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Journal of Zhejiang University SCIENCE C
ISSN 1869-1951(Print), 1869-196x(Online), Monthly
2025 Vol.26 No.9 P.1509-1766
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Review Articles
Review Article: Design of plant-inspired shape-changing interfaces: a review
Junzhe JI, Chuang CHEN, Boyu FENG, Ye TAO, Guanyun WANG
DOI: 10.1631/FITEE.2500118 Downloaded: 172 Clicked: 385 Cited: 0 Commented: 0(p.1509-1533) <Full Text><PPT> 12
1浙江大学计算机科学与技术学院，中国杭州市，310027
2浙江大学工程师学院，中国杭州市，310015
3浙大城市学院艺术与考古学院，中国杭州市，310015
摘要：可变形界面将形状的物理变化作为输入或输出，以传递信息并与用户交互。植物作为天然的可变形界面，擅长通过调整形态来适应环境变化。本文对自然界中植物的变形现象进行系统分析，并总结若干相应的植物启发型可变形界面设计策略，涵盖材料选择与合成、制造方法以及驱动机制等最新进展。跨领域实践应用旨在验证植物启发型可变形界面在农业、医疗、建筑、机器人等领域的优势与潜力。同时探讨机遇与挑战，包括跨学科任务中的设计思维、动态行为与控制原理、新型材料与工艺、应用场景与功能匹配、大规模应用需求等。本文有望激发对植物启发型可变性界面的深入研究。
关键词组：可变形界面；实体界面；植物仿生；人机交互；智能材料
Review Article: A review of automatic schematic generation techniques and their application to printed circuit boards
Jie YANG, Kai QIAO, Jian CHEN, Chen CHEN, Lixiang GUO, Bin YAN
DOI: 10.1631/FITEE.2400612 Downloaded: 1015 Clicked: 585 Cited: 0 Commented: 0(p.1534-1550) <Full Text>
信息工程大学，中国郑州市，450000
摘要：印刷电路板（PCB）是电子设备的基石，其原理图对系统性能与可靠性具有至关重要的影响。随着电子设备在社会中的广泛应用，其维护、安全、后门以及其他潜在问题备受关注。自动原理图生成（ASG）凭借其自主生成电路原理图的独特能力，不仅在电子设计自动化（EDA）中扮演着举足轻重的角色，更能助力解析PCB设备的基本原理，从而有效应对这些深层问题。然而，受制于PCB日趋精密化的制造工艺以及逆向工程固有的法律和伦理争议，相关技术发展面临显著瓶颈。为突破技术壁垒，推动技术进步，本文系统梳理现有ASG技术，深入剖析其核心算法--布局与布线技术，并针对该技术在PCB逆向工程中的应用，详细分析当前面临的挑战和难题。围绕这些挑战，本文探讨了可行解决方案，旨在推动自动PCB原理图生成技术的研究，为EDA和PCB逆向工程自动化贡献新的力量。
关键词组：自动原理图生成；布局；布线；印刷电路板；逆向工程；自动化
Review Article: Deep anomaly detection of temporal heterogeneous data in AIOps: a survey
Jiayi GUI, Zhongnan MA, Hao ZHOU, Yan SU, Miaoru ZHANG, Ke YU, Xiaofei WU
DOI: 10.1631/FITEE.2400467 Downloaded: 1896 Clicked: 1094 Cited: 0 Commented: 0(p.1551-1576) <Full Text><PPT> 13
北京邮电大学人工智能学院，中国北京市，100876
摘要：第五代（5G）移动通信及物联网（IoT）技术的进步推动智能应用的发展，但也使得这些网络日益复杂化，并容易遭受各类定向攻击。为监测和识别网络异常事件，研究人员提出多种异常检测（AD）模型，尤其是基于深度学习技术的模型。然而，由于网络运营商缺乏对这些黑箱系统的专业知识，这些模型的部署和使用存在诸多挑战。本文对通信网络领域现有AD模型和方法进行了系统性综述。基于模型原理和结构，将这些模型分为4个方法论类别，并重点强调近期在AD领域中展现巨大潜力的大语言模型的作用。此外，在以下4个应用领域对相关模型展开深入探讨：网络流量监控、网络系统日志分析、云边服务提供以及物联网安全。基于以上应用需求，剖析了当前面临的挑战，并就未来研究方向提出见解，涵盖鲁棒性、可解释性以及大语言模型在AD中的集成作用。
关键词组：异常检测；智能运维（AIOps）；大语言模型；通信网络
Research Articles
Lixin MIAO, Zhenxue HE, Xiaojun ZHAO, Yijin WANG, Xiaodan ZHANG, Kui YU, Limin XIAO, Zhisheng HUO
DOI: 10.1631/FITEE.2400967 Downloaded: 1301 Clicked: 474 Cited: 0 Commented: 0(p.1577-1595) <Full Text>
1河北农业大学河北省农业大数据重点实验室，中国保定市，071001
2北京航空航天大学计算机学院，中国北京市，100191
3北京航空航天大学电子信息工程学院，中国北京市，100191
摘要：蜣螂优化器（DBO）是一种具备快速收敛和强大寻优能力的元启发式算法，在解决各种优化问题时展现出优良性能。然而，该算法在处理大规模复杂优化问题时存在易陷入局部最优解和收敛精度不高的问题。为此，提出一种基于弹性退火机制的自适应蜣螂优化器（ADBO）。首先，采用非线性递减方式调整收敛因子，以平衡全局探索和局部开发的需求，从而提高收敛速度和搜索质量；其次，引入贪心差分优化策略以增强种群多样性，提高全局搜索能力并避免过早收敛；最后，采用弹性退火机制对随机选择的个体进行扰动，有助于跳出局部最优，提高解的质量和算法稳定性。基于CEC 2017、CEC 2022基准函数集和MCNC基准测试电路的实验结果验证了ADBO的有效性、优越性和普适性。
关键词组：元启发式算法；蜣螂优化器；收敛因子；贪心差分优化策略；弹性退火机制
Algorithm and evaluation of generating pseudo-datasets for integrated circuit power analysis
Zejia LYU, Jizhong SHEN, Xi CHEN
DOI: 10.1631/FITEE.2400677 Downloaded: 687 Clicked: 860 Cited: 0 Commented: 0(p.1596-1608) <Full Text><PPT> 15
1浙江大学信息与电子工程学院，中国杭州市，310027
2上海合昕工业软件有限公司，中国上海市，201210
摘要：平均功耗分析在大规模数字集成电路设计中至关重要。随着以数据驱动为基础的机器学习方法在电子设计自动化（EDA）领域的应用，对海量数据集的需求日益增长。为满足这一需求，本文提出一种基于图拓扑结构的全新伪电路生成算法。该算法通过将随机生成的有向无环图转换为门级Verilog伪组合电路网表，高效生成海量功耗分析样本。随后引入寄存器单元，将伪组合网表转化为伪时序电路网表。通过超参数调控电路拓扑结构，并在综合过程中施加适当的时序约束，最终生成伪电路数据集。采用主流功耗分析软件评估该方法，对生成的电路进行布局前平均功耗测试，将其性能与基准数据集对比，并通过电路拓扑复杂度分析与静态时序分析验证结果。实验结果验证了数据集的有效性，展现了算法的高效运行和鲁棒性，彰显其研究价值。
关键词组：图计算；电子设计自动化（EDA）；伪数据集；平均功耗分析
Efficient privacy-preserving scheme for secure neural network inference
Liquan CHEN, Zixuan YANG, Peng ZHANG, Yang MA
DOI: 10.1631/FITEE.2400371 Downloaded: 1756 Clicked: 1036 Cited: 0 Commented: 0(p.1609-1623) <Full Text><PPT> 15
1东南大学网络空间安全学院，中国南京市，210096
2紫金山实验室，中国南京市，211189
摘要：随着智能设备和云服务的广泛应用，加之本地计算与存储资源受限，大量用户倾向于将私有数据传输至云服务器进行处理。然而，敏感数据以明文形式传输引发用户隐私与安全方面的担忧。为应对这些问题，提出一种基于同态加密与安全多方计算的高效隐私保护安全神经网络推理方案，该方案在确保用户与云服务器双方隐私的同时，实现了快速准确的密文推理。首先，将推理过程划分为3个阶段：调整网络结构的合并阶段、执行同态计算的预处理阶段以及隐私数据秘密共享的浮点运算在线阶段。其次，提出一种网络参数合并方法，以降低乘法层级的成本，并减少密文–明文乘法与加法运算次数。最后，提出一种快速卷积算法，以提升计算效率。与其他最先进的方法相比，所提方案在线阶段的线性操作时间至少减少11％，显著降低了推理时间和通信开销。
关键词组：安全神经网络推理；卷积神经网络；隐私保护；同态加密；秘密共享
SAPER-AI accelerator: a systolic array-based power-efficient reconfigurable AI accelerator
Fahad Bin MUSLIM, Kashif INAYAT, Muhammad Zain SIDDIQI, Safiullah KHAN, Tayyeb MAHMOOD, Ihtesham ul ISLAM
DOI: 10.1631/FITEE.2400867 Downloaded: 987 Clicked: 826 Cited: 0 Commented: 0(p.1624-1636) <Full Text><PPT> 15
Safiullah KHAN4, Tayyeb MAHMOOD5, Ihtesham ul ISLAM6
1GIK工程科技学院计算机科学与工程系，巴基斯坦托皮，23460
2巴塞罗那超算中心，西班牙巴塞罗那，1-3 08034
3仁川国立大学电子工程系，韩国仁川市，22006
4曼彻斯特城市大学计算与数学系，英国曼彻斯特，M15 6BX
5Nextwave公司，韩国大田市，34134
6国立科技大学计算机软件工程系，巴基斯坦伊斯兰堡，H-12
摘要：深度学习加速器对于满足现代神经网络日益增长的计算需求至关重要。基于脉动阵列的加速器由二维网格状的处理元件组成，这些处理元件协同工作以加速矩阵乘法运算。此类加速器的能效至关重要，尤其是在边缘人工智能场景下。本文提出的SAPER-AI加速器是一种脉动阵列加速器，采用统一功耗格式来定义其功耗意图，几乎无需优化其微架构。该加速器以粗粒度方式关闭处理元件的行和列，从而使脉动阵列微架构能适应现代深度学习工作负载不断变化的计算需求。分析表明，在最佳情况下，32×32和64×64脉动阵列设计的能效分别提升10%至25%。此外，更大规模的脉动阵列的功率延迟积改善约6%。进一步，基于MobileNet和ResNet50模型的性能比较表明，脉动阵列在处理ResNet50工作负载时通常表现更佳。这是因为ResNet50所呈现的更为规整的卷积计算更受脉动阵列青睐，且随着脉动阵列规模增大，这一性能差距会进一步扩大。
关键词组：人工智能加速器；专用集成电路设计；脉动阵列；低能耗设计
Effect of terminal boundary protection on the spread of computer viruses: modeling and simulation
Kai GAO, Lixin ZHANG, Yabing YAO, Yang YANG, Fuzhong NIAN
DOI: 10.1631/FITEE.2400236 Downloaded: 1458 Clicked: 1183 Cited: 0 Commented: 0(p.1637-1648) <Full Text><PPT> 12
1兰州理工大学网络与信息中心，中国兰州市，730000
2甘肃省可穿戴装备重点实验室，中国兰州市，730000
3兰州大学信息科学与工程学院，中国兰州市，730000
4兰州理工大学计算机与通信学院，中国兰州市，730000
摘要：校园网络用户群体的多样性和复杂性增加了终端信息交互中感染计算机病毒的风险。因此，探究计算机病毒在这种网络中如何在终端之间传播至关重要。本文基于基础网络结构特性和经典传染病传播动力学模型，构建了一种适用于现实世界大学场景的全新计算机病毒传播模型。该模型包含六大群体：易感群体、未隔离潜伏群体、已隔离潜伏群体、感染群体、恢复群体、宕机群体。分析了该模型的基本再生数和无病平衡点。利用真实的高校终端计算机病毒传播数据，提出基本病毒感染率、基本病毒查杀率和安全防护策略部署率，以定义各群体间的转换概率并感知各群体的变化趋势。此外，基于提出的计算机病毒传播模型，分析了计算机病毒在校园网络中的传播趋势。提出抑制计算机病毒在终端传播的具体措施，最大程度确保校园网络终端安全稳定运行。
关键词组：校园网终端安全；计算机病毒传播；模型；仿真模拟；终端防护措施
Full-defense framework: multi-level deepfake detection and source tracing
Hui SHI, Guibin WANG, Yanni LI, Rujia QI
DOI: 10.1631/FITEE.2401012 Downloaded: 808 Clicked: 796 Cited: 0 Commented: 0(p.1649-1661) <Full Text><PPT> 14
1辽宁师范大学计算机与人工智能学院，中国大连市，116021
2辽宁对外经贸学院管理学院，中国大连市，116029
摘要：深度伪造已对政治、新闻、娱乐等多个领域构成严重威胁。尽管大量基于被动检测或主动防御的方法已被提出，但很少有方法能够同时实现被动检测和主动防御。为解决这一问题，我们提出一种基于交叉域特征融合和可分离水印的全防御框架，同时实现被动检测和主动防御。主动防御模块由一个编码器和两个可分离解码器组成，其中编码器将水印嵌入到受保护的人脸图像中，两个解码器分别提取具有不同鲁棒性的水印。鲁棒水印能够可靠地追踪可信的人脸，而半鲁棒水印则对恶意攻击（深度伪造攻击或水印移除攻击）敏感，这些恶意攻击会导致水印消失。当水印消失时，被动检测模块则融合空间域和频率域特征，进一步区分到底是经过了深度伪造攻击还是水印移除攻击。所提出的交叉域特征融合策略首先用频率域特征的"主要"通道替换空间域特征的"次要"通道，再用空间域特征的"主要"通道替换频率域特征的"次要"通道。大量实验表明，所提出的方法不仅提供主动防御机制（即溯源和版权保护），还在无水印的情况下实现被动检测，进一步区分深度伪造攻击和水印移除攻击，从而提供全面的防御框架。
关键词组：深度伪造检测；主动防御；溯源；交叉域特征融合；水印移除攻击
Zhongjing YU, Duo ZHANG, Shihan KONG, Deqiang OUYANG, Hongfei LI, Junzhi YU
DOI: 10.1631/FITEE.2401000 Downloaded: 687 Clicked: 746 Cited: 0 Commented: 0(p.1662-1678) <Full Text>
1北京大学工学部先进制造与机器人学院，湍流与复杂系统全国重点实验室，中国北京市，100871
2智能博弈与决策实验室，中国北京市，100097
3重庆大学计算机学院，中国重庆市，400044
4西南大学电子信息工程学院，中国重庆市，400715
摘要：本文聚焦于欺骗攻击环境下时滞T-S模糊神经网络同步的事件触发控制器设计。传统事件触发机制（ETM）依据当前采样点确定下一次触发，易导致网络拥塞，且存在欺骗攻击和系统状态不可测的问题。为增强系统稳定性，我们采用自适应检测机制在特定时间段内识别事件发生，同时重新刻画欺骗攻击以涵盖一般场景。具体改进如下：首先，利用伯努利过程建模欺骗攻击发生机制，将其作为广义马尔可夫过程描述多种攻击场景；其次，引入基于和值的动态离散事件触发机制（SDDETM），该机制结合历史采样测量值和内部动态变量来确定后续触发事件；最后，整合动态输出反馈控制器（DOFC）以确保系统稳定性。通过应用锥补线性化（CCL）算法，实现了DOFC与SDDETM参数的协同设计。通过两个仿真算例验证了该算法的有效性。
关键词组：基于和值的动态离散事件触发机制；T-S模糊模型；欺骗攻击
Efficient learning of robust multigait quadruped locomotion for minimizing the cost of transport
Zhicheng WANG, Xin ZHAO, Meng Yee (Michael) CHUAH, Zhibin LI, Jun WU, Qiuguo ZHU
DOI: 10.1631/FITEE.2401070 Downloaded: 544 Clicked: 360 Cited: 0 Commented: 0(p.1679-1691) <Full Text><PPT> 15
1浙江大学智能系统与控制研究所，中国杭州市，310027
2新加坡科技研究局资讯通信研究院，138642
3中国北方车辆研究所槐树岭国家重点实验室，中国北京市，100072
4伦敦大学学院计算机科学系，英国伦敦市
5浙江大学工业控制技术国家重点实验室，中国杭州市，310027
摘要：四足机器人能够使用多种步态节律进行移动，每种步态在地形通过性和能量效率方面具有不同特点。通过在不同环境下主动切换调整步态，四足机器人可以实现节能且适应性强的运动策略。本文探讨不同步态参数下基于强化学习的四足机器人运动策略的能量效率和地形通过能力，提出一种训练-整合框架，将习得的单步态运动策略整合为一个高效的多步态运动策略。所得到的控制策略实现了低成本的步态切换和可控的步态。实验结果表明，该多技能策略在保持能量最优的同时，能够实现平滑安全的步态过渡。
关键词组：强化学习；运动；运动学习；能量效率
Jingru SUN, Chendingying LU, Yichuang SUN, Hongbo JIANG, Zhu XIAO
DOI: 10.1631/FITEE.2401059 Downloaded: 630 Clicked: 736 Cited: 0 Commented: 0(p.1692-1710) <Full Text><PPT> 13
1湖南大学信息科学与工程学院，中国长沙市，410082
2赫特福德大学物理、工程与计算机科学学院，英国赫特福德，AL10 9AB
摘要：交通流预测对于智能交通系统至关重要，并有助于路线规划和导航。然而，现有研究通常侧重于提高预测准确性，而忽视了外部影响和边缘设备的实际问题，如资源限制和数据稀疏性。本文提出一种基于在线迁移学习和多层感知机辅助图卷积网络的框架（OTL-GM），该框架由两部分组成：将源领域特征转移到边缘设备，并通过在线学习弥合领域间的差距。在4个数据集上验证了在线迁移学习的有效性；与未采用在线迁移学习的模型相比，采用在线迁移学习模型时，不同模型收敛时间减少的比例从24.77%到95.32%不等。
关键词组：在线迁移学习；交通流预测；智能边缘设备
Passivity-based synchronous control of Markov jump systems with actuator saturation
Liqing WANG, Jiaming TANG, Mingkun WANG, Feiyu YANG
DOI: 10.1631/FITEE.2500039 Downloaded: 626 Clicked: 468 Cited: 0 Commented: 0(p.1711-1720) <Full Text><PPT> 13
1浙江理工大学机械工程学院，中国杭州市，310018
2浙江大学软件学院，中国杭州市，310027
摘要：本文基于无源性理论研究了具有致动器饱和的离散时间马尔科夫跳变系统的鲁棒控制问题。在系统与控制器模态同步的假设下，采用饱和依赖李雅普诺夫函数方法和线性矩阵不等式（LMI）技术，建立了保证系统在吸引域内均方稳定与随机无源的充分条件。该方法解耦了系统变量间的耦合关系，极大简化了同步控制器的设计过程。此外，通过求解优化问题实现了所考虑的马尔科夫跳变系统吸引域估计。将模态依赖控制器退化为模态独立控制器，推导出在模态独立控制策略下保证系统鲁棒性的充分条件，并对这些条件进行系统性总结。最后，通过数值仿真验证了所提综合设计方法的有效性。
关键词组：马尔科夫跳变系统；同步控制器；致动器饱和；无源性；线性矩阵不等式
Numerical investigation of resolution in single emitter localization-based imaging systems
Yueying WANG, Yiwen HU, Yuehan ZHAO, Cuifang KUANG, Xiang HAO
DOI: 10.1631/FITEE.2500015 Downloaded: 657 Clicked: 547 Cited: 0 Commented: 0(p.1721-1732) <Full Text>
1浙江大学光电科学与工程学院，中国杭州市，310027
2浙江大学杭州国际科创中心，中国杭州市，311200
3极端光学协同创新中心，中国太原市，030006
摘要：本文对单发射器定位成像系统中影响定位精度和分辨率的因素进行了数值分析。之前的研究考虑的参数相对有限，而我们的数值方法增加了具有重要参考价值的附加参数，从而对结果进行了更全面的分析。我们用数值模拟区分加性噪声和乘性噪声对定位精度的影响，并考虑采样频率的影响，计算了不同分辨率要求下的最佳采样频率。利用一套推导方程，系统地模拟和量化这些参数的变化如何影响系统性能。此外，提供了优化单发射器定位成像系统中基于点扩展函数宽度的信噪比要求和像素尺寸选择的指导。这一数字驱动的研究为更复杂成像系统的分析提供了关键见解。
关键词组：定位精度；分辨率；单点定位；过采样；信噪比
Pseudo-evolute curves and caustic surfaces
Hande Nur DALKILI, Yusuf YAYLI
DOI: 10.1631/FITEE.2400930 Downloaded: 784 Clicked: 974 Cited: 0 Commented: 0(p.1733-1741) <Full Text><PPT> 13
1安卡拉大学自然与应用科学研究生院数学系，土耳其安卡拉省，06000
2安卡拉大学理学院数学系，土耳其安卡拉省，06000
摘要：本文通过将空间曲线和曲面上的曲线视为基线，并改变镜面反射光源方向，获得密切焦散可展曲面和从切焦散可展曲面。证明伪渐屈线代表这些曲面的腰曲线（回归边）。对基于曲面上曲线的可展曲面，观察到如果曲线是测地线，则密切焦散可展曲面等价于从切焦散可展曲面。此外，当基曲线取自任意曲面时，根据光源方向的不同，焦散曲面可被表征为平坦型或法向逼近型曲面。
关键词组：伪渐屈线；焦散面；可展曲面；从切焦散可展曲面；密切焦散可展曲面；法向焦散可展曲面
A height estimation method based on a beamspace joint alternating iterative algorithm in MIMO radar
Derui TANG, Yongbo ZHAO, Shuaijie ZHANG
DOI: 10.1631/FITEE.2500030 Downloaded: 216 Clicked: 335 Cited: 0 Commented: 0(p.1742-1753) <Full Text>
西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室，中国西安市，710071
摘要：本文研究了多径环境下多输入多输出（MIMO）雷达的低仰角目标高度估计问题。波束空间对数据进行压缩，是减轻仰角估计计算负担的理想选择。为准确获取目标高度参数，提出一种基于波束空间联合交替迭代算法的MIMO雷达高度估计方法。该方法主要将降维后的MIMO雷达阵元空间数据转换到波束空间并进行白化处理，以提高数据可靠性；然后，利用简化模型获取仰角初值，并结合目标反射系数与目标仰角进行交替估计；最后，利用得到的仰角信息计算目标高度。仿真结果表明，该方法具有良好的估计精度和鲁棒性。
关键词组：多径环境；MIMO雷达高度估计；波束空间与白化处理；联合交替迭代
Qingwang YAO, Jiajia JIANG, Xiaolong YU, Zhuochen LI, Xiaozong HOU, Xiao FU, Fajie DUAN
DOI: 10.1631/FITEE.2400572 Downloaded: 759 Clicked: 687 Cited: 0 Commented: 0(p.1754-1764) <Full Text>
1天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室，中国天津市，300354
2中国科学院沈阳自动化研究所，中国沈阳市，110016
摘要：随着水下仿生伪装隐蔽通信技术的出现，传统通信信号识别方法已无法满足当前水下军事对抗的需求。然而，仿生通信信号识别研究尚不全面。本文以采用移相调制模拟海豚哨声的水下通信信号为研究对象，提出一种基于卷积神经网络的识别方法。设计了时频轮廓（TFC）遮罩滤波方法，运用图像技术获取哨声的TFC遮罩，并从中提取哨声。采用空间分集技术抑制多径信道中的信号衰落。通过希尔比特变换和连续小波变换获取相位微分频谱图像，并将其作为识别基础。最终，通过仿真与湖试验证了该方法的有效性。在仿真中，当多径信道中信噪比（SNR）为0dB时，识别准确率达90%。在真实的水下通信环境中，当符号宽度为50 ms且SNR为6.36 dB时，识别准确率达81%。
关键词组：水下声学信号识别；仿生伪装隐蔽通信；时频轮廓遮罩滤波；卷积神经网络
Errata
Erratum: Erratum to: Data-driven soft sensors in blast furnace ironmaking: a survey
Yueyang LUO, Xinmin ZHANG, Manabu KANO, Long DENG, Chunjie YANG, Zhihuan SONG
DOI: 10.1631/FITEE.22e0366 Downloaded: 24 Clicked: 45 Cited: 0 Commented: 0(p.1765-1765) <Full Text>
Erratum: Erratum to: Depth estimation using an improved stereo network
Wanpeng XU, Ling ZOU, Lingda WU, Yue QI, Zhaoyong QIAN
DOI: 10.1631/FITEE.20e0676 Downloaded: 21 Clicked: 40 Cited: 0 Commented: 0(p.1766-1766) <Full Text>