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

2016 Vol.17 No.6 P.489-602

<<< CONTENTS >>>

Regular Papers

Preference transfer model in collaborative filtering for implicit data

Bin Ju, Yun-tao Qian, Min-chao Ye

DOI: 10.1631/FITEE.1500313 Downloaded: 2854 Clicked: 6836 Cited: 0 Commented: 0(p.489-500) <Full Text> <PPT> 2168

Chinese summary <105> 基于兴趣转移模型的协同过滤算法

目的：由于单一域中的用户-物品关系数据的极度稀疏性，很容易遇到预测的“天花板”。为提高隐性关系数据的预测效果，把来自浏览域的用户-物品频次矩阵与来自购物域的用户-物品频次矩阵进行整合，能够提早预测到用户兴趣的时间发生点，从而提高推荐系统的预测精度。
创新点：采用多任务非负矩阵分解框架。不同于前人基于高斯分布先验的矩阵分解模型，本文基于泊松分布先验，提出一种基于用户兴趣因子转移的跨域的非负矩阵分解模型。
方法：首先，“先看后买”是人类购物的一般行为。来自浏览行为背后的用户兴趣一定早于购物行为背后的用户兴趣发生，因此通过概率图模型对矩阵进行共享物品因子的分解（图2）。然后，针对用户-物品关系矩阵中的数据是频次数据的特点，提出了一个基于泊松分布先验的多任务非负矩阵分解算法（算法1）。算法第一阶段，把用户-物品浏览矩阵和用户-物品购买矩阵一起分解为用户浏览兴趣因子矩阵和用户购买兴趣因子矩阵。第二阶段，把两个兴趣因子矩阵按列的最大值置1，其余为0，然后做两个因子矩阵的点积，生成所谓的兴趣转移字典。第三阶段，根据兴趣转移字典重构下一阶段用户-物品的购买矩阵，预测未来用户可能会购买何种物品（图3）。
结论：基于相同用户、相同物品的不同业务场景信息（如浏览行为数据和购买行为数据）分析用户潜在兴趣的概率产生模式，能够大幅度提升预测用户未来购买何种物品的效果。

关键词组：推荐系统；协同过滤；兴趣转移模型；跨域；隐性数据

ARAP++: an extension of the local/global approach to mesh parameterization

Zhao Wang, Zhong-xuan Luo, Jie-lin Zhang, Emil Saucan

DOI: 10.1631/FITEE.1500184 Downloaded: 3020 Clicked: 7331 Cited: 3 Commented: 0(p.501-515) <Full Text> <PPT> 2029

Chinese summary <43> ARAP++:一类推广的局部/全局参数化算法

目的：本文针对单边界和多边界的三角网格提出了一种含有凸组合权值的局部/全局参数化方法（ARAP++）。该方法将凸组合权值与三角面片间仿射变换的Jacobian矩阵相结合，得到一种新的线性迭代格式，收敛迅速。它是一种自由边界的参数化方法。可以通过调整Jacobian矩阵的奇异值，使参数化网格保持原始网格的几何性质。同时在迭代格式中引入拉伸算子来处理高曲率的三角网格，减小了其参数化后的面积扭曲与拉伸扭曲。最后通过数值实验将ARAP++方法与其它经典参数化方法进行比较。实验结果表明本文方法所得到的参数化结果较之其它方法在角度、面积和拉伸等方面的扭曲变形有明显改进，从而使得该方法在纹理映射和重网格化等应用中得到较好的视觉效果。
创新点：首先通过优化弹性能量函数推导得到了一类局部/全局线性迭代格式，并阐明该方法与ARAP方法之间的联系。针对保面积的情况，提出了一种快速得到最佳拟合矩阵的方法。最后为提高算法的鲁棒性，对ARAP++方法进行改进，使其可以很好的处理高曲率网格的展平，尽可能防止参数化结果的网格重叠。
方法：ARAP++是一种线性迭代的参数化方法。本文首先将原始网格初始化展平到平面上，然后对初始化网格进行迭代计算。其中每次迭代主要分为两个阶段：（1）局部优化；（2）整体求解。实验证明本文算法收敛迅速，并且可以得到很好的纹理映射和重网格化结果。
结论：本文提出了一种自由边界的网格参数化方法，该方法可以使用不同的凸组合权值得到相应性质的参数化结果（图10），也可以通过改变Jacobian矩阵的奇异值来达到保角、保面积、保刚性的目的（图3）。本文方法针对不同的网格模型也可以通过拉伸算子来协调参数化后角度、面积以及拉伸扭曲之间的关系（图9），从而使得该方法在纹理映射（图13、14）和重网格化（图15）等应用中得到较好的视觉效果。

关键词组：网格参数化；凸组合权值；拉伸算子；Jacobian矩阵

Unseen head pose prediction using dense multivariate label distribution

Gao-li Sang, Hu Chen, Ge Huang, Qi-jun Zhao

DOI: 10.1631/FITEE.1500235 Downloaded: 2730 Clicked: 6713 Cited: 0 Commented: 0(p.516-526) <Full Text>

Chinese summary <40> 基于稠密多变量标签的“连续”头部姿态估计方法

目的：精确的头部姿态估计对于人脸相关的应用，如人脸识别、视线估计、情感分析等具有重要意义。大多数现有的人脸姿态估计方法仅能对训练数据库包含姿态的情况进行估计。为实现对训练数据库不包含姿态的情况进行预测，有学者提出了基于回归的头部姿态估计方法。然而，这些基于回归的方法虽然可以预测连续的姿态，但是却很少有相关的系统性性能评估。
方法：针对训练数据库不包含姿态的估计问题，本文提出使用稠密多变量标签分布表示人脸姿态。通过给样本分配稠密化的多变量标签，可以实现对数据库不包含姿态的情况进行较为准确的估计。
结论：本文方法在Pointing’04数据库上的yaw和pitch方向分别取得了平均绝对误差4.01°和2.13°。此外，在CAL-PEAL，Multi-PIE等公开库上的实验表明，本文方法在训练数据库包含姿态上的预测性能也优于其他比较先进的方法。

关键词组：头部姿态估计；稠密多变量标签分布；角度间隔；不一致性标签

Multi-objective layout optimization of a satellite module using the Wang-Landau sampling method with local search

Jing-fa Liu, Liang Hao, Gang Li, Yu Xue, Zhao-xia Liu, Juan Huang

DOI: 10.1631/FITEE.1500292 Downloaded: 2502 Clicked: 7614 Cited: 4 Commented: 0(p.527-542) <Full Text> <PPT> 1886

Chinese summary <43> 求解多目标卫星舱布局优化问题的带局部搜索的Wang-Landau抽样算法

目的：成功的卫星舱布局设计不仅可以有效降低卫星舱的发射成本与建造成本，而且可以提高其承载能力、使用寿命及稳定性。本文研究成果理论上可望推广应用于具有不同布局空间和考虑其他设计目标、约束条件的布局设计问题，有助于推进航天器布局设计理论的研究。在算法实践上期望有助于人造卫星仪器舱布局设计问题实用化方法与技术的研究和应用，并可望推广应用于其它复杂航天器布局设计领域。
创新点：将Wang-Landau随机抽样算法和基于梯度法的局部搜索算法相结合，并引入一些启发式布局更新策略，提出了一种新的混合算法。实验结果表明该算法可以有效解决多目标卫星舱组件布局优化问题。
方法：借鉴罚函数思想把带约束的优化问题转化为不带约束的优化问题；采用二分法找到卫星舱的最小半径；提出快速干涉量计算方法；通过结合Wang-Landau抽样算法，基于梯度法的局部搜索算法和启发式布局更新策略构建了一种混合算法（WL-LS）。
结论：通过结合Wang-Landau抽样算法、局部搜索算法和启发式布局更新策略，所提出的混合算法在实验结果上优于现有的最好算法，是一种求解多目标卫星舱布局优化问题的有效算法。

关键词组：装填问题；布局设计；卫星舱；Wang-Landau抽样算法

Orbit determination using incremental phase and TDOA of X-ray pulsar

Rong Jiao, Lu-ping Xu, Hua Zhang, Cong Li

DOI: 10.1631/FITEE.1500365 Downloaded: 2382 Clicked: 6355 Cited: 0 Commented: 0(p.543-552) <Full Text> <PPT> 1806

Chinese summary <41> 基于X射线脉冲星相位增量和TDOA的初轨确定方法

目的：针对航天器需要安装多个探测器及初轨定轨精度低的问题，实现单探测器高精度定轨。
创新点：提出一种使用单探测器分时观测三颗X射线脉冲星来确定初始轨道的方法，并将一个观测周期内的相位增量和TDOA相融合来提高定轨精度。
方法：首先，从X射线脉冲星导航基本原理出发，得到TDOA观测量。考虑到航天器同时安装多个探测器时体积大功耗高的问题，提出了在航天器上安装一个探测器，轮流分时观测三颗脉冲星，获得相位增量观测量。然后，使用加权最小二乘法将TDOA和相位增量信息融合，提供比传统X射线脉冲星导航更多的信息，从而提高定轨精度。最后，通过仿真实验，验证所提方法的有效性。
结论：为了提高初轨定轨精度，提出了一种X射线脉冲星相位增量观测与TDOA相融合的方法。与单独TDOA定轨相比，融合算法定轨位置精度提高了30%以上，速度精度提高了20%以上，达到了初轨确定的精度要求。

关键词组：初轨确定算法；单X射线脉冲星探测器；相位增量；二体运动方程；加权最小二乘法

Intelligent computing budget allocation for on-road trajectory planning based on candidate curves

Xiao-xin Fu, Yong-heng Jiang, De-xian Huang, Jing-chun Wang, Kai-sheng Huang

DOI: 10.1631/FITEE.1500269 Downloaded: 2415 Clicked: 6676 Cited: 0 Commented: 0(p.553-565) <Full Text> <PPT> 1924

Chinese summary <39> 基于候选曲线的公路轨迹规划中的智能计算量分配

目的：公路轨迹规划是辅助驾驶和无人驾驶领域中的关键问题。为解决该问题，作者针对传统方法（如势场法、RRT）在求解质量和求解效率方面的不足，提出基于候选曲线的规划算法OODE。OODE分轨迹曲线和加速度变化两部分规划轨迹，采用差分进化（DE）算法通过求解子问题计算各候选曲线的评价，然后通过比较曲线评价从候选者中选取最优曲线。DE的迭代次数越多，曲线评价越准确。本文考虑对不同曲线智能分配迭代计算量，以减少总计算量消耗，同时保证所选最优曲线以足够高的概率是真实最优曲线，从而提高OODE算法的效率。
创新点：提出基于智能计算量分配（ICBA）的轨迹规划算法框架；设计曲线评价预测模型和优质曲线选拔模型，提出基于ICBA的轨迹规划算法IOODE。
方法：基于对优质曲线迭代分配计算量的思想，设计智能计算量分配（ICBA）机制，提出基于ICBA的轨迹规划算法框架（图4）；设计曲线评价预测模型（EPM）和优质曲线选拔模型（CSM），提出基于ICBA的轨迹规划算法IOODE；通过仿真分析IOODE算法的轨迹规划结果（图9、10），验证所提出计算量分配机制的有效性（图12、13）和ICBA对算法效率的提升作用（图14、表5）。
结论：本文中提出的IOODE算法与OODE算法相比，求解质量没有明显区别，但求解速度提升约20%（表5）。

关键词组：智能计算量分配；轨迹规划；公路规划；智能汽车；序优化

Subspace-based identification of discrete time-delay system

Qiang Liu, Jia-chen Ma

DOI: 10.1631/FITEE.1500358 Downloaded: 2515 Clicked: 7085 Cited: 0 Commented: 0(p.566-575) <Full Text> <PPT> 1865

Chinese summary <37> 基于子空间的离散时滞系统辨识

目的：时滞存在于很多系统中，时滞会导致系统性能下降并使系统变得不稳定。因此研究具有未知时滞的线性辨识对于系统分析和控制设计有着很重要的作用。本文提出了一种ACS算法，用来解决具有单一时延的离散随机时滞系统的辨识。
创新点：提出一种ACS算法，将时滞系统矩阵从估计的增广矩阵中重新恢复出来。采用状态增广方法将时滞系统与等价的线性时不变系统联系起来，利用N4SID算法对增广系统矩阵进行初始估计。
方法：时滞系统被表达为具有单一时延的时滞差分方程。首先利用状态增广方法将线性时滞系统转化为一个等价的线性时不变系统。然后利用子空间辨识方法对增广系统矩阵进行初始估计，提出了一种ACS算法，得到了线性时滞系统的状态空间模型。最后通过解决两个最小二乘法问题，利用卡尔曼状态序列和输入输出数据得到相同状态空间下的时滞系统矩阵。
结论：本文提出的ACS算法可以利用估计的增广矩阵得出时滞系统矩阵，解决了线性离散时滞系统的辨识问题，同时证明了该算法具有良好的局部收敛性能。仿真结果表明了这种算法的有效性。

关键词组：辨识问题；时滞系统；子空间辨识方法；ACS算法；最小二乘法

Active steering control strategy for articulated vehicles

Kyong-il Kim, Hsin Guan, Bo Wang, Rui Guo, Fan Liang

DOI: 10.1631/FITEE.1500211 Downloaded: 3254 Clicked: 8601 Cited: 1 Commented: 0(p.576-586) <Full Text> <PPT> 2049

Chinese summary <40> 铰接车辆的主动转向控制策略研究

目的：在车辆稳定性控制领域中，目前对两轴车的研究较为成熟，对多轴的铰接车辆模拟仍有待深入研究。现有的文献对铰接车辆的稳定性控制策略，主要采用挂车跟踪拖车轨迹的控制策略，不适用于直角弯工况。为解决这一问题，本文设计了适用于铰接车辆的跟踪理想横摆角速度和质心侧偏角的控制策略，适用于铰接车辆任意工况的稳定性控制。
创新点：首次将跟踪理想横摆角速度和质心侧偏角的控制策略用于铰接车辆。
方法：建立了3自由度铰接车辆简化模型，采用基于模拟退火的粒子群优化方法辨识简化模型的关键参数并形成三维场图，能根据铰接车辆的实时工况查表得出当前铰接车辆的关键参数。采用LQR方法设计了跟踪理想横摆角速度和质心侧偏角的控制策略。
结论：本文的控制策略能很好地减小铰接车辆的质心侧偏角（图22、23）；能很好地跟踪理想的横摆角速度（图18、19）；减小侧向加速度（图24、25）改善高速铰接车辆的稳定性并适用于直角弯工况（图14）。

关键词组：铰接车辆；直角弯工况；稳定性控制；LQR

Derivation and analysis on the analytical structure of interval type-2 fuzzy controller with two nonlinear fuzzy sets for each input variable

Bin-bin Lei, Xue-chao Duan, Hong Bao, Qian Xu

DOI: 10.1631/FITEE.1601019 Downloaded: 2403 Clicked: 6452 Cited: 0 Commented: 0(p.587-602) <Full Text> <PPT> 1729

Chinese summary <35> 每个输入具有两个非线性模糊集合的区间二型模糊控制器解析结构的推导与分析

题目：每个输入具有两个非线性模糊集合的区间二型模糊控制器解析结构的推导与分析
目的：针对具有非线性模糊集合的区间二型模糊控制器内部工作原理未知的问题，提出内部解析结构的推导方法，同时分析区间二型模糊控制器的特点和优势，为模糊控制器的系统设计提供理论指导。
创新点：首先，将区间二型模糊控制器的解析结构推导推广到了具有非线性模糊集合和扎德AND算子的区间二型模糊控制器。其次，分析了区间二型模糊控制器优于对应一型模糊控制器的原因。最后，通过结构分析为区间二型模糊控制器的不确定迹参数的调整提供了理论依据。
方法：首先，根据区间二型模糊控制器Karnik-Mendel降型方法的特点将整个模糊输入空间划分为若干分区（图6）。其次，在得到的每一个分区上，推导区间二型模糊控制器具体的输入输出函数表达式（式（31）、式（A8）‐（A21））。同时，证明了文中具有非线性模糊集合的区间二型模糊集合近似等效为具有变增益的非线性PI或PD控制器。然后，在得到的解析结构的基础上，从理论上分析了文中的区间二型模糊控制器的参数变化对控制性能的影响以及在超调量和上升时间方面优于对应一型模糊控制器的原因。最后，通过仿真实例和实验验证了上述理论分析的正确性和文中区间二型模糊控制器的有效性。
结论：文中提出的具有非线性模糊集合的区间二型模糊集合近似等效为具有变增益的非线性PI或PD控制器。

关键词组：区间二型模糊控制器；解析结构；Karnik-Mendel降型