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Journal of Zhejiang University SCIENCE C

ISSN 1869-1951(Print), 1869-196x(Online), Monthly

2019 Vol.20 No.12 P.1595-1748

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Special Feature on Intelligent Design (Guest Editors: Lingyun SUN and Kin-Leong PEY)

Review Article: A review of design intelligence: progress, problems, and challenges

Yong-chuan Tang, Jiang-jie Huang, Meng-ting Yao, Jia Wei, Wei Li, Yong-xing He, Ze-jian Li

DOI: 10.1631/FITEE.1900398 Downloaded: 2678 Clicked: 7400 Cited: 0 Commented: 0(p.1595-1617) <Full Text><PPT> 1574

Chinese summary   <40>  设计智能研究综述:进展、问题和挑战

摘要：设计智能是人工智能重要分支，专注于创意和设计中的智能模型和算法。在人工智能2.0背景下，设计智能研究发展迅速。本文首先介绍设计智能研究背景，提出设计智能研究的理论框架。从用户需求分析、创意激发、内容生成和设计评价4个维度，详细综述设计智能研究进展和最新技术；重点论述关于智能生成内容的模型和方法。最后，提出未来设计智能研究中的开放问题和挑战。

关键词组：设计智能；创造力；用户画像；创意激发；智能生成内容；计算美学

Design innovation of mesoscale robotic swarms: applications to cooperative urban sensing and mapping

Audelia G. Dharmawan, Gim Song Soh, Shaohui Foong, Roland Bouffanais, Kristin L. Wood

DOI: 10.1631/FITEE.1900384 Downloaded: 2008 Clicked: 6835 Cited: 0 Commented: 0(p.1618-1631) <Full Text><PPT> 1672

Chinese summary   <31>  中尺度机器人群集设计创新:合作式城市传感和测绘场景下的应用

摘要：由于中尺度机器人具有隐蔽性、便携性等特点，安全与监测领域的中尺度机器人研发越来越受到重视。为实现快速、节能、分布式、自适应、具有鲁棒性和可伸缩的系统，中尺度机器人设计和开发需大量硬件、控制和行为创新。本文从4方面详述其设计和开发过程：（1）嵌入式平台的系谱学；（2）关键系统架构和功能布局；（3）研发和实施中尺度机器人系统的设计原则；（4）为中尺度机器人族群有效集体运作而开发的各种关键算法，及在城市传感和测绘领域的应用。这需要我们对可靠运行的嵌入式硬件需求具有清晰认知，以及在磁感、室内定位、中央模式发生器控制和中尺度器人群体分布式自治方面作出关键创新。虽然在复杂机器人系统设计过程中不可避免采用一些临时方法，但本文主要关注成体系系统的设计过程以及组件设计集成。成体系系统的设计过程为该领域未来系统的开发提供了基础。本文所介绍的设计代表最新发展趋势，可作为其他应用的基准，并推广到其他领域。

关键词组：成体系系统设计；中尺度机器人；群集；城市传感

Cantonese porcelain classification and image synthesis by ensemble learning and generative adversarial network

Steven Szu-Chi Chen, Hui Cui, Ming-han Du, Tie-ming Fu, Xiao-hong Sun, Yi Ji, Henry Duh

DOI: 10.1631/FITEE.1900399 Downloaded: 2295 Clicked: 7934 Cited: 0 Commented: 0(p.1632-1643) <Full Text>

Chinese summary   <33>  基于机器学习的广彩瓷图案生成系统

摘要：由于广彩瓷设计元素和图案种类繁多、复杂多样，准确识别现代及传统瓷器风格是广彩瓷传承工作中的巨大挑战。提出一种基于广彩瓷风格识别和图像合成模块的图案生成系统。在识别模块中，通过主成分分析和所提判别冗余量化策略对特征重要性进行分析和排序，然后分别训练两组神经网络，将最优设计特征与转换后的主成分特征关联，最后利用整体神经网络逻辑回归方法预测未知广彩瓷。基于条件生成对抗网络（cGAN）开发合成模块，要求用户提供自己设计的创意掩码或抽象瓷元素图像，以生成新的广彩瓷风格合成图像。在系统开发过程中，使用603幅广彩瓷图像测试分类模型。测试结果表明，所提模型在精确度、召回率、接受者操作特性曲线（ROC）的曲线下面积（AUC）和混淆矩阵等方面均优于其他方法。对用户设计的各种元素合成图像的案例研究表明，该系统有助于提高学习者对广彩瓷的欣赏和艺术创作能力。

关键词组：广彩瓷；分类；生成对抗网络；艺术创作

SmartPaint: a co-creative drawing system based on generative adversarial networks

Lingyun Sun, Pei Chen, Wei Xiang, Peng Chen, Wei-yue Gao, Ke-jun Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1900386 Downloaded: 2331 Clicked: 7373 Cited: 0 Commented: 0(p.1644-1656) <Full Text><PPT> 1774

Chinese summary   <33>  SmartPaint:一种基于生成式对抗神经网络的机协同绘画系统

摘要：当前人工智能在模仿和大批量生产设计作品中扮演重要角色（如电商广告），而在与用户合作创作时表现欠佳。人们有能力使用草图表达创意想法，但缺乏专业绘画技巧完成精美画作。已有人工智能方法无法基于用户输入草图的语义输出具有艺术美感的画作。本文开发了一种基于生成式对抗神经网络的人机协作绘画系统—SmartPaint，支持人机合作创作动漫风景画作。该系统使用动漫图像数据及其相应语义标注图、边缘检测图训练生成式对抗神经网络。通过此种方式，该系统能够同时理解动漫风格以及风景图像中物体的语义和空间关系。在使用中，用户输入草图作为语义标注图，系统自动为其合成边缘图；根据合成的边缘图生成具有恰当风格纹理的画作，从而稳定地处理多样化草图。实验证明该系统可有效满足用户创作需求，生成高质量动漫风格画作。

关键词组：协同绘画；深度学习；图像生成

Report: Intelligent design of multimedia content in Alibaba

Kui-long Liu, Wei Li, Chang-yuan Yang, Guang Yang

DOI: 10.1631/FITEE.1900580 Downloaded: 2518 Clicked: 5991 Cited: 0 Commented: 0(p.1657-1664) <Full Text><PPT> 1757

Chinese summary   <35>  智能多媒体内容设计在阿里巴巴的应用

摘要：多媒体内容是阿里巴巴业务生态中必不可少的组成部分，且需求量巨大。多媒体内容生产通常具有较高技术及资金要求。随着人工智能技术近年飞速发展，众多辅助多媒体内容生产的工具应运而生，人工智能技术与多媒体内容设计的结合在阿里巴巴业务生态中的应用愈加广泛，涉及领域包括辅助设计、平面设计、视频生成和页面制造。本文首先介绍了在阿里巴巴业务生态中人工智能辅助设计工具的通用处理流程，然后在上述4个应用领域分别选择一个代表性工具着重介绍。通过这些工具的使用，多媒体内容设计结合人工智能带来的价值在业务中得到很好验证，体现了人工智能技术在促进多媒体内容生产中起到的巨大作用，也预示了其广泛应用前景。

关键词组：多媒体内容；阿里巴巴；人工智能；设计；业务应用

Regular Papers

Review Article: Multiple-antenna techniques in nonorthogonal multiple access: a review

Fei-yan Tian, Xiao-ming Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1900405 Downloaded: 2489 Clicked: 5758 Cited: 0 Commented: 20(p.1665-1697) <Full Text><PPT> 1503

Chinese summary   <27>  多天线非正交多址接入技术:综述

摘要：作为一种前沿的物理层技术，非正交多址接入技术允许多用户共享同一时空资源，因此增加了可接入用户数量，从而改善频谱效率。在第5代及未来无线通信网络中，非正交多址接入技术为实现大规模万物互联提供了可行方案。然而，严重的共道干扰和较高的实施复杂度阻碍了其在实际系统中的应用。为解决这些问题，多天线技术凭借其在空间自由度上的优势，已被广泛应用于非正交多址接入系统。本文针对多天线技术在非正交多址接入系统中各种各样的应用提供了一个全面综述，主要强调其在消除空间干扰和降低实施复杂度上的优势。特别地，详细调查了多天线技术在两用户、多用户、大规模连接和异构非正交多址接入系统中的应用。最后，预测了未来相关研究方向与挑战。

关键词组：非正交多址接入；多天线技术；B5G；物联网

Zirconia quantum dots for a nonvolatile resistive random access memory device

Xiang-lei He, Rui-jie Tang, Feng Yang, Mayameen S. Kadhim, Jie-xin Wang, Yuan Pu, Dan Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1900363 Downloaded: 2130 Clicked: 5393 Cited: 0 Commented: 0(p.1698-1705) <Full Text><PPT> 1644

Chinese summary   <27>  氧化锆量子点用于非易失性电阻式随机存取存储器

摘要：提出一种利用氧化锆量子点作为有源层的非易失性电阻式随机存取器。通过旋涂法制备Ag(上)/ZrO2(有源层)/Ti(下)典型的三明治结构存储器件。该优化器件具有较高高/低电阻差（约10Ω），良好循环性能（循环数大于100），较低转化电流（约1 μA）。通过原子力显微镜和扫描电子显微镜观察ZrO2有源层表面形貌和堆积状态。实验结果表明，ZrO2有源层紧密堆积，且由于ZrO2量子点分布均匀，ZrO2有源层粗糙度较低（Ra=4.49 nm）。分析了Ag/ZrO2/Ti器件导电机理，并研究银离子导电丝和氧空位对电阻开关记忆行为的影响。该研究为忆阻器材料开发提供了一种简单方案。

关键词组：氧化锆量子点；电阻开关；存储器件；旋涂法

Periodically varied initial offset boosting behaviors in a memristive system with cosine memductance

Mo Chen, Xue Ren, Hua-gan Wu, Quan Xu, Bo-cheng Bao

DOI: 10.1631/FITEE.1900360 Downloaded: 2160 Clicked: 5319 Cited: 0 Commented: 0(p.1706-1716) <Full Text><PPT> 1458

Chinese summary   <29>  余弦忆导忆阻系统周期变化初值位移调控行为

摘要：利用一种新型余弦忆导理想忆阻，构造一个四维忆阻系统。由于忆导函数特殊的非线性，忆阻系统具有沿忆阻内部状态变量坐标轴分布的线平衡点集(0, 0, 0, δ)，且平衡点集稳定性随δ变化而周期性演化。数值仿真揭示了忆阻系统非线性、一维的初值位移调控行为，它不仅可由忆阻状态初值触发，也可由其他两个系统状态初值引发。特别地，在位移调控路线上，可以观测到多种具有不同位置和拓扑结构的共存吸引子。通过PSIM电路仿真对该特殊动力学特性进行了验证。

关键词组：初值位移调控；忆阻系统；忆导；线平衡点集

MULKASE: a novel approach for key-aggregate searchable encryption for multi-owner data

Mukti Padhya, Devesh C. Jinwala

DOI: 10.1631/FITEE.1800192 Downloaded: 3085 Clicked: 6829 Cited: 0 Commented: 0(p.1717-1748) <Full Text><PPT> 1555

Chinese summary   <26>  MULKASE:一种针对多个所有者数据的新型密钥聚合可搜索加密方法

摘要：最新密钥聚合可搜索加密（KASE）尝试将搜索加密数据与支持数据所有者相结合，共享一个聚合的可搜索密钥；该密钥授权用户搜索数据。相应地，用户需提交一个单一聚合陷门至云端，在共享数据集上执行关键词搜索。然而，现有KASE方法不支持使用单一聚合陷门在由多个所有者共享的数据上搜索。因此，本文提出MULKASE方法，该方法允许用户使用单一陷门在由多用户拥有的不同数据记录上搜索。在MULKASE方法中，聚合密钥尺寸不依赖于数据所有者拥有的文档数量，即使外包密文数量超出预定限值，聚合密钥尺寸维持不变。安全性分析证实MULKASE方法对所选消息攻击和关键词攻击安全，亦证实该方法对交叉配对攻击安全，且提供查询隐私。理论和实验分析表明MULKASE方法性能优于现有KASE方法。文中还演示了MULKASE方法如何执行联合搜索。

关键词组：可搜索加密；云存储；密钥聚合加密；数据共享

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