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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)
      2018年, 第58卷, 第2期 上一期   
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    计算机科学与技术
    基于泛化空间正则自动编码器的遥感图像识别  收藏
    杨倩文, 孙富春
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 113-121.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.006
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2250KB)
    为了解决遥感图像中的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像的样本稀缺问题,该文提出了针对这一小样本问题的泛化空间和泛化样本理论,将机器学习的分类问题转化为泛化空间中的样本密度估计问题。首先,通过研究泛化空间方法,针对有限样本的识别分类问题建立了样本密度估计模型,并从理论上验证了泛化空间方法的可行性;其次,在正则化自动编码器模型中,加入了泛化规则作为新的正则化因子对图像重构误差进行约束,针对有限样本问题建立泛化正则自动编码器(generalized auto-encoders,GAE),并提出利用该算法进行图像识别的模型;最后,将该模型应用于遥感图像小样本目标识别问题中。实验结果表明:GAE在SAR图像中具有最优的小样本学习能力,在样本数量有限的情况下,该方法表现出最小的重构误差和测试错误率。在小样本输入情况下,GAE模型实现了对MSTAR图像以及船舶SAR图像的识别分类,进一步证明了该算法相比于同类算法在SAR图像小样本识别问题中更具有优势。
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    基于双重注意力模型的微博情感分析方法  收藏
    张仰森, 郑佳, 黄改娟, 蒋玉茹
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 122-130.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.015
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (2574KB)
    微博情感分析是获取微博用户观点的基础。该文针对现有大多数情感分析方法将深度学习模型与情感符号相剥离的现状,提出了一种基于双重注意力模型的微博情感分析方法。该方法利用现有的情感知识库构建了一个包含情感词、程度副词、否定词、微博表情符号和常用网络用语的微博情感符号库;采用双向长短记忆网络模型和全连接网络,分别对微博文本和文本中包含的情感符号进行编码;采用注意力模型分别构建微博文本和情感符号的语义表示,并将两者的语义表示进行融合,以构建微博文本的最终语义表示;基于所构建的语义表示对情感分类模型进行训练。该方法通过将注意力模型和情感符号相结合,有效增强了对微博文本情感语义的捕获能力,提高了微博情感分类的性能。基于自然语言处理与中文计算会议(NLPCC)微博情感测评公共数据集,对所提出的模型进行评测,结果表明:该模型在多个情感分类任务中都取得了最佳效果,相对于已知最好的模型,在2013年的数据集上,宏平均和微平均的F1值分别提升了1.39%和1.26%,在2014年的数据集上,宏平均和微平均的F1值分别提升了2.02%和2.21%。
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    基于AHP的安卓应用安全信用指数度量方法  收藏
    徐君锋, 王嘉捷, 朱克雷, 张普含, 马宇飞
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 131-136.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.007
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1355KB)
    在Android移动应用市场上,由于Android系统的高度开放性和广泛普及性,Android应用面临着被恶意注入、二次打包等严重安全风险。传统Android软件安全度量技术的度量精度可确定软件的安全等级,但无法满足软件信用精确度量和安全指数排序的现实需求。针对上述问题,该文通过对Android软件逆向分析,根据不同权限安全等级划分,给定安全范围内的安全系数,引入层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)评估模型,对Android软件进行初步安全评分。同时结合Android软件的认证强度和第三方应用市场上的违规记录,再次使用AHP综合度量软件的最终安全信用指数。实验结果表明:该度量方法有效可行,可在精度允许的范围内,精确度量Android软件的安全信用指数。
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    基于K-means聚类特征消减的网络异常检测  收藏
    贾凡, 严妍, 张家琪
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 137-142.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.005
    摘要 ( 3 )   HTML    PDF (1241KB)
    针对基础K-means算法在KDD 99数据集中检测罕见攻击效果差且效率低下等问题,该文通过数据统计的方式对数据集中各维度与每类攻击类型的相关分析发现,罕见攻击极易被大量的常见攻击所淹没,而当常见攻击被移去时,这些威胁性更大的罕见攻击则能够被更好地识别出来。基于此,该文提出一种改进的基于K-means分层迭代的检测算法,通过有针对性的特征选择来降低K-means聚类的数据维度,经过多次属性消减的K-means聚类迭代操作可以更加精准地检测到不同异常类型的攻击。在KDD 99数据集上的实验结果表明:该算法对原基础的K-means检测算法难以检测到的罕见攻击类型U2R/R2L攻击检测率几乎达到99%左右。同时随着每次分层迭代聚类维度近50%的降低,进一步节省了约90%的异常检测时间。
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    云环境中基于代理重加密的多用户全同态加密方案  收藏
    李陶深, 刘青, 黄汝维
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 143-149.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.009
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1284KB)
    为解决云环境下多用户共享、隐私安全和密文计算等问题,该文提出一种适用于云环境的基于代理重加密的多用户全同态(proxy re-encryption-based,multi-user,fully homomorphic encryption scheme for cloud computing,PREB-MUFHE)加密方案。该方案使用不同的公钥对不同用户的密文进行加密,使得不同用户密文满足密文独立和不可区分性。为了使2个用户之间的密文运算结果满足全同态性,当密文上传到云端时,由云服务提供商(cloud service provider,CPS)作为代理方对其中一个用户的密文进行重加密,将其转化为对同一用户下的密文,然后再进行密文的运算。安全分析证明了该方案的安全性是基于容错学习(learning with errors,LWE)困难问题,在普通双线性群随机域模型下能抵御选择明文攻击(indistinguishability under chosen plaintext attack,IND-CPA)。实验结果表明:该方案能有效实现不同用户密文的全同态运算,支持多用户共享。
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    基于属性加密的用户隐私保护云存储方案  收藏
    曹来成, 刘宇飞, 董晓晔, 郭显
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 150-156.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.006
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1351KB)
    为了保护云存储环境下用户数据的隐私,该文提出一种基于属性加密(ciphertext-policy attribute based encryption,CP-ABE)的用户隐私保护云存储(user privacy-preserving cloud storage,UPCS)方案。首先,数据所有者为不同的文件设置不同的访问权限属性;其次,可信第三方使用CP-ABE方案将访问属性嵌入到密文中,只有当用户的属性满足密文的访问属性,才能解密相应密文;最后,为减少数据所有者和用户的计算时间开销,在索引生成和文件解密阶段,将部分操作授权给分布式代理服务器。结果表明:该方案可以有效地保证用户数据和关键词的隐私以及减少数据所有者和用户的计算时间开销。
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    基于路径分析的电力CPS攻击预测方法  收藏
    夏卓群, 李文欢, 姜腊林, 徐明
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 157-163.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.012
    摘要 ( 3 )   HTML    PDF (1661KB)
    为了有效地防御多步跨域类攻击对电力信息物理系统(cyber physical system,CPS)造成危害,该文提出一种基于路径分析的电力CPS攻击预测方法。在常用攻击图定义的基础上结合概率知识建立攻击图模型,用跨域攻击概率(cross-origin-attack probability,CO-AP)和跨域平均攻破时间(cross-origin-mean time to compromise,CO-MTTC)分别量化电力基础设施中的漏洞利用难度和攻防实战中攻击者熟练程度。在检测到实时攻击行为的基础上采用改进的Dijkstra算法枚举后续可能的攻击路径。结合2个量化指标对其进行分析,得到威胁最大的攻击路径。仿真实验结果表明:该方法能更准确地预测攻击路径,为电力CPS安全管理提供了良好的防御策略。
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    电子工程
    基于OpenFlow协议的覆盖网络路由器设计  收藏
    赵俊, 包丛笑, 李星
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 164-169.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.004
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (1075KB)
    越来越多的网络服务运行在世界各地的数据中心服务器中,并利用数据中心之间的物理链路构建覆盖网络(overlay network),以充分利用数据中心之间链路的网络资源。为了实现高效地构建覆盖网络,以及灵活地调度覆盖网络中传输流量的目的,该文提出了一种基于OpenFlow协议的覆盖网络路由器软件(software overlay router,SOR)。首先,SOR构建在被广泛使用的开源软件Open vSwitch和OpenVPN基础上,既能满足快速部署的要求,又能降低软件的开发和维护成本;其次,SOR使用基于OpenFlow协议的有状态隧道间流量调度(traffic engineering of multi tunnels,TEOFMT)算法,通过维护一张TCP/UDP报文的四元组映射表,依据该映射表来修改报文,最终根据内核路由表将报文转发到相应的隧道中来实现灵活调度流量的目的。该文在中国教育网的数据中心之间搭建覆盖网络,并利用带宽测量工具iPerf和DVTS-SASM(digital video transport system-scalable application specific measurement)来测量覆盖网络的链路带宽,测量数据表明利用SOR来构建覆盖网络能够极大地提高网络链路资源的利用率。
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    基于能效的单频网广播小区部署优化算法  收藏
    陈皇卿, 钟晓峰, 王京
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 170-174.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.002
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1216KB)
    与单小区多播/广播技术相比,多播/广播单频网络技术可以提高用户设备接收信号的频谱效率。使用单频网络将热门数据广播推送给目标用户设备,能够大大节约传输资源。在单频网络区域中对同一数据有需求的用户设备越多,使用广播推送能达到的能量效率越高。在连续广域覆盖网络下,该文提出一种基于能效指标的单频网广播小区部署优化算法,具有计算复杂度低的特点。基于随机几何蜂窝网络模型的仿真结果表明:与单播、单小区广播等模式相比,该算法能明显提升能量效率,提升程度与目标用户设备的分布紧密相关。
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    汉语无标记疑问句的语调分析与建模  收藏
    许小颖, 赖玮, 李雅, 丁星光, 陶建华
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 175-180.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.001
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1425KB)
    语音工程中疑问句基频的生成有赖于对疑问句语调走势的全局把握与量化建模。该文以疑问句和陈述句的音高曲线的回归线代表语调走势,结合实验语料和自然语料对二者语调进行分析。发现音高曲线的回归斜率是区别陈述句与疑问句语调的重要韵律特征,该特征受句子长度、时域范围等因素影响,在2种句型中有不同的表现。用反函数对疑问句语调斜率的变化规则进行建模,取得了较高的拟合优度,为疑问句语调走势的预测与生成提供了可靠依据。
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    核能与新能源工程
    适用于粒子法的精准连续表面力模型  收藏
    孙晨, 姜胜耀, 段日强
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 181-187.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.002
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (1302KB)
    针对粒子法中表面张力计算的准确性问题,该文对连续表面力(continuum surface force,CSF)模型进行了改进。在采用一种几何法精准识别界面粒子的基础上,曲率由仅需考虑作用域内界面粒子的单位法线面散度计算得到,且表面张力仅作用于界面粒子。圆和椭圆的曲率计算结果表明,改进后的模型在合适的分辨率和光滑长度下可实现较高的曲率计算精度。采用移动粒子半隐式(moving particle semi-implicit,MPS)方法对表面张力作用下的方形液滴振荡和液滴碰撞过程进行了二维单相流动模拟,模拟结果的振荡周期与理论值接近,液滴形状合理且表面光滑,表明改进后的CSF模型可准确地模拟动态算例中的表面张力作用。
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    HTR-PM主氦风机电机冷却性能分析  收藏
    莫非, 张佑杰, 王宏, 张勤昭
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 188-191.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.005
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1573KB)
    HTR-PM(high temperature reactor-pebblebed modules)主氦风机是高温气冷堆的重要部件,使用氦气作为工作介质。由于空间结构限制,主氦风机采用了自带风冷的一体化结构,通过专设冷却装置将电机热量带出。为了能针对性地设计辅助叶轮,需要得到电机冷却流道的流动特性和传热特性等热工参数。该文针对主氦风机特殊的冷却流道进行了实验研究,通过对氮气工质下的实验获得了HTR-PM的特殊风冷系统的流动特性和传热特性,并向氦气工质下的特性进行类推。根据实验分析和理论计算,给出了冷却系统的优化方案。该方案将为下一步HTR-PM主氦风机辅助叶轮的设计和优化提供重要基础。
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    水利水电工程
    井点降水法处理可液化地基的振动台试验  收藏
    陈宇龙, 张科
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 192-197.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.001
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (4334KB)
    减饱和法是近年来提出的一种可液化地基处理方法,其基本原理是通过工程措施减小饱和砂土地基中的饱和度,将饱和砂土地基变成不饱和砂土地基,从而提高地基的抗液化强度,减轻地震时产生的液化震害。该文利用井点降水法,在砂土地基中布置排水管,考虑排水管的竖向布置、水平布置、倾斜布置以及联合布置,对井点降水法的抗液化效果进行了振动台模型试验。实验结果表明:排水管水平布置产生的超孔隙水压最小,抗液化效果最好;竖直布置次之;倾斜布置抗液化效果最不明显。在实际应用过程中,可以定期进行地基土体的排水作业,从而提高可液化地基的抗液化能力。
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    基于直/交流电试验方法的水泥基材料渗透性  收藏
    钱鹏, 徐千军
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 198-203.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.003
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1581KB)
    基于直流电通量和交流阻抗谱等2种电学测试方法,该文研究了水灰比和预处理方式对水泥基材料电学性质的影响,2种电学方法的试验结果表明:随着水灰比的增大,水泥基材料的直流电通量和交流连通孔隙电阻增大,抗氯离子渗透能力降低;饱水和饱盐2种预处理方式对直流电通量影响不大,测试得到的电通量和初始电流结果基本一致,但对交流阻抗谱试验而言,饱盐试件测得的电阻值较饱水试件低;连通孔隙电阻与电通量呈指数关系,而连通孔隙电阻与初始电阻则呈线性关系;对于饱盐预处理水泥基材料,可以结合初始电流和电通量综合评价水泥基材料的抗氯离子渗透性。
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    机械工程
    索驱动并联机器人可控刚度特性  收藏
    崔志伟, 唐晓强, 侯森浩, 项程远
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 204-211.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.010
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1931KB)
    在机器人与人交互过程中,机器人可能因刚度过大而对人或产品产生安全威胁。该文提出索驱动并联机器人静态刚度分析及索力分配方法,研究其可控刚度特性问题。首先,通过建立运动学和静力学方程对机器人进行受力分析,并通过引入线矢量和微分变换的方式,推导出结构矩阵对位姿微分的三维Hessian矩阵,建立静态刚度模型,分析索力与机器人刚度间的关系;其次,给出索力多边形计算算法,并研究索力分配方法,完成机器人刚度的有效控制;最后,通过计算实例验证该方法正确性与有效性。结果表明:该方法可以有效控制机器人的系统刚度。
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    汽车工程
    微型客车后驱动桥多轴耦合疲劳试验仿真  收藏
    董智超, 王霄锋, 楼位鹏, 黄元毅, 钟明
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 212-216.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.004
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2083KB)
    汽车行驶时悬架系统承受着来自路面的载荷冲击,保证其耐久性是汽车设计中非常重要且急需解决的关键问题之一,多轴向加载的室内道路模拟疲劳试验被广泛采用。为了进一步缩短汽车研发周期,降低研发成本以提高市场竞争力,该文建立了后驱动桥的动态有限元模型,依照实验室道路模拟疲劳试验的基本原理,通过编制MATLAB程序实现了系统频响函数识别、根据目标信号和频响函数反求动态载荷、计算动态响应与目标信号的误差等功能。仿真结果表明:后驱动桥目标信号测点的应力应变时间历程复现综合误差均在5%以内,并预测出该悬架系统的疲劳强度危险点位于截面尺寸突变的区域。
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    土木工程
    C4A3$-CaSO4-CaO体系中CaO水化活性与膨胀特性关系  收藏
    韩建国, 阎培渝, 张友海
    清华大学学报(自然科学版). 2018, 58 (2): 217-224.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.26.003
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (2106KB)
    该文分析了2种CCC(C4A3$-CaSO4-CaO)体系在混凝土中的作用效果,揭示了掺入CCC体系的混凝土产生失水膨胀的原因。测试了2种CCC体系对混凝土工作性、抗压强度、自收缩和干燥收缩、水化热、XRD图谱的影响。CCC体系中的CaO组分由于制备阶段的死烧或低水胶比条件下水化过程受阻,不能在水化早期阶段完成水化;之后,非饱水条件下CaO通过原位反应产生膨胀,使得混凝土表现出失水膨胀现象。结果表明:CCC体系可有效补偿混凝土的自收缩和干燥收缩。研究结果揭示了CCC体系中组分活性与膨胀特性的关系。CCC体系制备过程中应避免对CaO组分的死烧;同时,低水胶比混凝土中应降低CCC体系的掺量。
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