• 2022年第31卷第10期文章目次
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    • 模糊测试改进技术评估

      2022, 31(10):1-14. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008680

      摘要 (341) HTML (226) PDF 2.41 M (441) 评论 (0) 收藏

      摘要:模糊测试技术在发现真实程序漏洞中具有突出效果. 近年来, 模糊测试改进技术受到了相关学者的广泛关注, 大量的优化模糊测试工具被相继提出, 被提出的优化模糊测试工具多数结合了多种改进技术以期望达到更好的效果. 然而, 当前仍然缺乏对单一模糊测试改进技术的系统性评估与分析. 本文首先基于4个指标, 设计建立了一个针对单一模糊测试改进技术的评估体系, 然后基于所提出的评估体系, 对近年提出的先进模糊测试工具中集成的多个单一模糊测试改进算法进行了多组实验以评估不同改进技术类别中各个单一改进技术的改进效果, 并结合实验数据与实际算法设计和代码实现进行分析. 我们希望通过对单一模糊测试改进技术的评估与分析能够对未来的模糊测试改进研究工作提供帮助.

    • 基于局部流形注意力的人脸表情识别

      2022, 31(10):15-24. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008707

      摘要 (265) HTML (242) PDF 3.99 M (371) 评论 (0) 收藏

      摘要:人脸表情识别在各种人机交互场景中有广泛的应用, 但在表情模糊或存在遮挡情况下, 现有的表情识别方法效果并不理想. 针对表情模糊和遮挡问题, 本文提出了一种基于局部流形注意力(SPD-Attention)的网络架构, 利用流形学习得到具有更强描述能力的二阶统计信息以加强对表情细节特征的学习, 抑制遮挡区域无关特征对网络的影响. 同时, 针对流形学习过程中由于对数计算导致的梯度消失和爆炸, 本文提出了相应的正则约束加速网络收敛. 本文在公开表情识别数据集上测试了算法效果, 与VGG等经典方法相比取得了显著提升, 在AffectNet、CK+、FER2013、FER2013plus、RAF-DB、SFEW上正确率分别为: 57.10%、99.01%、69.51%、87.90%、86.63%、49.18%, 并在模糊、遮挡表情数据集上相比于Covariance Pooling等目前先进方法提升了1.85%.

    • >综述文章
    • 基于机器学习的短期负荷预测算法综述

      2022, 31(10):25-35. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008734

      摘要 (269) HTML (444) PDF 1.52 M (386) 评论 (0) 收藏

      摘要:为维持电网稳定, 各种负荷预测方法层出不穷, 但由于算法泛化能力、模型复杂度等自身特点不同, 使其对于负荷预测的适用性存在差异. 本文讨论了近5年短期电力负荷预测的国内外研究现状, 从实验数据集、数据预处理、预测算法、优化模型以及评估方法等多个维度对当前电力负荷预测研究现状进行整体概述, 同时总结各种预测算法的优缺点与适用性, 对短期电力负荷预测系统的发展趋势进行总结与展望, 以期为未来电力系统负荷预测模型选择提供参考.

    • 基于深度学习的二维人体姿态估计算法综述

      2022, 31(10):36-43. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008711

      摘要 (295) HTML (572) PDF 1.87 M (552) 评论 (0) 收藏

      摘要:二维人体姿态估计作为人体动作识别的基础, 随着深度学习和神经网络的流行已经成为备受学者关注的研究热点. 与传统方法相比, 深度学习能够得到更深层图像特征, 对数据的表达更准确, 因此已成为研究的主流方向. 本文主要介绍了二维人体姿态估计算法, 首先根据检测人数分为单人姿态估计与多人姿态估计两类, 其次对单人姿态估计分为基于坐标回归与基于热图检测的方法; 对多人姿态估计可分为自顶向下(top-down)和自底向上(bottom-up)的方法. 最后介绍了姿态估计常用数据集以及评价指标对部分多人姿态估计算法的性能指标进行了对比, 并对人体姿态估计研究所面临的问题与发展趋势进行了阐述.

    • 基于语音驱动的三维人脸动画技术综述

      2022, 31(10):44-50. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008776

      摘要 (223) HTML (613) PDF 986.44 K (416) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着三维数字虚拟人的发展, 语音驱动三维人脸动画技术已经成为虚拟人交互的重要研究热点之一. 其关键技术在于语音-视觉映射模型的建立以及三维人脸动画的合成. 首先分析了音-视素匹配法和音-视觉参数映射两类方法的特点; 之后阐述了目前三维人脸模型的建立方法, 并依据三维人脸模型的表示方法不同, 分析了不同运动控制方法的优缺点; 然后阐述了语音驱动三维人脸动画的主观评价和客观评价方法; 最后总结了语音驱动三维人脸动画技术的未来发展方向.

    • 基于集成SVM和Bagging的未知恶意流量检测

      2022, 31(10):51-59. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008730

      摘要 (212) HTML (183) PDF 1.48 M (326) 评论 (0) 收藏

      摘要:未知恶意网络流量检测是异常检测领域亟待解决的核心问题之一. 从高速网络数据流中获取的流量数据往往具有不平衡性和多变性. 虽然在恶意网络流量异常检测特征处理和检测方法方面已存在诸多研究, 但这些方法在同时解决数据不平衡性和多变性以及模型检测性能方面仍存在不足. 因此, 本文针对未知恶意网络流量检测目前存在的困难, 提出了一种基于集成SVM和Bagging的未知恶意流量检测模型. 首先, 针对网络流量数据的不平衡性, 提出一种基于Multi-SMOTE过采样的流量处理方法, 以提高流量处理后的特征质量; 第二, 针对网络流量数据分布的多样性, 提出一种基于半监督谱聚类的未知流量筛选方法, 以实现从具有多样分布的混合流量中筛选出未知流量; 最后, 基于Bagging思想, 训练了集成SVM未知恶意流量检测器. 实验结果表明, 本文所提出的基于集成SVM与Bagging的未知流量攻击类型检测模型在综合评价(F1分值)上优于目前同类未知恶意流量检测方法, 同时在不同数据集上具有较好的泛化能力.

    • 改进的车载全息透明影像方法

      2022, 31(10):60-71. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008785

      摘要 (262) HTML (198) PDF 4.46 M (275) 评论 (0) 收藏

      摘要:汽车本身的结构, 决定了汽车周围存在大量视野盲区, 驾驶员无法对行车周围环境做出准确判断, 不利于安全驾驶. 全息透明影像能够为驾驶员提供行车周围以及车底全部盲区信息辅助安全驾驶. 为解决图像拼接处有明显拼接缝的问题, 提出了基于距离的Alpha图像拼接算法, 并为拼接算法重新设计了三维模型. 对透明底盘功能做了如下3方面优化. 改进自行车模型算法, 在不影像效果的前提下, 减小了计算复杂度. 利用查表法提高方向盘角度转换为轮转角的精度, 解决了透明底盘与周围拼接错位问题. 采用分层渲染的方法, 优化透明底盘功能拼接缝问题. 实验表明该技术能够有效地提升渲染效果.

    • 面向电力系统的可视化页面编辑引擎

      2022, 31(10):72-79. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008714

      摘要 (201) HTML (148) PDF 1.22 M (338) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电力系统前端技术多样性和手工编码方式效率低无法满足需求的快速增长的问题, 结合组件化设计思想、可视化和虚拟DOM技术, 设计实现了一种面向电力系统的可视化低代码页面编辑引擎. 页面构建过程中采用虚拟DOM技术, 适用于绝大部分场景页面的高性能渲染, 设计了统一数据模型实现异构多源数据的统一接入和多组件数据共享, 并提出基于多类型模板的页面编辑思想, 满足业务系统多样化集成需求. 实践结果表明, 该系统能够提供低代码、低门槛的敏捷高效开发, 大大地提高了电力系统前端页面的开发效率.

    • 雾辅助智能电网中容错隐私保护数据聚合方案

      2022, 31(10):80-89. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008727

      摘要 (193) HTML (99) PDF 2.81 M (344) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对雾辅助智能电网数据收集过程中存在的隐私泄露问题, 本文提出一种新的支持容错的隐私保护数据聚合方案. 首先, 结合BGN同态加密算法和Shamir秘密共享方案确保电量数据的隐私性. 同时, 基于椭圆曲线离散对数困难问题构造高效的签名认证方法保证数据的完整性. 特别地, 方案具有两种容错措施, 当部分智能电表数据无法正常发送或部分云服务器遭受攻击而无法工作时, 方案仍然能够进行聚合统计. 安全分析证明了方案满足智能电网的安全需求; 性能实验表明, 与已有方案相比, 本文方案计算和通信性能更优.

    • 民航机场运动目标实时运动仿真

      2022, 31(10):90-98. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008722

      摘要 (138) HTML (114) PDF 6.30 M (286) 评论 (0) 收藏

      摘要:对机场地面保障过程中的地面运动目标实时运动过程建立数据关联模型和运动仿真数学模型, 基于GIS地理数据与图形设备接口(GDI+), 结合多线程技术与并发同步机制对仿真程序加以改进; 仿真过程中利用改进的A*算法确定机场运动目标行驶最佳路径, 结合数据可视化技术实时监测目标运动状态, 最终利用复演法进行多次试验对仿真结果进行统计分析. 该仿真模型现已应用于机场地面保障流程推演、机场应急预案验证、机场航班运输决策等多个领域, 对提高机场航班过站保障能力具有重要意义.

    • 移动边缘计算网络中的资源分配与定价

      2022, 31(10):99-107. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008754

      摘要 (231) HTML (170) PDF 1.39 M (253) 评论 (0) 收藏

      摘要:移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)使移动设备(mobile device, MD)能够将任务或应用程序卸载到MEC服务器上进行处理. 由于MEC服务器在处理外部任务时消耗本地资源, 因此建立一个向 MD 收费以奖励MEC服务器的多资源定价机制非常重要. 现有的定价机制依赖于中介机构的静态定价, 任务的高度动态特性使得实现边缘云计算资源的有效利用极为困难. 为了解决这个问题, 我们提出了一个基于Stackelberg博弈的框架, 其中MEC服务器和一个聚合平台(aggregation platform, AP)充当跟随者和领导者. 我们将多重资源分配和定价问题分解为一组子问题, 其中每个子问题只考虑一种资源类型. 首先, 通过MEC服务器宣布的单价, AP通过解决一个凸优化问题来计算MD从MEC服务器购买的资源数量. 然后, MEC服务器计算其交易记录, 并根据多智能体近端策略优化(multi-agent proximal policy optimization, MAPPO)算法迭代调整其定价策略. 仿真结果表明, MAPPO在收益和福利方面优于许多先进的深度强化学习算法.

    • 基于ElGamal的同态云端密文存储检索方案

      2022, 31(10):108-115. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008629

      摘要 (210) HTML (129) PDF 1.54 M (245) 评论 (0) 收藏

      摘要:云端数据存储的安全性和检索效率是网络空间安全亟待解决的问题之一. 本文提出了一个新的密文检索模型, 并在此基础上利用ElGamal同态密码算法和SM4分组密码算法, 设计了一种基于混合同态加密的云端密文存储检索方案. 首先, 该检索方案能够在数据上传、检索和下载的过程中, 保证数据的安全, 可用于个人云端U盘等应用场景. 其次, 对该方案的正确性和安全性进行分析. 最后, 通过实验的方式对方案的正确性进行了证明. 实验结果表明该方案在保证数据安全的情况下, 检索结果正确, 效率高.

    • 集装箱病媒生物视觉探寻系统

      2022, 31(10):116-121. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008670

      摘要 (183) HTML (103) PDF 8.75 M (262) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统集装箱病媒生物检测局限于人工检测的问题, 设计了一款基于机器视觉的集装箱病媒生物视觉探寻系统. 系统通过可遥控智能车采集实时视频以及抓取病媒生物的活动, 进而通过深度学习和隔帧检测的方法识别遥控车回传视频中的病媒生物. 系统以YOLOv5模型为训练核心, 采用模块化结构, 实现了集装箱病媒生物的视觉检测. 利用机器视觉提高了检测效率, 为进一步利用机器人检测病媒生物奠定了基础.

    • 基于STM R-CNN的热轧带钢表面缺陷检测

      2022, 31(10):122-133. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008739

      摘要 (248) HTML (184) PDF 3.16 M (261) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高工业热轧带钢表面缺陷检测的检测精度, 将深度学习研究领域的前沿技术应用于带钢表面缺陷检测. 提出了一种以Swin Transformer作为骨干特征提取网络, 级联多阈值结构作为输出层的热轧带钢表面缺陷检测算法. 将Transformer结构应用于带钢表面缺陷检测领域, 与单纯基于卷积网络的深度学习目标检测算法相比, 能够达到更加精确的检测效果. 首先, 使用Swin Transformer作为骨干特征提取网络代替常规的残差网络结构, 增强特征网络对隐含在图像中的深层语义信息的摄取能力. 其次设计多级联检测结构, 设置逐级的IoU阈值, 实现检测精度与阈值提升的权衡. 最后使用柔性非极大值抑制(Soft-NMS)、FP16混合精度训练和SGD优化器等训练策略加速模型收敛和提升模型性能. 实验结果表明: 本文算法在工业热轧带钢数据集(NEU-DET)上相较于YOLOv3、YOLOF、DeformDetr、SSD512和SSDLit等深度学习算法都有更好的检测效果, 在裂纹(crazing, Cr)、夹杂(inclusion, In)、斑块(patches, Pa)、麻点(pitted surface, PS)、压入氧化铁皮(rolled-inscale, RS)、以及划痕(scratches, Sc)等表面缺陷检测中训练速度和检测精度都有显著的提升, 漏检率显著降低.

    • 基于改进U-Net的下肢骨骼CT图像分割

      2022, 31(10):134-141. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008746

      摘要 (289) HTML (206) PDF 1.77 M (283) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对骨骼CT图像对比度较低、特征不明显、现有算法对骨骼特征提取不充分的问题, 本文提出了一种基于U-Net的改进网络来实现骨骼数据的精确分割. 在网络编码阶段, 使用密集连接的空洞卷积模块加强骨骼特征的提取; 在网络解码阶段, 使用结合注意力机制的融合模块充分利用空间信息与语义信息, 改善骨骼信息丢失的问题. 改进算法在人体下肢骨骼CT数据集中Dice系数达89.44%, IoU系数达80.55%. 与U-Net模型相比, Dice系数提高了5.1%, IoU系数提高了7.63%. 实验结果表明, 提出的优化算法对下肢骨骼CT图像可以达到精确分割的效果, 对骨科疾病的治疗与术前规划提供了参考.

    • 基于教与学策略的动态变异花授粉算法

      2022, 31(10):142-155. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008737

      摘要 (248) HTML (117) PDF 1.87 M (230) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了进一步提升花授粉算法的优化性能, 本文提出一种融入改进的教与学优化策略及动态高斯变异的新花授粉算法. 该算法先用教机制中改进的教学因子得到的最优个体与其他个体间的促进作用来提高算法的收敛速度; 同时运用种群个体之间相互学习的学机制来保持种群的多样性, 从而提升算法的优化精度; 然后, 当检测到算法陷入早熟时, 则对种群的中间个体进行动态高斯变异, 增加个体之间的差异性, 避免算法早熟, 进而提升算法的综合优化能力. 通过对16个标准函数的优化结果实验和非参数统计检验分析对比, 证明了该算法的有效性; 并与其他改进的花授粉算法进行比较分析, 结果显示本文算法优势较显著. 最后, 运用新算法对伸缩绳应用问题进行求解, 亦获得较好的优化结果.

    • 基于分类DQN的建筑能耗预测

      2022, 31(10):156-165. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008692

      摘要 (187) HTML (108) PDF 2.64 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出一种可用于建筑能耗预测的基于KNN分类器的DQN算法——K-DQN. 其在利用马尔科夫决策过程对建筑能耗进行建模时, 针对大规模动作空间问题, 将原始动作空间缩减进而提高算法的预测精度及收敛速率. 首先, K-DQN将原始动作空间平均划分为多个子动作空间, 并将每个子动作空间对应的状态分为一类, 以此构建KNN分类器. 其次, 利用KNN分类器, 将不同类别相同次序动作进行统一表示, 以实现动作空间的缩减. 最后, K-DQN将状态类别概率与原始状态相结合, 在构建新状态的同时, 帮助确定缩减动作空间内每一动作的具体含义, 从而确保算法的收敛性. 实验结果表明, 文章提出的K-DQN算法可以获得优于DDPG、DQN算法的能耗预测精度, 且降低了网络训练时间.

    • 残差密集块的卷积神经网络图像去噪

      2022, 31(10):166-174. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008742

      摘要 (184) HTML (354) PDF 1.88 M (268) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对加性高斯白噪声的图像信噪比低, 图像细节丢失问题, 结合现有卷积神经网络算法, 提出了一种基于残差密集块的卷积神经网络图像去噪模型. 该模型通过引入多级残差网络和密集连接, 并对整体网络使用Leaky ReLU激活函数, 去除不同等级强度噪声的同时, 更好保留图像的有效信息, 有效避免特征丢失. 本文提出算法和深度卷积神经网络残差学习(DnCNN)模型对比, 本文提出的模型在Set12和BSD68测试集上峰值信噪比平均提升了约0.12 dB, 结构相似性平均提升了约0.008 6, 通过观察实验效果, 表明该模型能够充分提取图像特征, 保留图像细节, 同时降低网络计算的复杂度.

    • 自适应人脸多区域分析的视频心率检测

      2022, 31(10):175-183. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008702

      摘要 (181) HTML (123) PDF 2.25 M (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:心率是衡量人体心血管健康状况和情绪压力的重要生理参数. 然而, 基于视频的非接触式心率检测技术在真实场景中, 会由于人脸运动和光照变化等导致检测准确性的降低. 为了解决上述问题, 考虑到心率检测算法中感兴趣区域(region of interest, ROI)的选取与检测准确度高度相关. 故提出一种自适应超像素分割多区域综合分析的心率检测新方法. 首先利用人脸检测和追踪算法, 裁切获得人脸图像; 之后采用自适应超像素分割算法将ROI划分成互不重叠的子块; 再通过色度特征提取构建各子块原始血液容积脉搏矩阵; 最后对脉搏矩阵使用多指标综合分析并挑选出最佳区域进行心率估计. 实验结果表明, 通过自适应超像素分割和多区域分析优选可以有效提升心率检测准确性. 在静止状态下和运动干扰条件下准确性分别达到99.1%和95.6%, 光照干扰条件下准确性相对传统方法最高提升8.2%. 增强了真实场景下心率检测的鲁棒性.

    • 基于背景差分与最大熵的轨面缺陷分割

      2022, 31(10):184-190. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008675

      摘要 (159) HTML (103) PDF 1.45 M (221) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高钢轨表面缺陷检测的效率和准确率, 提出了一种基于背景差分与最大熵的轨面缺陷检测算法. 首先建立钢轨图像背景模型并将原图像与背景图进行差分操作, 以此来避免光照变化和反射不均的影响, 更准确地突出缺陷区域; 然后将改进的遗传算法与最大熵值法相结合来寻找最佳分割阈值并对差分图进行二值化, 通过结合改进遗传算法加快了最大熵值法的运算速度; 最后对二值图进行滤波操作, 完成钢轨表面缺陷的分割. 仿真结果表明该方法能够更加快速准确地分割出缺陷, 精确率、召回率和正确率分别达88.6%、93.4%和90.6%.

    • 基于改进FA 算法的河流突发水污染事件溯源

      2022, 31(10):191-198. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008767

      摘要 (231) HTML (120) PDF 1.93 M (254) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对河流突发水污染事件的溯源问题, 利用正向和逆向质量概率密度之间的耦合关系, 实现污染源的位置、排放时间和污染源排放强度之间解耦, 并结合一维水体扩散模型和美国特拉基河示踪剂实验监测数据, 建立了基于改进萤火虫算法的河流突发水污染事件溯源求解方法. 在求解过程中将监测数据划分为训练集和实验集, 通过训练集数据利用改进的萤火虫算法对河流的水文参数进行调整, 在实验集采用调整后的水文参数, 并通过不同监测断面数据独立求解, 通过方差分析结果, 排除了溯源误差较大的监测断面数据. 研究结果表明, 溯源结果精度较高, 并具有对监测数据的纠错能力, 对实际河流突发水污染事件具有一定的指导意义.

    • 提升联邦学习通信效率的梯度压缩算法

      2022, 31(10):199-205. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008748

      摘要 (217) HTML (451) PDF 1.58 M (319) 评论 (0) 收藏

      摘要:联邦学习通过聚合客户端训练的模型, 保证数据留在客户端本地, 从而保护用户隐私. 由于参与训练的设备数目庞大, 存在数据非独立同分布和通信带宽受限的情况. 因此, 降低通信成本是联邦学习的重要研究方向. 梯度压缩是提升联邦学习通信效率的有效方法, 然而目前常用的梯度压缩方法大多针对独立同分布的数据, 未考虑联邦学习的特性. 针对数据非独立同分布的联邦场景, 本文提出了基于投影的稀疏三元压缩算法, 通过在客户端和服务端进行梯度压缩, 降低通信成本, 并在服务端采用梯度投影的聚合策略以缓解客户端数据非独立同分布导致的不利影响. 实验结果表明, 本文提出的算法不仅提升了通信效率, 而且在收敛速度和准确率上均优于现有的梯度压缩算法.

    • 基于层次密度聚类的去噪自适应混合采样

      2022, 31(10):206-210. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008752

      摘要 (261) HTML (141) PDF 830.90 K (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对非平衡数据存在的类内不平衡、噪声、生成样本覆盖面小等问题, 提出了基于层次密度聚类的去噪自适应混合采样算法(adaptive denoising hybrid sampling algorithm based on hierarchical density clustering, ADHSBHD). 首先引入HDBSCAN聚类算法, 将少数类和多数类分别聚类, 将全局离群点和局部离群点的交集视为噪声集, 在剔除噪声样本之后对原数据集进行处理, 其次, 根据少数类样本中每簇的平均距离, 采用覆盖面更广的采样方法自适应合成新样本, 最后删除一部分多数类样本集中的对分类贡献小的点, 使数据集均衡. ADHSBHD算法在7个真实数据集上进行评估, 结果证明了其有效性.

    • 面向设备开关图像识别的改进Faster R-CNN

      2022, 31(10):211-224. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008753

      摘要 (235) HTML (150) PDF 3.87 M (249) 评论 (0) 收藏

      摘要:在大型工业厂房中, 由于设备控制开关种类繁多、数量庞大, 在日常的运维过程中, 操作规程的繁杂性和人为判断的主观性可能导致操作失误, 造成严重后果. 为辅助操作人员准确判断设备开关状态是否正确, 提出了面向设备开关状态识别的改进Faster R-CNN. 首先, 使用膨胀残差网络作为特征提取网络, 在ResNet50中引入多分支膨胀卷积, 融合不同感受野的信息; 其次, 改进特征金字塔网络, 在原网络上增加一条自底向上的特征增强分支, 融合多尺度的特征信息; 然后, 使用K-means++算法对开关边界框聚类, 设计适合设备开关的候选框尺寸; 最后, 使用Soft-NMS代替非极大值抑制算法NMS来降低开关重叠对检测效果的影响, 增强抑制重叠候选框的能力. 在开关状态数据集上, 改进Faster R-CNN的均值平均精度(mAP)达到了91.5%, 并且已实际应用于抽水蓄能电站日常运维的设备开关状态辅助识别, 满足复杂场景下的智能监管需求.

    • 基于属性分割的差分隐私异构多属性数据发布

      2022, 31(10):225-235. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008733

      摘要 (151) HTML (105) PDF 1.95 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有多属性数据隐私发布方法无法兼顾属性的敏感性差异和计算效率低的问题, 提出了一种基于属性分割的差分隐私异构多属性数据发布方法HMPrivBayes. 首先, 设计了满足差分隐私的谱聚类算法分割原始数据集, 其中相似矩阵的生成借助于属性最大信息系数. 其次, 借助属性信息, 该方法使用满足差分隐私的改进贝叶斯网络构建算法分别为每个数据子集构建贝叶斯网络. 最后, 以属性归一化风险熵为权重分配隐私预算, 对贝叶斯网络提取的属性联合分布添加异构噪声扰动, 实现了异构多属性数据保护. 实验结果表明, HMPrivBayes可以在减少注入合成数据集中噪声量的同时, 提高合成数据计算效率.

    • 基于XGBoost-PredRNN++的海表面温度预测

      2022, 31(10):236-244. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008731

      摘要 (280) HTML (283) PDF 1.83 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:准确预测海表面温度对于海洋渔业生产、海洋动力环境信息预测预报等至关重要. 传统数值预报方法计算代价大、时效差, 而现有基于数据驱动的海表温预测方法大都针对单个观测点进行海表温预测, 不适合预测由多个观测点构成的某个区域的海表面温度, 而现有的区域海表温预测方法的预测精度仍然有待提高. 为此, 本文提出了一种基于XGBoost结合PredRNN++的区域海表温预测方法(XGBoost-PredRNN++), 该方法首先将海表面温数据处理成灰度图片, 然后利用XGBoost模型来提取每个点的时间特征; 在此基础上, 采用CNN网络将时间特征融合到原始海表温数据中, 同时提取出海表温数据之间的空间依赖关系; 最后利用PredRNN++时间序列预测模型提取整个海表温序列之间的时空关联关系, 从而实现了区域海表温度的高精度预测. 一系列实验结果表明, 本文提出的方法具有较高预测精度和效率, 明显优于现有预测方法.

    • 结合RoBERTa与多策略召回的医学术语标准化

      2022, 31(10):245-253. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008757

      摘要 (278) HTML (128) PDF 1.43 M (340) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的基于模板匹配、人工构建特征、语义匹配等解决术语标准化的方案, 往往会存在术语映射准确率不高, 难以对齐等问题. 本文结合医疗领域的文本中术语口语化、表达多样化的特点, 使用了多策略召回和蕴含语义评分排序模块来提升医学术语标准化效果. 在多策略召回模块中使用了基于Jaccard相关系数、TF-IDF、历史召回方法进行召回, 在蕴含语义评分模块使用了RoBERTa-wwm-ext作为判分语义模型. 首次在医学专业人员标注的基于SNOMED CT标准的中文数据集上验证了可用性. 实验证明, 在医疗知识特征的处理中, 本方法能够在医学术语标准化实际应用上达到不错的效果, 具有很好的泛化性及实用价值.

    • 基于机器视觉的台架上钢坯位置分割

      2022, 31(10):254-260. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008782

      摘要 (199) HTML (178) PDF 2.42 M (232) 评论 (0) 收藏

      摘要:钢坯通过航车从库存调度到台架, 然后从台架经轨道到达炉前, 以往是人工控制机械将台架上的钢坯推到轨道上的. 这个过程的自动化实现需要知道钢坯在台架上的实时的位置分布, 以便于自动控制推钢机. 本文通过机器视觉方法实现台架上钢坯的实时定位, 提出了以U-Net为基础网络, 结合经典ResNet网络中的残差块, 实现了钢坯横向位置的精确分割. 实验结果和现场应用测试表明, 本文方法的分割精度能够达到工业现场的控制需求.

    • 基于融合几何特征时空图卷积网络的动作识别

      2022, 31(10):261-269. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008729

      摘要 (183) HTML (229) PDF 1.33 M (303) 评论 (0) 收藏

      摘要:最近, 基于骨架的动作识别研究受到了广泛关注. 因为图卷积网络可以更好地建模非规则数据的内部依赖, ST-GCN (spatial temporal graph convolutional network)已经成为该领域的首选网络框架. 针对目前大多数基于ST-GCN的改进方法忽视了骨架序列所蕴含的几何特征. 本文利用骨架关节几何特征, 作为ST-GCN框架的特征补充, 其具有视觉不变性和无需添加额外参数学习即可获取的优势, 进一步地, 利用时空图卷积网络建模骨架关节几何特征和早期特征融合方法, 构成了融合几何特征的时空图卷积网络框架. 最后, 实验结果表明, 与ST-GCN、2s-AGCN和SGN等动作识别模型相比, 我们提出的框架在NTU-RGB+D数据集和 NTU-RGB+D 120数据集上都取得了更高准确率的效果.

    • 基于集成迁移学习的机械钻速预测

      2022, 31(10):270-278. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008726

      摘要 (168) HTML (170) PDF 1.88 M (285) 评论 (0) 收藏

      摘要:在钻井过程中, 钻速是指机械钻头破岩加深钻口的速度, 是反映钻井效率的一个重要指标. 近年来机器学习方法被应用于机械钻速预测, 然而实践中发现这些方法应用于新油田时, 预测精度显著下降, 主要原因是新油田可供学习训练的数据通常很少甚至完全缺失. 因此提升针对新油田的机械钻速预测性能是一个有待解决的问题. 针对该问题, 本文提出了一种基于迁移学习的跨油田机械钻速预测方法, 构建了一种带物理约束的集成迁移回归模型预测新油田的机械钻速. 在真实钻井数据集上的实验表明, 本文提出的机械钻速预测方法是有效的, 预测精度也显著优于目前主流的同类方法.

    • 基于位置特征和句法依存树的可度量数量信息抽取模型

      2022, 31(10):279-287. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008747

      摘要 (218) HTML (145) PDF 2.05 M (287) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着医疗信息化水平的不断提高, 电子病历得到了越来越广泛的应用, 其中的非结构化文本包含大量蕴含患者病况信息的可度量数量信息, 由于实体与数量信息表述的复杂性, 从非结构化电子病历文档中精准抽取可度量数量信息是一个重要的挑战. 本文基于双向门控循环单元提出了结合相对位置特征与注意力机制的RPA-GRU模型, 通过将相对位置特征融入注意力机制更新双向门控循环单元输出, 识别实体与数量信息. 并基于重构句法依存树的图注意力网络学习图级表示提出GATM模型, 实现实体与数量信息的关联. 实验基于1 359份三甲医院烧伤科电子病历数据, 结果表明RPA-GRU模型与GATM模型在可度量数量信息识别和关联上分别获得97.58%与97.86%的F1值, 比表现最好的基线模型分别高出2.17%与1.74%, 验证了所提出模型的有效性.

    • 基于ESF密码算法改进的差分故障攻击

      2022, 31(10):288-294. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008764

      摘要 (206) HTML (97) PDF 1.03 M (235) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用置换层结构的特点及差分故障的基本思想, 提出一种针对ESF算法的差分故障攻击方法. 在第30轮多次注入1比特故障, 根据S盒的差分特性, 由不同的输入输出差分对, 得到不同的S盒的输入值集合, 取其交集可快速确定唯一的S盒的可能输入值, 分析得出最后一轮轮密钥. 采用同样的方法, 多次在第29轮、28轮注入1比特故障, 结合最后一轮轮密钥, 同样利用S盒的差分特性分析得出倒数第2轮、第3轮轮密钥. 共需约10个故障密文, 恢复3轮轮密钥后将恢复主密钥的计算复杂度降为222.

    • 基于孪生网络和字词向量结合的文本相似度匹配

      2022, 31(10):295-302. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008756

      摘要 (169) HTML (110) PDF 1.58 M (310) 评论 (0) 收藏

      摘要:文本相似度匹配是许多自然语言处理任务的基础, 本文提出一种基于孪生网络和字词向量结合的文本相似度匹配方法, 采用孪生网络的思想对文本整体建模, 实现两个文本的相似性判断. 首先, 在提取文本特征向量时, 使用BERT和WoBERT模型分别提取字和词级别的句向量, 将二者结合使句向量具有更丰富的文本语义信息; 其次, 针对特征信息融合过程中出现的维度过大问题, 加入PCA算法对高维向量进行降维, 去除冗余信息和噪声干扰; 最后, 通过Softmax分类器得到相似度匹配结果. 通过在LCQMC数据集上的实验表明, 本文模型的准确率和F1值分别达到了89.92%和88.52%, 可以更好地提取文本语义信息, 更适合文本相似度匹配任务.

    • 基于改进CenterNet的托盘定位方法

      2022, 31(10):303-309. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008728

      摘要 (163) HTML (216) PDF 1.43 M (253) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前, 托盘定位大多采用基于深度神经网络的目标检测算法, 一般使用矩形框进行托盘定位, 托盘中心点定位精度不高, 且无法有效估计托盘水平方向. 针对此问题, 本文提出了基于关键点检测的托盘定位方法, 通过检测托盘正面外轮廓的4个角点来定位托盘. 首先, 由于目前没有大规模的托盘数据集, 使用迁移学习的方法, 将CenterNet的人体姿态估计引入托盘定位任务. 然后改进关键点分组方法, 并提出关键点回归自适应补偿, 提高关键点检测精度. 在托盘关键点定位的基础上, 提出基于几何约束的托盘中心点计算和托盘水平方向估计方法. 本文方法与原CenterNet相比, 托盘关键点定位指标${{A}}{{{P}}^{{\text{kp}}}}$从0.352提高到0.728, 托盘中心点定位精度指标${{ALP}}$达到0.946, 并且可以有效估计托盘水平方向, 具有较高的实用价值.

    • 基于长种子的二代测序序列找全比对算法

      2022, 31(10):310-316. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008736

      摘要 (214) HTML (116) PDF 1.38 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:主流的二代测序序列找全比对算法采用种子扩展的方法, 由于长种子索引存在空间开销大或检索时间长的问题, 这类算法大多使用短种子而导致候选位置过多, 增加了比对的时间成本. 为此, 提出一种基于长种子的找全比对算法, 设计了一种空间开销低和检索时间适度的长种子哈希索引, 其通过模运算限制哈希空间并使用布隆过滤器识别同一存储位置上的不同种子. 长种子显著减少候选位置数量, 从而降低验证阶段的时间开销. 实验结果表明, 在人类基因序列测序数据集上, 该算法维持同等精度的同时比现有主流算法时间效率更高.

    • 基于改进GraphSAGE的高光谱图像分类

      2022, 31(10):317-322. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008706

      摘要 (177) HTML (117) PDF 1.76 M (290) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的图卷积网络节点嵌入过程中接受邻域范围小的问题, 本文提出了一种基于改进GraphSAGE算法的高光谱图像分类网络. 首先, 利用超像素分割算法对原始图像进行预处理, 减少图节点的个数, 既最大化保留了原始图像的局部拓扑结构信息, 又降低了算法的复杂度, 缩短运算时间; 其次, 采用改进的GraphSAGE算法, 对目标节点进行平均采样, 选用平均聚合函数对邻居节点进行聚合, 降低空间复杂度. 在公开的高光谱图像数据集Pavia University和Kenndy Space Center上与相关模型进行对比, 实验证明, 基于改进GraphSAGE算法的高光谱图像分类网络可以取得较好的分类结果.

    • 双通道深度主题特征提取的文章推荐模型

      2022, 31(10):323-328. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008735

      摘要 (207) HTML (118) PDF 972.57 K (249) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的文章推荐方法存在的冷启动、用户反馈稀疏以及相似度衡量准确性欠佳等问题, 本文提出了融合主题模型和预训练模型BERT的文章相似度计算模型(contextualized topic BERT, ctBERT). 给定查询, 该算法会计算查询与相关文章之间的相似度分数, 文章经过预处理分别输入独立的子模块进行特征抽取并计算相似度得分, 相似度得分与支撑集的个性化得分相结合以获得最终分数, 该方法将单样本学习整合进推荐框架中, 进一步取得了显著的改进. 本文在3个不同的数据集上的实验结果表明, 所提出方法在3个数据集上的NDCG标准均有提升, 例如在Aminer数据集上NDCG@3和NDCG@5标准比对比方法分别提高了6.1%和7.2%, 验证了该方法的有效性.

    • 基于核主元分析与核密度估计的非线性过程故障监测与识别

      2022, 31(10):329-334. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008732

      摘要 (148) HTML (121) PDF 1.26 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:在针对将核主元分析(kernel principal components analysis, KPCA)与基于高斯分布的控制限(control limits, CLS)相结合会降低其性能的问题, 提出了一种基于核主元分析与核密度估计(kernel principal components analysis-kernel density estimation, KPCA-KDE)相结合的非线性过程故障监测与识别方法. 该方法采用核密度估计(kernel density estimation, KDE)技术来估计基于KPCA的非线性过程监控的CLS. 通过研究KPCA和KPCA-KDE所有20个故障的检出率发现, 与相应的基于高斯分布的方法进行比较, KDE具有较高的故障检出率; 此外, 基于KDE的检测延迟等于或低于其他方法. 通过改变带宽和保留的主元数量进行故障检测, KPCA记录的FAR值较高, 相反, KPCA-KDE方法仍然没有记录任何假报警. 在田纳西伊斯曼过程(Tennessee Eastman, TE)上的应用表明, KPCA-KDE比基于高斯假设的CLS的KPCA在灵敏度和检测时间上都具有更好的监控性能.

    • 医学超声实时成像中周期性伪影的抑制

      2022, 31(10):335-345. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008762

      摘要 (194) HTML (111) PDF 7.30 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着科学技术的不断发展, 医学诊断技术也在不断的进步之中, 超声技术作为一种医学诊断手段已广泛地应用于各个医疗领域, 并且由于对人体的无害性以及能够动态且清晰地展现人体组织和器官的健康状态从而普遍得到了医生和患者的认可. 在超声技术的不断发展中, 人们对超声实时成像质量上的要求显著提高, 由于超声探头的材质例如陶瓷换能器制造的局限性以及在降低成本及帧速率等原因而采用的低通道扫描的折中方案所造成的噪点和伪影会遮挡人体组织和器官的有用信息从而严重影响医生的辅助诊断, 在超声领域如何进行图像及视频的增强和伪影的抑制成为一个重要的挑战. 本文首先描述了几种空间域抑制伪影的滤波算法及其局限性, 并提出了一种基于频率域的伪影抑制算法, 该算法能够良好的抑制在超声实时成像中的周期性伪影, 本文先通过正弦波模拟周期性伪影实验以突显其在频率域上的特性, 然后将超声图像进行二维傅立叶变换到频率域来对这些伪影进行抑制, 由于这些伪影具有周期性, 所以在频率域上具有明显的特征, 本文通过滑动窗口扫描结合阈值的算法模型找出频率域上对应这些伪影的集合, 然后根据频域的动态范围及给定的阈值来对集合中的这些疑似伪影的点进行压低处理, 再通过反傅立叶变换将超声图像变换到空间域上来从而得到处理后的图像. 通过这种方法, 能够提高超声图像对周期性伪影抑制且保留有用的信息, 能够提高医生对人体器官状况的判断结果的准确性.

    • 含分布式电源的配电网保护影响机理及故障定位

      2022, 31(10):346-355. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008667

      摘要 (153) HTML (111) PDF 2.88 M (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对分布式电源(distributed generation, DG)接入配电网使得传统的电流保护方法无法适用的问题, 本文以双馈线配电网线路作为研究对象, 首先分析了在线路不同位置发生三相短路故障时, DG分别接入馈线末端母线、非末端母线以及馈线首端母线时, 对线路中流经各个保护的短路电流大小影响, 在PSCAD软件建立配电网模型进行仿真分析, 因含DG的配电网发生短路故障动作值难以整定, 提出了一种基于智能电子设备(intelligent electronic device, IED)上传故障信息的矩阵算法, 并通过算例验证了该算法的准确性. 结果表明, DG接入馈线末端母线和非末端母线时, 故障发生在DG下游会造成故障区段保护误动作, 上游区段保护可能会拒动, 不利于故障定位与切除, 所提的矩阵算法适用于含DG的配电网, 无论单一故障或者多重故障, 都可实现故障区域的精准定位, 保证配电网安全可靠运行.

    • 基于KIV模型的脑电识别方法

      2022, 31(10):356-367. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008744

      摘要 (241) HTML (125) PDF 4.36 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:脑电信号具有动态、非线性和数值高度随机的特点, 针对传统的人工神经网络模型识别脑电信号时在特征提取和识别精度方面表现出的局限性, 本研究提出了一种新的识别方法, 使用KIV模型对脑电信号进行识别. 首先, 通过仿真实验, 分析了KIV模型不同的刺激下表现出的动力学特性. 接着, 使用KIV模型分别对癫痫脑电信号和情感脑电信号进行识别, 在实验过程中不进行特征提取, 直接将多通道原始脑电信号输入到KIV模型中, 在BONN和GAMEEMO数据集上分别获得了99.50%和90.83%的识别准确率. 研究结果表明, 与现有的模型相比, KIV模型具有较好的识别脑电信号的能力, 可为脑电识别提供帮助.

    • 基于多尺度高阶注意力机制的视网膜血管分割

      2022, 31(10):368-374. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008738

      摘要 (209) HTML (196) PDF 1.86 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:视网膜血管分割对于辅助医生诊断糖尿病性视网膜病变、黄斑萎缩、青光眼等眼科疾病具有重要意义. 注意力机制被广泛用于U-Net及其变体中以提高血管分割模型的性能. 为进一步提高视网膜血管的分割精度, 挖掘视网膜图像中的高阶及全局上下文信息, 本文提出基于多尺度高阶注意力机制的模型(multi-scale high-order attention network, MHA-Net). 首先, 多尺度高阶注意力(multi-scale high-order attention, MHA)模块从深层特征图中提取多尺度和全局特征计算初始化注意力图, 从而改进模型处理医学图像分割时尺度不变的缺陷. 接下来, 该模块通过图的传递闭包构建注意力图, 进而提取高阶的深层特征. 通过将多尺度高阶注意力模块应用于编码器-解码器结构中, 在彩色眼底图像数据集DRIVE上进行血管分割, 实验结果表明, 基于多尺度高阶注意力机制的视网膜血管分割方法有效地提高了分割的精度.

    • 融合文字与标签的电子病历命名实体识别

      2022, 31(10):375-381. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008723

      摘要 (166) HTML (151) PDF 1.41 M (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:准确的命名实体识别是结构化电子病历的基础, 对于电子病历规范化编写有着重要的作用, 而现今的分词工具对于专业的医疗术语无法做到完全正确的区分, 使得结构化电子病历难以实现. 针对医疗实体识别中出现的问题, 本文提出了一种在命名实体识别领域中改进的BiLSTM-CRF深度学习模型. 模型将文字和标签结合作为输入, 在多头注意力机制中使模型关注更多的有用信息, BiLSTM对输入进行特征提取, 得到每个文字在所有标签上的概率, CRF在训练过程中学习到数据集中的约束, 进行解码时可以提高结果的准确率. 实验使用人工标注的1000份电子病历作为数据集, 使用BIO标注方式. 从测试集的结果来看, 相对于传统的BiLSTM-CRF模型, 该模型在实体类别上的F1值提升了3%–11%, 验证了该模型在医疗命名实体识别中的有效性.

    • 信用逾期预测中不同机器学习模型对比分析

      2022, 31(10):382-388. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008724

      摘要 (151) HTML (137) PDF 1.28 M (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:当前金融机构正在努力应对不良资产的增长问题, 在信贷领域借贷逾期预测结果的准确性将直接决定不良资产的规模. 为了更好预测借贷人的还款能力, 通常会引入数据模型方法, 但对于数据样本较少的新业务, 单纯用这类数据容易导致模型结果过拟合. 本文通过实际案例分析, 对小样本业务数据进行相似业务数据补充, 并采用随机森林、LightGBM、XGBoost、DNN和TrAdaBoost 迁移学习方法, 旨在为小样本业务在模型建立过程中样本不足的问题提供一种有效的解决方法. 研究结果表明, 针对数据量少的产品, 结合相似金融业务数据后采用这五种机器学习模型方法的预测结果AUC (area under curve)均大于80, 其中使用迁移学习模型比LightGBM、XGBoost、DNN和随机森林模型在预测集上的AUC至少高出2个点; 此外迁移学习模型的预测结果的精准率(88%)和召回率(73%)也是最高的.

    • 基于WOA-BiLSTM模型的空气质量指数预测

      2022, 31(10):389-396. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008725

      摘要 (148) HTML (125) PDF 1.67 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:空气质量预测工作对于人们的生活日常出行具有非常重要的意义. 长短时记忆网络作为一种新型的深度学习循环神经网络, 对于时间序列数据表现出良好的预测能力. 但是针对神经网络模型在训练过程中一般凭借经验进行参数选择, 训练周期长, 预测精度低, 结果不可靠的问题, 本文提出了一种基于鲸鱼优化算法的双向长短时记忆网络模型, 即WOA (whale optimization algorithm)-BiLSTM (bidirectional long short-term memory)模型. 双向长短时记忆网络凭借其前向和后向的双向网络结构, 能够加强序列数据信息的记忆能力, 而WOA算法可以依据鲸鱼捕食时气泡网捕食的方法, 协助BiLSTM模型在训练过程中找到最优的网络参数. 将该模型用于陕西省AQI (air quality index)预测, 并分别和BiLSTM、LSTM模型进行对比, 发现本文提出的模型预测结果最好, MAE值为6.543 3, R2值达0.989 9. 将该模型用于空气质量预测领域具有良好的理论和实践意义.

    • 基于GAN先验的图像补全方法

      2022, 31(10):397-403. DOI: 10.15888/j.cnki.csa.008705

      摘要 (189) HTML (216) PDF 3.16 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计和利用良好的图像先验知识是解决图像补全问题的重要方式. 生成对抗网络(GAN)作为一种优秀的生成式模型, 其生成器可以从大型图像数据集中学习到丰富的图像语义信息, 将预训练GAN模型作为图像先验是一种好的选择. 为了利用预训练GAN模型更好地解决图像补全问题, 本文在使用多个隐变量的基础上, 在预训练生成器中间层同时对通道和特征图添加自适应权重, 并在训练过程中微调生成器参数. 最后通过图像重建和图像补全实验, 定性和定量分析相结合, 证实了本文提出的方法可以有效地挖掘预训练模型的先验知识, 进而高质量地完成图像补全任务.

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  • 《计算机系统应用》
  • 1992年创刊
  • 主办单位:中国科学院软件研究所
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  • 刊号:ISSN 1003-3254
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