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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2017年, 第57卷, 第10期 上一期   
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    计算机科学与技术
    基于宽带信道状态信息的密钥生成策略  收藏
    李涛, 栾凤宇, 周世东
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1009-1013.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.038
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1100KB)
    对于宽带通信系统,大量的频点信息可以作为随机源生成密钥,从而增强通信系统的安全性。然而环境中散射径的数目是有限的,导致不同频点存在着相关性。在限定总发送功率的条件下,针对不同频点的功率分配策略会对密钥的安全性能产生影响。该文以密钥生成速率作为密钥安全性的衡量,建立了功率分配模型以实现密钥生成速率的最大化,并利用Lagrange乘数法进行求解。为降低计算复杂度,提出了一种次优的功率分配方法,并与最优的序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)求解算法进行对比,数值结果表明:次优功率分配策略下得到的密钥安全性能非常接近通过SQP算法得到的最优功率分配策略的密钥安全性能。
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    基于深度学习加强的混合推荐方法  收藏
    张敏, 丁弼原, 马为之, 谭云志, 刘奕群, 马少平
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1014-1021.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.039
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1022KB)
    近年来基于矩阵分解的协同过滤算法在评分预测上取得了显著成果,但仍未能很好地解决冷启动、数据稀疏等问题。因此,如何将评论信息引入推荐系统以缓解上述问题成为研究的热点之一。该文尝试基于深度学习来加强个性化推荐,提出将层叠降噪自动编码器(stacked denoising auto-encoder,SDAE)与隐含因子模型(latent factor model,LFM)相结合的混合推荐方法,综合考虑评论文本与评分,以提升推荐模型对潜在评分预测的准确性。在常用大规模公开Amazon数据集上进行的测试结果表明:与传统推荐模型相比,该文提出的方法可有效提高评分预测的准确性,性能提升最高可达64.43%。
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    二进制程序中的use-after-free漏洞检测技术  收藏
    韩心慧, 魏爽, 叶佳奕, 张超, 叶志远
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1022-1029.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.040
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1180KB)
    Use-after-free漏洞(简称UaF漏洞)是当前最流行的高危内存破坏漏洞。目前针对UaF漏洞的检测工作并不完善,原因是UaF漏洞产生的特征是分配内存、释放内存、使用已释放的内存并按顺序出现,而这3种事件可能出现在程序的任何位置,需要跟踪较长的执行序列并搜索潜在的危险事件序列才能检测到该漏洞,这很大程度上提高了检测的难度。该文针对UaF漏洞,分析了漏洞的产生原因、利用方式、带来的安全威胁以及漏洞检测技术面临的挑战,并设计和实现了一个基于静态分析和动态符号执行的面向二进制文件的UaF漏洞检测系统。经测试,该系统能够检测出已公开的UaF漏洞。通过该系统检测软件中的UaF漏洞,及时对软件进行修复或防护,可以有效提高软件的健壮性,减少UaF漏洞带来的安全隐患。
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    基于Spark的并行增量动态社团发现算法  收藏
    吴斌, 肖琰, 张云雷
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1030-1037.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.041
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1131KB)
    动态社团发现是研究网络演化的关键步骤。在数据量迅猛增长的情况下,社团发现的单机算法效率较低。该文提出了一种基于Spark的并行增量动态社团发现算法(parallel incremental dynamic community detection algorithm based on Spark,PIDCDS),为了在GraphX并行图计算平台上通过最大化持久力发现社团,该算法对节点的持久力计算公式进行了有效修正。PIDCDS计算每个时间片中增量节点的持久力指标,更新其社团归属,在保证一定的社团划分准确性的基础上减少计算量。通过与FacetNet动态社团发现算法做比较,该算法能够获得更好的稳定性,同时能发现更真实的社团划分。对比不同规模网络在PIDCDS上的运行时间,发现该时间随着网络节点和边数的增加缓慢增长,性能较高,并且增加执行器核数将在一定程度上加速算法的执行。
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    应用于语种识别的加权音素对数似然比特征  收藏
    张健, 徐杰, 包秀国, 周若华, 颜永红
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1038-1041,1047.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.042
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1050KB)
    语种识别的关键问题之一是提取语音信号中的语种鉴别性信息。近期,音素对数似然比(phone log-likelihood ratio,PLLR)的新特征被引入语种识别领域,并表现出了优异的性能。该文利用F比方法分析了PLLR特征向量各维的语种鉴别性大小,提出了加权音素对数似然比(weighted PLLR,WPLLR)特征,赋予PLLR特征中含有较多语种鉴别性信息的分量较高的权重。在美国国家标准技术署(National Institute of Standards and Technology,NIST)2007年语种识别测试集上的实验结果表明:相比于原PLLR特征,该文所提出的WPLLR特征在平均检测代价和等错率2个指标上都显著降低。
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    使用全局优化方法识别中文事件因果关系  收藏
    李培峰, 黄一龙, 朱巧明
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1042-1047.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.043
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (967KB)
    分类器模型是目前识别因果关系的主要模型,该方法存在的问题是只考虑2个事件之间的关系,没有考虑同一文档中其他关联事件所包含的信息,识别结果往往存在逻辑矛盾。该文提出了一个中文事件因果关系识别的全局优化方法,该方法采用整数线性规划(integer linear programming,ILP)的推理方法,对基本逻辑关系、因果标志词、事件类型、论元信息进行有效约束,以文档为单位来优化因果关系识别。在该文标注语料上的实验结果表明:与分类器方法相比,该文提出的全局优化方法的F1值提升了5.54%。
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    跨云存储环境下协同的动态数据持有方案  收藏
    曹来成, 何文文, 刘宇飞, 郭显, 冯涛
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1048-1055.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.044
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1267KB)
    为了认证跨云环境下用户数据的完整性,该文提出了一种协同的动态数据持有CDDP (cooperative dynamic data possession)方案。首先,利用分层Hash索引技术,将多个云存储服务提供商的响应消息聚合为一个消息,通过云存储服务提供商、组织者和可信第三方之间的交互通信实现了数据的持有性认证。其次,通过对Hash索引表(index-Hash table)中只涉及更新数据块的索引记录和标签信息的更新,实现了数据修改、数据插入和数据删除等用户数据的动态更新。结果表明:该方案降低了计算时间,具有完备性和抵抗伪造攻击等属性。
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    面向海量流媒体信道资源分配快速Nash议价算法  收藏
    刘扬, 魏蔚
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1056-1062.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.045
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1427KB)
    在大规模在线流媒体分发系统中,服务端需处理来自全球各区域的海量用户请求。现有混合云架构不能很好地满足日益增加的动态流媒体内容分发要求,需结合私有数据中心、云和内容分发网络3类平台,充分挖掘各平台的优势以降低费用并提高服务质量。针对基于3种平台的混合云,该文给出了多资源分配问题的描述,将其转化为Nash议价问题,从几何角度获取问题的高效求解算法,并基于实际商用环境中海量流媒体采样数据进行了模拟实验。实验结果表明:相比传统的混合云架构,该算法可显著提升服务质量,在动态和静态内容混合情况下可降低平均约40%的费用,可在包括大量动态流媒体内容场景中进行快速有效的资源分配。
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    土木工程
    新型灾害冻震震害分析及形成机理  收藏
    周萌, 樊健生, 聂建国
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1063-1069.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.046
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2294KB)
    冻震是一类新型的自然灾害,其震感及震颤特征与一般构造型破坏性地震前兆现象相似,易造成人们的恐慌,也给工程设计人员带来担忧。目前国内外尚未提出相关数学模型描述冻震的形成机理、定量评估冻震震害水平,国内的相关报道甚至将冻震与冰震混淆。该文统计了已有的冻震记录,并基于能量假定估算了冻震可能达到的最大烈度及其地面峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)。理论研究表明:冻震最大可能达到的修正Mercalli烈度(modified Mercalli intensity,MMI)为VI度,对应的地面峰值加速度低于典型构造型破坏性地震Elcentro-NS纪录的PGA的10%,冻震可能导致一般城镇钢筋混凝土建筑结构损伤开裂,但不会导致不可恢复性破坏。
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    基于中国TIMES模型的碳排放达峰路径  收藏
    马丁, 陈文颖
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1070-1075.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.047
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1353KB)
    该文以中国能源系统优化模型(China TIMES)为基础,构建了碳排放达峰路径模型体系,分析了中国未来可能的碳排放峰值水平和达峰路径,综合评估了各部门及各项措施的碳减排贡献。结果表明:在参考情景下,中国的能源消费与碳排放在2010-2050年间将持续增长,对能源安全和应对气候变化带来严峻挑战;在达峰情景下,通过发展非化石能源和推广高耗能工业的节能减排技术,使得电力、工业和高耗能工业部门分阶段地实现碳排放达峰,进而实现2030年碳排放峰值达100亿~108亿t;电力和工业部门是碳减排的关键部门,二者在2030年的减排贡献分别达到75%和15%;发展非化石能源和提高高耗能工业的能效是碳减排的关键措施,二者在2030年的减排贡献分别达到65%和15%。
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    BIM辅助施工管理的模式及流程  收藏
    郭红领, 潘在怡
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1076-1082.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.048
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1440KB)
    BIM (building information modeling)技术为工程建设行业注入了新的活力,但行业对BIM的应用集中于项目规划设计阶段,较少应用于施工阶段且相关研究主要关注BIM技术的实现,较少考虑BIM实施的管理和组织过程。为了有效拓展BIM在施工阶段的应用,该文通过分析传统工程管理流程存在的问题以及BIM辅助施工管理的优势和价值,提出了施工阶段的BIM应用模式,构建了由模拟BIM系统和实时BIM系统组成的施工管理平台架构,并设计了2个系统的实施流程。结果表明:该文可为施工阶段BIM的深化应用提供参考,也能够为施工阶段的综合信息化管理提供思路。
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    中国城市住房开发投资的理论与实证  收藏
    吴璟, 郭尉
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1083-1088.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.049
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (998KB)
    近年来中国住房开发投资的增速明显放缓,其成因和未来发展趋势受到普遍关注。该文以国际文献中大量采用的住房开发投资占总产出比重(the share of housing investment as a percentage of total output,SHTO)为载体,首先基于Cobb-Douglas生产函数模型和中国287个城市在2002-2012年间数据,从理论和实证2个方面证明中国同样存在着SHTO指标随经济发展先上升后下降的所谓"SHTO规律"。其次,从土地与资本这2项城市住房产业发展的核心投入要素出发,通过理论和实证分析证明SHTO值由上升段转入下降段的拐点位置取决于土地和资本2种资源的相对稀缺程度及替代关系。测算结果表明:中国多数城市正在或者即将经历SHTO值从上升段向下降段的转变,住房开发投资增幅乃至绝对规模的下降是不可避免的趋势,中国房地产业发展模式的转型势在必行。
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    自动化
    基于分布式压缩感知的量子过程层析  收藏
    袁小虎, 吴热冰, 李春文
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1089-1095.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.050
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1436KB)
    量子过程层析是量子信息科学研究的基础之一,但其所需的实验资源会随着量子比特的增加而指数增长。考虑到过程矩阵的稀疏性,近年来一种压缩感知量子过程层析方法可以大大降低量子过程层析的成本和后处理时间。但量子通道研究需要同时层析多种量子门,并且每个量子通道在层析过程中都会存在野点数据。该文提出一种分布式压缩感知量子过程层析方法,通过组合稀疏学习的模式能同时进行多量子通道层析,并有效地剔除野点数据。仿真结果表明:相对于单通道的压缩传感量子过程层析,该方法重构的量子过程矩阵保真度高且对野点数据有较强的鲁棒性,改善了层析性能。
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    环境科学与工程
    应用聚类算法识别供水管网爆管事故  收藏
    刘书明, 吴以朋, 王晓婷, 刘友飞, 李佳杰
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1096-1101.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.051
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1088KB)
    作为现代都市的生命线,供水管网在人们的日常生活和城市的发展中占据不可替代的地位,然而爆管问题一直困扰着整个供水行业。针对供水管网爆管事故,该文以流量监测数据为基础,通过分析计量分区(district metering area,DMA)各个出入口流量计的数据关联性,使用聚类算法检测各种事件引起的异常流量数据,然后依据其出入口流量的变化特征识别管线爆管事故。结果表明:该方法应用在多出入口DMA时,识别效果会受到DMA出入口的数量与位置的影响,在出入口数量较少且位置适宜的前提下,能够准确识别爆管事故,并具有较低误报率。
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    生物与生物医学
    光刺激耳蜗听神经的机理仿真  收藏
    关添, 杨木群, 魏子昆, 姜宇程, 王健
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1102-1105.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.052
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1405KB)
    近年来以脉冲激光诱发听神经响应的研究逐步深入,然而目前国内外对于光刺激听神经的机理研究尚未有定论。该文利用仿真软件COMSOL Multiphysics研究了三维模型脉冲激光刺激耳蜗产生的光热现象和光声现象,同时结合活体豚鼠实验结果分析了光刺激听神经的机理。结果显示:仿真中光刺激听神经产生了温升,也引发了光声效应;活体动物实验中光刺激在药物急性致聋的豚鼠中诱发出复合听神经动作电位。结果分析表明:光刺激耳蜗产生的响应更可能是光声效应和光热效应共同作用的结果。
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    汽车工程
    电动汽车动力保持型机械式自动两挡变速器仿真与试验  收藏
    NGUYEN Truong Sinh, 宋健, 方圣楠, 宋海军, 台玉琢, 李飞
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1106-1113.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.053
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3173KB)
    该文以实现动力不中断的高效动力传动系统为基本目标,对一种适用于电动汽车的动力保持型机械式自动两挡变速器进行了仿真与试验研究。该变速器主要由单排行星齿轮系统、膜片弹簧式离合器以及鼓式制动器构成,旨在解决换挡过程中的动力中断问题。该文建立了一个采用新型变速器的纯电动汽车前置前驱传动系统动力学模型。在MATLAB/Simulink环境下,搭建了一个纯电动车整车仿真模型。该模型用来进行分析、选定变速器的基本参数,研制出一台变速器功能样机。该仿真模型适合于实时仿真与试验,在试验过程中可以灵活地改变调整各种参数。根据新型变速器试验的需求,该文建立了一个变速器硬件在环仿真平台,搭建了一个变速器样机的试验台,进行实时仿真和台架试验。仿真和试验结果表明:该变速器解决了在换挡过程中存在的动力中断问题,使驱动电机工作在高效区间,提高了纯电动汽车的动力性和经济性。
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    核能与新能源工程
    商用高温气冷堆氦气透平循环发电热力学参数分析和优化  收藏
    曲新鹤, 杨小勇, 王捷
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (10): 1114-1120.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.054
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1251KB)
    随着反应堆出口温度的提高,高效的动力转换技术已经成为(超)高温气冷堆的一个趋势。该文在HTR-10、HTR-10GT和HTR-PM研究的基础上,针对更高的堆芯出口温度,对高温气冷堆氦气透平循环的热力学参数进行分析、优化和设计。通过建立高温气冷堆的数学模型和优化模型,结合更符合工程经验的约束条件,确定了高温气冷堆氦气透平循环的2个设计工况点:1)接近目前工程经验的工况点,堆芯出口温度为850℃,继承HTR-10GT氦气压气机和透平的设计经验,循环压比为2.47,循环效率为47.60%;2)略带前瞻性的工况点,堆芯出口温度为900℃,堆芯入口温度为550℃,压气机压比为2.75,此时循环效率为48.92%。该文还基于这2个工况点对高温气冷堆氦气透平循环参数进行设计,将会对未来开发高温气冷堆闭式Brayton循环提供帮助。
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