Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2019 Vol.20 No.10 P.1307-1456

<<< CONTENTS >>>

Review Article

Review Article: Research progress on and prospects for virtual brush modeling in digital calligraphy and painting

Lei Huang, Zeng-xuan Hou, You-hang Zhao, Di-jing Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1900195 Downloaded: 2001 Clicked: 5834 Cited: 0 Commented: 0(p.1307-1321) <Full Text> <PPT> 1490

Chinese summary <29> 數字化書(shū)法和繪畫中(zhōng)虛拟畫筆建模技術研究進展與展望

摘要：作爲文房四寶之首，書(shū)畫藝術創作中(zhōng)使用的畫筆在虛拟繪制中(zhōng)有至關重要作用。富有表現力的虛拟畫筆模型能夠反映真實畫筆的行爲特點，極大(dà)增強繪制過程和繪制效果的真實感。本文通過歸納和綜述虛拟畫筆建模國内外(wài)研究工(gōng)作進展，總結了有代表性的畫筆模型建模方法及其優點與存在的問題，重點論述了目前基于物(wù)理、經驗建模方法的原理及其仿真效果，讨論了畫筆與宣紙(zhǐ)、宣紙(zhǐ)與水墨、用戶與繪制設備之間的交互行爲對虛拟畫筆建模的影響。最後，從虛拟現實角度分(fēn)析了虛拟繪制領域目前面臨的主要挑戰及存在的問題，并展望虛拟畫筆建模技術未來可能突破的方向。

關鍵詞組：書(shū)畫；虛拟畫筆；人機交互；力反饋；彈簧；紋理映射

Research Articles

Fall preventive gait trajectory planning of a lower limb rehabilitation exoskeleton based on capture point theory

Mei-ying Deng, Zhang-yi Ma, Ying-nan Wang, Han-song Wang, Yi-bing Zhao, Qian-xiao Wei, Wei Yang, Can-jun Yang

DOI: 10.1631/FITEE.1800777 Downloaded: 1745 Clicked: 5163 Cited: 0 Commented: 0(p.1322-1330) <Full Text> <PPT> 1558

Chinese summary <25> 基于捕獲點理論的下(xià)肢步行康複外(wài)骨骼防跌倒步态規劃

摘要：研究了在下(xià)肢康複外(wài)骨骼康複訓練過程中(zhōng)穿戴者上半身向前傾斜導緻的平衡問題。通過對人體(tǐ)-外(wài)骨骼系統建模并使用捕獲點理論獲取瞬時捕獲點，将穩定區域與不同步态相的瞬時捕獲點比較，分(fēn)析不同步态相的平衡特性以及步态過程中(zhōng)平衡狀态的變化。基于人體(tǐ)骨骼系統的模型和不同階段的平衡條件，針對穿戴者上半身前傾導緻人體(tǐ)骨骼系統的不穩定性，提出一(yī)種軌迹校正策略。最後，在浙江大(dà)學下(xià)肢外(wài)骨骼上實驗，驗證軌迹校正策略的可靠性。所提軌迹校正策略可及時響應上半身前傾，同時在重心從雙支撐相轉移到單支撐相的過程中(zhōng)，步态周期與零力矩點傳遞的比值相應減小(xiǎo)，步态穩定性提高。

關鍵詞組：下(xià)肢機器人；捕獲點；步态相位；人機系統平衡

Optimal communication frequency for switching cabled ocean networks with commands carried over the power line

Yan-hu Chen, Yu-jia Zang, Jia-jie Yao, Gul Muhammad

DOI: 10.1631/FITEE.1900125 Downloaded: 1634 Clicked: 4970 Cited: 0 Commented: 0(p.1331-1343) <Full Text> <PPT> 1385

Chinese summary <21> 基于電力線命令傳輸的纜系海洋網絡切換的通信頻(pín)率優化研究

摘要：具有樹(shù)狀或環狀拓撲的纜系海洋觀測網在海洋探測中(zhōng)發揮着重要作用。由于現場維護耗時長，海纜開(kāi)斷技術能主動開(kāi)斷控制網絡中(zhōng)的分(fēn)支網絡，是提高系統可靠性和實用性的關鍵。提出一(yī)種新型網絡結構控制方法，即翻轉電力傳輸極性，通過調制線上電流發送低頻(pín)數字信号，并将含有地址和命令的信息廣播到網絡中(zhōng)所有分(fēn)支單元。分(fēn)支單元對接收的信息解碼并執行相應的控制命令。針對海纜寄生(shēng)參數、網絡規模和分(fēn)支單元數目對電力線上通信頻(pín)率的影響進行理論研究和仿真，通過權衡通信速率和準确性得到一(yī)種最優通信頻(pín)率，并在樣機上實驗驗證。結果表明，基于該最優通信頻(pín)率的纜系海洋觀測網開(kāi)斷控制技術可有效提高開(kāi)斷準确性和配置速率。

關鍵詞組：海纜開(kāi)斷；海洋觀測網；分(fēn)支單元；傳輸線理論；通信頻(pín)率

Unusual phenomenon of optimizing the Griewank function with the increase of dimension

Yan Huang, Jian-ping Li, Peng Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1900155 Downloaded: 2031 Clicked: 4922 Cited: 0 Commented: 0(p.1344-1360) <Full Text> <PPT> 1728

Chinese summary <24> Griewank函數優化過程中(zhōng)的獨特現象研究

摘要：Griewank函數是一(yī)類由二次凸函數和振蕩非凸函數構成的典型多模測試函數。這兩個組成部分(fēn)在不同維數下(xià)顯示出不同的相對重要性。不同于其他多數測試函數，随着函數維數增加，Griewank函數在優化過程出現優化難度先變難、後變易的現象。本文首先通過結構分(fēn)析、數學分(fēn)析和量子分(fēn)析，從方法論角度解釋該現象。然後，通過頻(pín)率變換和幅度變換對Griewank函數作一(yī)般化處理。運用具有量子隧道效應的多尺度量子諧振子算法驗證Griewank函數特性。實驗結果表明Griewank函數的雙尺度結構是該現象的主要原因。本文所提量子隧道效應可用于多種群體(tǐ)優化算法中(zhōng)分(fēn)析解的生(shēng)成和變化。

關鍵詞組：Griewank；雙尺度結構；多尺度量子諧振子算法；量子隧道效應

Low powered blockchain consensus protocols based on consistent hash

Lei Yu, Xiao-fang Zhao, Yan Jin, Heng-yi Cai, Bo Wei, Bin Hu

DOI: 10.1631/FITEE.1800119 Downloaded: 2077 Clicked: 5318 Cited: 0 Commented: 0(p.1361-1377) <Full Text> <PPT> 1659

Chinese summary <24> 基于一(yī)緻性哈希算法的低能耗共識協議

摘要：當前區塊鏈共識協議在去(qù)中(zhōng)心化、安全性和能耗方面存在"三難"優化困境。針對這個問題，基于一(yī)緻性哈希算法，設計了兩個新的區塊鏈共識協議，分(fēn)别爲CHB-consensus和CHBD-consensus。在新的共識協議下(xià)，誠實的"礦工(gōng)"可以公平地獲得創建新區塊的機會。在創建新塊時，誠實礦工(gōng)不再需要付出海量競争性算力，且該新區塊可獲取整個區塊鏈網絡公平驗證及确認共識協議。惡意礦工(gōng)則必須付出海量算力資(zī)源才能攻擊新區塊，以創建特權或實現"雙花"。由CHB-consensus和CHBD-consensus共識形成的區塊鏈網絡基于與比特币系統相同的安全性假設，在節省海量電力的同時，不會犧牲去(qù)中(zhōng)心化和安全性。分(fēn)析了可能的攻擊行爲，并給出嚴格但可調整的驗證策略。CHB-consensus和CHBD-consensus共識引入數字身份證書(shū)管理機構（CA），CA對區塊鏈網絡或區塊鏈數據結構沒有特殊管理權或控制權，但依據CA系統信譽和可靠性，存在一(yī)定隐私洩露風險。最後，分(fēn)析了CHB-consensus和CHBD-consensus共識的魯棒性和能耗，并通過理論推導證明它們的優勢。

關鍵詞組：區塊鏈；共識協議；一(yī)緻性哈希；低能耗；去(qù)中(zhōng)心化

Efficient construction of a substitution box based on a Mordell elliptic curve over a finite field

Naveed Ahmed Azam, Umar Hayat, Ikram Ullah

DOI: 10.1631/FITEE.1800434 Downloaded: 1969 Clicked: 6501 Cited: 0 Commented: 0(p.1378-1389) <Full Text>

Chinese summary <22> 高效構造基于有限域上莫德爾橢圓曲線的密碼置換盒

摘要：橢圓曲線密碼體(tǐ)制與其他密碼體(tǐ)制相比有密鑰小(xiǎo)、安全性高等優點，被廣泛應用于各種安全系統。在許多著名安全系統中(zhōng)，僅置換盒是非線性結構。最近研究表明，用動态置換盒代替靜态置換盒可提高密碼系統安全性，因此需構造新的安全置換盒。提出一(yī)種高效構造置換盒方法，該方法基于素數域上的一(yī)類莫德爾橢圓曲線，并通過定義不同總階數實現。對于每個輸入，該方法在線性時間與恒定空間内輸出一(yī)個置換盒。因此，與現有基于橢圓曲線的置換盒生(shēng)成方法相比，所提方法占用更少時間和空間。計算結果表明，所提方法能生(shēng)成加密性強的置換盒，且其安全性與現有基于其他數學結構的置換盒相當。

關鍵詞組：密碼置換盒；有限域；莫德爾橢圓曲線；總階數；計算複雜(zá)度

Block coordinate descent with time perturbation for nonconvex nonsmooth problems in real-world studies

Rui Liu, Wei-chu Sun, Tao Hou, Chun-hong Hu, Lin-bo Qiao

DOI: 10.1631/FITEE.1900341 Downloaded: 1755 Clicked: 5196 Cited: 0 Commented: 0(p.1390-1403) <Full Text> <PPT> 1650

Chinese summary <21> 面向真實世界研究中(zhōng)非凸非平滑問題的具有時間擾動的塊坐标下(xià)降法

摘要：真實世界研究的大(dà)數據時代已經來臨；這個時代将極大(dà)促進醫學發展，尤其是腫瘤學。然而，鑒于大(dà)規模數據量的增加以及求解的目标問題具有非凸非平滑等不易求解的函數性質，傳統機器學習方法不能很好解決這類新問題。我(wǒ)們的目标是求解一(yī)個帶不等式約束的優化問題，該優化問題是由一(yī)個平滑非線性函數與大(dà)量塊變量可分(fēn)的非凸非平滑目标函數組合相加而得。提出一(yī)種新的并行一(yī)階優化方法，稱爲帶時間擾動的異步塊坐标下(xià)降法（asynchronous block coordinate descent with time perturbation，ATP）。該方法采用一(yī)種從鞍點和次優局部點逃脫的時間擾動技術。通過分(fēn)析收斂性和叠代複雜(zá)度特性，介紹了該方法的詳細内容。針對真實世界研究機器學習問題的實驗驗證了本文所提方法的有效性。實驗結果表明，時間擾動使ATP能從鞍點和次優點逃脫；采用異步塊坐标下(xià)降法爲處理具有不等式約束的非凸優化問題提供了一(yī)種可行方法。在共享内存多核平台上異步并行的實現，表明該算法具有很強可擴展性。

關鍵詞組：收斂分(fēn)析；異步塊坐标下(xià)降法；時間擾動；非凸非平滑優化；真實世界研究

Measurement and analysis of content diffusion characteristics in opportunity environments with Spark

Xiao-hong Zhang, Kai Qian, Jian-ji Ren, Zong-pu Jia, Tian-peng Jiang, Quan Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1900137 Downloaded: 1525 Clicked: 4673 Cited: 0 Commented: 0(p.1404-1414) <Full Text> <PPT> 1402

Chinese summary <22> 基于Spark的機會環境中(zhōng)内容傳播特征度量與分(fēn)析

摘要：機會網絡爲分(fēn)流移動網絡中(zhōng)由流行内容共享引起的巨大(dà)負載提供了機會。分(fēn)析真實機會環境中(zhōng)的内容傳播特征可以爲負載分(fēn)流決策提供重要線索。然而，由于從真實機會環境中(zhōng)收集數據并非易事，相關工(gōng)作非常有限。本文以緻力于内容共享的移動應用"閃傳"爲研究對象，從該應用用戶構成的真實機會網絡中(zhōng)搜集數據并分(fēn)析。爲發現内容傳播特征，本文從傳播規模和速度、内容類型等方面展開(kāi)分(fēn)析。分(fēn)析結果表明，文件傳輸具有明顯周期性，隻有很少一(yī)部分(fēn)文件能廣泛傳播，且移動應用類文件比其他類型文件更易成爲流行文件。本文還提出一(yī)種有助于預測流行文件的最大(dà)化文件傳播規模的方法。實驗結果證實了該方法的有效性和有用性。

關鍵詞組：内容傳播；設備通信；機會網絡；線性阈值模型

A comprehensive error calibration method based on dual uniform circular array

Jia-jia Zhang, Hui Chen, Song Xiao, Meng-yu Ni

DOI: 10.1631/FITEE.1800240 Downloaded: 1695 Clicked: 5483 Cited: 0 Commented: 0(p.1415-1428) <Full Text> <PPT> 1497

Chinese summary <23> 基于雙圈均勻圓陣的綜合誤差校正方法

摘要：針對雙圈均勻圓陣，提出一(yī)種估計波達方向且同時校正幅相誤差、位置誤差和互耦誤差的新方法。算法僅利用一(yī)個輔助信源，通過旋轉天線獲得3個分(fēn)時發射的校正源，而後結合信号子空間與噪聲子空間正交的原理構造代價函數，通過循環叠代方法，依次估計出3種誤差的系數。在此過程中(zhōng)，算法在估計互耦誤差時充分(fēn)運用了雙圈圓陣的陣列特點，在估計幅相和位置誤差時運用信号相位矩陣消除信号到達陣面延遲所造成的相位影響。與多維非線性搜索方法相比，該算法具有較低計算複雜(zá)度，同時，無需額外(wài)輔助陣元。仿真結果表明所提算法有效，且能夠較好校正雙圈均勻圓陣的綜合誤差。

關鍵詞組：雙圈均勻圓陣；幅相誤差；位置誤差；互耦誤差；校正

Dot-shaped beamforming analysis of subarray-based sin-FDA

Bo Wang, Jun-wei Xie, Jing Zhang, Jia-ang Ge

DOI: 10.1631/FITEE.1800722 Downloaded: 2357 Clicked: 4616 Cited: 0 Commented: 0(p.1429-1444) <Full Text> <PPT> 1513

Chinese summary <22> 基于子陣sin-FDA的點狀波束形成研究

摘要：相控陣（phasedarray，PA）雷達是應用最爲廣泛的雷達類型之一(yī)。與PA相比，頻(pín)率分(fēn)集陣列（frequency diverse array，FDA）時間-距離(lí)-角度相關的波束特性，使其在抑制距離(lí)維相關幹擾方面具有巨大(dà)潛力。但是，FDA發射波束方向圖中(zhōng)固有的距離(lí)角耦合會降低輸出信幹噪比（signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR）。基于對4種采用正弦頻(pín)控函數發射多載頻(pín)的子陣FDA及平面FDA的分(fēn)析，提出一(yī)種點狀波束形成方法。數值結果表明，該方法在傳輸能量聚焦、旁瓣抑制和陣列分(fēn)辨率上優于現有的log-FDA。對比仿真結果驗證了所提方法有效性。

關鍵詞組：頻(pín)率分(fēn)集陣列；子陣頻(pín)率分(fēn)集陣列；解耦；點狀波束形成

Differential evolution based computation intelligence solver for elliptic partial differential equations

Muhammad Faisal Fateh, Aneela Zameer, Sikander M. Mirza, Nasir M. Mirza, Muhammad Saeed Aslam, Muhammad Asif Zahoor Raja

DOI: 10.1631/FITEE.1900221 Downloaded: 1728 Clicked: 4817 Cited: 0 Commented: 0(p.1445-1456) <Full Text> <PPT> 1463

Chinese summary <22> 基于差分(fēn)進化的橢圓型偏微分(fēn)方程計算智能求解器

摘要：介紹了一(yī)種基于差分(fēn)進化的方法，用以解決具有狄裏克萊和/或諾依曼邊界條件的橢圓型偏微分(fēn)方程。通過最小(xiǎo)化群體(tǐ)間的節點偏差，解決方案在整個内部節點的有界域上演化。用對應系統的有限差分(fēn)近似代替橢圓型偏微分(fēn)方程，得到節點留數的表達式。将全局留數聲明爲節點留數的均方根值，并将其作爲代價函數。利用标準微分(fēn)進化方法将橢圓型偏微分(fēn)方程轉化爲全局留數的極小(xiǎo)化問題求解。同時考慮線性與非線性橢圓偏微分(fēn)方程的一(yī)系列基準問題，驗證了該算法的有效性。爲證明該算法的魯棒性，對不同差分(fēn)進化算子和參數進行靈敏度分(fēn)析。将基于差分(fēn)進化的計算節點值與用精确解析表達式得到的對應數據進行比較，比較結果顯示了該方法的精确度和收斂性。

關鍵詞組：差分(fēn)進化；邊界值問題；偏微分(fēn)方程；有限差分(fēn)法；數值計算