户等待体验具有现实意义。基于文献研究并借助等待心理学理论，以移动应用软件中的用户交互等待现象为研究对象，通过对影响用户等待心理的主客观因素分析，探寻优化交互等待体验的设计思路与途径。实验结果表明，有针对性的交互等待设计可以有效减轻用户的等待时间感知，提升用户等待体验感，降低等待的负面情绪。  
        关键词：移动交互;交互等待;交互设计;等待体验   
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        发布时间：2022-01-28
      • 刘显茜,赵振超,邹三全,张雪波
        2022, 21(1): 200-204. DOI: 10.11907/rjdk.211009
        摘要：为简单、高效地分析室内墙面霉菌污染成因，首先利用数值方法获得室内墙面温湿度数据，然后利用WUFI-Bio软件预测室内墙面霉菌孢子的生长特性。结果表明，霉菌孢子初始水分含量高低只会影响孢子萌发前的吸水速率，对孢子萌发的临界水分含量并无影响，且对萌发时间的影响也很小。在秋冬两季，由于室外环境温度对室内温度的影响，导致孢子萌发的临界水分含量较高，孢子不易萌发。因春夏两季温度高于秋冬两季，促进了孢子萌发及菌丝生长，基质所含营养物质越多，孢子萌发的临界水分含量越低。在春夏两季，通过降低室内温湿度、减少墙面污染物，可以有效降低孢子萌发机率。  
        关键词：热湿耦合传递;生物热湿模型;霉菌污染   
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        发布时间：2022-01-28
      • 金安
        2022, 21(1): 205-209. DOI: 10.11907/rjdk.211130
        摘要：随着移动应用数据爆发式增长，微服务架构越来越庞大，排查系统故障变得越来越复杂，建立一种能快速定位解决问题的系统势在必行。针对互联网行业特点及存在的相关问题，设计并实现了一种符合企业业务特点的移动端APM系统。对原始数据分析算法优化、数据存储聚合策略和符号解析系统等关键技术进行了阐述。APM系统的运行数据表明，业务应用崩溃率下降了50%以上。  
        关键词：应用性能管理;拨测;卡顿;可变网格;密度偏差抽样   
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        发布时间：2022-01-28
      • 张小文,李吉平
        2022, 21(1): 210-215. DOI: 10.11907/rjdk.211276
        摘要：在智能制造背景下，为提高手机组装车间的智能化程度与生产效率，基于自研产线仿真软件搭建虚拟车间。利用3D Max和Unity3D实现模型优化与厂房构建，嵌入Unity3D可执行程序至产线仿真软件框架中以实现视图优化；导入虚拟车间项目，通过物理车间数据的采集、存储和解析实现模型驱动；最终基于原有产线仿真软件框架进行开发，实现了视图效果良好且具有实时数据驱动和历史数据回溯功能的手机组装数字化车间。该车间具有良好的使用效果，有效提高了车间智能化程度和生产效率。  
        关键词：手机组装;数字车间;数据驱动;智能制造   
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        发布时间：2022-01-28
      • 朱云杰
        2022, 21(1): 216-221. DOI: 10.11907/rjdk.211244
        摘要：如何将新建与升级改造后的网元快速纳入网元巡检系统，以及控制网元或网元组上巡检任务数量和优先级，是现有网元巡检系统中迫切需要解决的问题。为此，基于微服务（SpringCloud）与分布式内存数据库（Redis）技术设计网元数据统一采集平台，在此基础上实现网元巡检任务的调度执行。系统运行测试结果表明，通过巡检任务调度配置以及在采集平台部署微服务，能够快速完成系统的平滑扩容，并解决网元巡检任务的限流与优先级问题。  
        关键词：网元巡检;任务调度;限流;逻辑模板;微服务;分布式内存数据库   
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      • 黄靖茹,李钊兴,裴喜龙,徐志宇
        2022, 21(1): 222-225. DOI: 10.11907/rjdk.211599
        摘要：为对openEuler开源操作系统的性能进行高质高效的分布式测试，开发一种基于树莓派（RPi）的实验平台。硬件方面以3块RPi通过1台交换机组建局域网，构成1个一主二从的集群，分别采用SD卡和移动硬盘作为主、辅存储器；软件方面以openEuler作为整个RPi集群的操作系统，Ceph和Seafile分别管理集群的存储资源分配和云存储，通过Frp开放内网IP，支持开源学习社区成员通过互联网访问实验平台、测试等。该实验平台组成简单、成本低廉，后续可通过在openEuler开源学习社区进行推广和大规模学生实验，实现对其各项性能的分布式测试。  
        关键词：开源学习社区;openEuler;操作系统测试;云盘;持续集成   
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        发布时间：2022-01-28

        数据库与信息处理

      • 黄健,铁治欣,宋滢锟
        2022, 21(1): 226-232. DOI: 10.11907/rjdk.211208
        摘要：随着可搜索加密技术的发展，用户输入多个查询关键词即可对云服务器中的数据进行检索。但是随着数据量的增加，云服务器的检索效率不断降低，其安全性也难以得到保障。为此，提出一种云存储环境中多关键词加密排序搜索方法。首先，通过对文档的关键词进行聚类，获得特征较集中的索引向量；其次，对索引和查询向量构建标记，根据查询标记的位置过滤无关文档，减少搜索时间；最后，将索引向量按照相应标记所属类别进行分组，将高维的加密密钥降为多个低维密钥，进一步减少索引的加密时间。随着文档分组数量的增加，查询时间将减少50%以上。实验结果表明，该方案在保证安全性和查询准确性的同时，能提高查询效率。  
        关键词：云存储;可搜索加密;关键词聚类;索引分组;降维   
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        发布时间：2022-01-28
      • 丁文强,苗虹
        2022, 21(1): 233-237. DOI: 10.11907/rjdk.211240
        摘要：差评行为会对APP应用下载量产生影响。通过对抓取的APP用户差评进行文本分析，探究开发者推出的增值服务是否会对消费者差评行为产生影响，分析导致消费者差评行为的因素，为APP开发者提供建议。利用Python爬取评论，采用逻辑回归模型进行分类，挖掘评论中的差评信息；利用LDA模型对预处理后的数据进行主题分析，并对结果进行可视化解读。研究表明，开发者上架试用版本一段时间后推送增值服务的行为会引发用户的差评行为，增值服务的质量、功能和开发者推送付费版本的频率对差评行为起到一定的调节作用。基于研究结论，建议开发者在推出增值服务时采取合理的方式，并注意推送频率。  
        关键词：移动APP;文本挖掘;LDA模型;差评行为   
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        发布时间：2022-01-28

        图形图像处理

      • 马喆,周华兵
        2022, 21(1): 238-242. DOI: 10.11907/rjdk.211278
        摘要：针对当前深度伪造图像检测方法使用复杂神经网络计算量大的缺陷，提出一种采用低层特征的深度伪造图像检测方法。首先对图像进行ELA处理和SRM滤波，提取ELA图像和噪声图像，然后根据它们的灰度图像像素个数转化为低层特征，最后通过三层全连接网络和softmax实现二分类。与当前几种热门方法进行比较实验，结果表明，该方法网络结构简单，在分类器的AUC值为99.55%，EER值为2.5%，计算量指标比其他方法好。对图像预处理提取低层特征可以有效提高分类精度，减少计算量。  
        关键词：深度伪造;伪造图像检测;ELA处理;SRM滤波器   
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        发布时间：2022-01-28
      • 刘高,左小清
        2022, 21(1): 243-247. DOI: 10.11907/rjdk.211326
        摘要：为研究几种常用二进制特征提取算法的实时性及复杂环境下的鲁棒性，对ORB、SIFT、SURF、BRISK四种基于二进制特征的主流算法，使用Euroc数据集和真实场景图像对进行匹配和统计，对比分析其实时性。选用Mikolajczyk数据集，在图像旋转变换、模糊变换、光照变换、视角变换场景下对算法的鲁棒性进行比较。采用的评价指标为算法耗时和特征匹配数目。实验结果表明，ORB能够在达到足够匹配图像对的同时运行时间在24.6ms以内；SURF在模糊变换、光照变换、视角变换场景下，当环境变化量达到最大时匹配数不低于123对；ORB、BRISK算法在光照变化情况下能获取足够的匹配对数。在实时性方面，ORB算法在满足足够匹配数情况下运行速度最快，实时性最高；SURF在模糊变换、光照变换、视角变换场景下有良好的鲁棒性，SURF算法鲁棒性最强。  
        关键词：特征提取与匹配;实时性;鲁棒性;算法测试   
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        发布时间：2022-01-28
      • 陈泽轩,于莲芝
        2022, 21(1): 248-252. DOI: 10.11907/rjdk.211580
        摘要：传统卷积神经网络对空间信息不敏感，无法学习到不同特征间相对位置的关系，且每一层神经元的感受野被设计为相同大小，导致提取的图像特征信息不够精确。针对这些问题，提出一种选择性卷积核胶囊网络用于图像分类任务。在经典胶囊网络的卷积层融入具有两个分支的选择性卷积核网络，以提取更为丰富、准确的图像特征信息，提高图像分类准确率。采用CIFAR-10、Fashion-MNIST、SVHN经典图像分类数据集进行实验，结果表明，相比于基线胶囊网络模型，新模型的识别精度更高，尤其在CIFAR-10数据集上识别精度提高了1.73%，从而有效提升了图像分类准确率，具有良好的图像识别能力。  
        关键词：胶囊网络;动态路由;特征提取;选择性卷积核;动态选择机制;图像分类   
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        发布时间：2022-01-28
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