南京大学学报(自然科学版)

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朱　颖1，秦兴才1*，余晶晶1，刘晨彬2，杨玉婷2，现晓军2，陶农建1

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 665.

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二氧化碳(CO2)是室内空气质量的重要监测指标之一，同时又是植物光合作用的原材料，与植物生长有着密切的联系. 考虑植物生长速率与CO2浓度之间的关联，利用影像技术发展在线追踪测量植物生长速率的方法，并探索利用该方法实时监测CO2浓度的可能性，建立基于植物的低成本、简单、灵敏的气体传感平台. 使用普通的网络摄像头，开发了基于matlab的、极其灵敏的光学边界跟踪方法，实时测量了活体黄豆幼苗的生长速率(下胚轴茎高增长率)及其与二氧化碳浓度(400～1700 ppm)之间的关系. 结果显示，随着二氧化碳浓度的增加，植物生长速率从400 ppm时的6 μm?min－1增加到800 ppm时的22 μm?min－1，但当浓度超过900 ppm时，生长速率却随之降低. 该方法所观察到的这种现象与文献中使用其他方法得到的结果大致相符，进一步验证了该方法的可信性. 另外，此方法成本低、简单、灵敏、无污染，无需化学药品和专门仪器，未来不仅可能应用于空气质量监测，还可以用于植物生理学和农业科学研究．

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NMP－LiCl－H2O体系配合物的结构与解络方法初探

高子雅，王宝荣，周　政，郑丽敏，张志炳*

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 672.

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N－甲基吡咯烷酮(NMP)与氯化锂的水溶液体系会形成配合物，研究该体系配合物的特征对于制定科学的分离方法十分重要. 迄今为止，还没有关于此类配合物具体结构的相关研究报道. 通过核磁共振氢谱对其结构进行初步表征，并模拟该配合物产生的条件，成功地合成了该配合物进一步使用甲醇－乙腈作为混合溶剂，采用低温挥发法获得了适合于X射线衍射的单晶. 单晶结构数据显示该配合物由两个金属锂离子、两个NMP分子、四个配位水以及两个氯离子组成，呈现畸变的四面体构型. 其中，两个锂离子中心的距离为2.737(9)，相关的Li－O键长分别是1.903(5)，1.929(5)和1.960(5). 此外，还尝试对该配合物的解络方法进行了探究．

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基于多源遥感影像的考古遗址识别与分析——以良渚古城为例

张依欣1，董少春1*，王晓琪2，尹宏伟1，徐士进1，胡　欢1

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 680.

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随着空间技术的不断发展，卫星遥感影像以其高空间覆盖、高分辨率和无损探测等优势在考古遗址的发现中发挥着越来越重要的作用. 对卫星遥感影像的处理主要包括基于像素和面向对象的方法. 基于像素的影像处理方法能够在宏观上识别考古遗址的整体外貌，而面向对象的影像处理方法能够从地物的几何形态、纹理特征、空间分布及其相互关系等方面把握不同遗址类型的特征，从而实现有针对性的分类识别. 阐述了基于像素和面向对象相结合的遥感影像处理方法在考古遗址识别上的应用，并以良渚大型遗址群为例，利用高分辨率WorldView－2卫星的多光谱影像和全色波段影像、TerraSAR－X雷达影像和高精度的数字表面模型(DSM)识别并提取了作为良渚遗址群重要组成部分的城墙和城内的台地，从整体和细节两个方面对考古遗址进行甄别，并将识别结果与良渚古城已有的考古资料进行了对比，遗址识别吻合度达到83.84%. 这一识别结果证明了该研究思路的可靠性，具有很强的实践性，对提高考古遗址的识别精度和准确性、全面把握遗址的分布和类型具有重要意义．

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基于加权树的层次社团划分算法

钱　峰1，2，张　蕾1，2，赵　姝1*，陈　洁1，张燕平1

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 696.

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社团发现常用于挖掘复杂网络中的隐藏信息，如功能模块和拓扑结构. 为提高复杂网络中社团结构挖掘的质量，提出一种基于加权树的层次社团划分算法HCD_WTree(Hierarchical Community Detection Algorithm Based on Weighted Tree). 首先，结合邻域重叠比和节点的度中心性来度量节点间关系强度，基于该度量将原无权网络转换成加权网络；接着，对网络进行简化，得到加权树；最后，基于层次社团挖掘方法，根据边权依序裁剪加权树，得到层次的社团结构，并结合模块度函数获得最优的社团划分结果. 在公用数据集上的实验结果表明，与现有的社团挖掘技术相比，HCD_WTree算法能够更准确地划分复杂网络中的社团结构．

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模糊推理的FMT－对称I*算法

唐益明1，2*，张有成1，2，任福继1，2，胡相慧1，2，宋小成1，2，丰刚永1，2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 706.

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面向模糊推理的FMT(Fuzzy Modus Tollens)问题，从对称蕴涵的角度，将三I*算法推广为对称I*算法. 首先，给出了FMT－对称I*算法的定义、求解原则，针对R－蕴涵算子构建了一致化表达的求解模式；针对几个常见的R－蕴涵算子，提供了具体的优化解形式. 进一步地，将FMT－对称I*算法衍生到α－FMT－对称I*算法的范畴，探讨了α－FMT－对称I*算法的定义、求解原理和优化解. 最后，考察了FMT－对称I*算法的置换还原性，发现其效果良好．

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基于三支决策粗糙集的迭代量化的图像检索算法

张　婷1，2，张红云1，2*，王　真3

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 714.

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由于基于全图的图像检索算法提取的特征存在噪声，而且只具备低层的描述能力，所以基于显著性检测的图像检索算法中，图像显著部分的不确定性会使显著性检测和图像分割后所得到的显著区域容易丢失重要信息，导致检索准确率低. 提出一种基于三支决策粗糙集的图像检索算法. 为了提取出图像的有用信息，忽略无关信息，该算法利用三支决策粗糙集理论将图像划分为显著区域、非显著区域和模糊区域，分别对显著区域和模糊区域提取特征，并共同参与检索. 实验结果表明，该算法在Corel－1000数据集下，与现有先进算法相比，能有效地提高检索的准确率．

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一种基于核对齐的分类器链的多标记学习算法

陈琳琳1*，陈德刚2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 725.

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在解决多标记分类问题的问题转换方法中，二值相关是一种常用的方法，其对于标记间相互独立的假设忽略了标记之间的相关性. 多标记分类的分类器链算法通过标记信息在分类器之间的传递考虑了标记间的相关性，从而克服了二值相关算法中标记独立性问题. 然而此算法中，分类器链的排序是任意指定的，不同的排序具有不同的分类结果. 为了解决这个问题，引入核对齐方法对分类器进行排序并提出了两种算法，其中核对齐是用来衡量两个核函数之间一致性程度的量. 一种是最大化特征空间中核函数和标记空间中理想核的凸组合的对齐值，根据每个理想核的权重进行排序，其中理想核是由每个标记定义的. 另一种是直接计算核函数与每个理想核的对齐值，根据对齐值进行排序. 实验结果表明，提出的基于核对齐的分类器链的多标记学习算法是有效的．

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一种基于邻域关系和模糊决策的特征选择方法

温　欣1，李德玉1，2*，王素格1，2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 733.

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数据特征空间的高维性使得学习过程耗费了相对较多的时间，而且可能影响分类性能. 邻域粗糙集模型可以用来解决特征选择问题，但该模型未能描述现实存在的样本的模糊性，可能导致信息的丢失. 因此，建立了一种新的单标记特征选择模型，采用两种不同的隶属度计算方法获得样本对等价类的模糊隶属度，将每个等价类中最小隶属度值作为隶属度阈值. 然后利用邻域样本隶属度与阈值的关系重新定义邻域粗糙上、下近似，进而通过衡量决策属性对特征子集依赖度的大小进行特征选择. 在七个公开的UCI数据集上进行了实验，实验结果表明，与已有的几种特征选择方法相对比，分类准确度得到了进一步提高，选择的特征数目明显减少．

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基于人工免疫算法的软件输出域覆盖测试

张卫祥*，齐玉华

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 742.

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如何实现软件输出域覆盖，是对安全攸关软件开展功能测试时面临的一个难题. 采用智能化软件测试思路，提出了基于人工免疫算法的软件测试数据自动生成方法. 首先分析了软件输出域覆盖问题的由来和面临的困难，说明了利用灰盒测试技术将输出域覆盖转化为软件伪路径覆盖的技术途径，并给出了软件测试数据质量评价的度量指标. 其次，给出了人工免疫算法应用于软件测试数据生成的基本思路，介绍了人工免疫算法的一般步骤及其与遗传算法的异同分析. 然后，分别设计了抗体亲和度评价算子、抗体浓度评价算子、免疫选择算子、克隆算子、变异算子、抑制算子、刷新算子等人工免疫算法的主要算子，实现了基于人工免疫算法的测试数据自动化生成方法. 最后，采用三种不同类型软件对方法有效性进行了验证，并对数据命中率、平均迭代轮次以及测试用例总个数等指标进行了分析. 结果表明，该方法满足软件输出域覆盖要求，总体效果优于遗传算法和随机测试．

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一种基于加权共同邻居相似度的局部社区发现算法

赵卫绩1，2，张凤斌1*，刘井莲2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 751.

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传统的社区发现算法能够找出网络中所有的社区，其时间复杂度取决于网络的规模. 挖掘大网络中的全局社区结构因为时间复杂度高而难以实现，局部社区发现作为一种不需要知道网络的整体结构，从给定的节点逐步向外扩展，寻找该节点所在社区的方法，在大网络时代具有重要的应用意义. 目前这方面的研究已经获得广泛关注，并提出了很多局部社区发现算法. 针对已有局部社区发现算法需要人工设置参数、准确率低的问题，提出一种新的局部社区发现算法. 首先，提出一种加权邻居节点的共同邻居相似度指标，用于计算网络中两个节点间的相似度；然后，基于该相似度指标，给出一种新的局部社区质量度量指标，在保证社区度量指标不下降的前提下，不断选择与当前局部社区嵌入度最大的节点加入到局部社区，逐步找出给定节点所在的社区；最后，在真实网络和仿真网络数据集上进行了实验. 实验结果表明，该算法能有效地挖掘出给定节点所在的局部社区，相比具有代表性的Clauset，LWP，GMAC等局部社区发现算法有更高的准确率．

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基于协同过滤加权预测的主动学习缺失值填补算法

黄　帷，闵　帆*，任　杰

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 758.

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在机器学习应用中，缺失值填补作为一种预处理技术，能有效提高数据的可用性，然而在缺失值较多或不均衡时，这些技术的效果并不理想. 主动学习场景允许机器与用户交互，以获取少量关键数据，提高分类精度. 针对主动获取数据量有限的问题，提出基于协同过滤加权预测的主动学习缺失值填补算法(Collaborative Filtering weighted prediction based Active Learning，CFAL). 首先采用基于样本和基于属性的协同过滤方法分别预测缺失值；然后根据预测值的差异对数据进行排序，差异大的少量数据进行主动获取，差异小的少量数据利用预测值的平均值进行填补；重复该过程直到主动获取数据达到所给阈值上限，其余缺失值则使用预测值均值填补. 实验在七个UCI常用数据集上进行，结果表明，与流行的几种填补算法相比，CFAL算法能更好地提升数据质量，应用于C4.5，kNN等算法能获得更高的分类精度．

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一种基于直觉模糊语言概念格的规则提取方法

姚　丽1，曹仪铭2，崔　慧2，邹　丽1*

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 758.

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针对具有模糊语言值不确定性信息的决策问题，提出一种基于直觉模糊语言概念格的规则提取方法. 基于直觉模糊概念格，提出直觉模糊语言形式背景及直觉模糊语言形式概念，探讨直觉模糊语言形式概念间的偏序关系以及直觉模糊语言概念格之间的细于关系. 在直觉模糊语言决策形式背景下，给出直觉模糊语言集之间的相似度以及加权相似度，讨论其相关性质. 构建条件概念格和决策概念格，得到在直觉模糊语言决策形式背景下的规则集，建立直觉模糊语言规则提取应用模型. 通过疾病诊断实例说明该方法的有效性和实用性. 所提出的方法能够同时考虑决策过程中正反两方面的评价信息，减少决策过程中的信息损失．

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基于随机化融合和CNN的多模态肺部肿瘤图像识别

梁蒙蒙1，周　涛1，2*，夏　勇3，张飞飞1，杨　健1

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 775.

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在多模态医学图像背景下，针对单模态图像识别存在目标模糊、边界不清等问题，提出一种基于随机化特征融合的卷积神经网络(Convolutional Neural Network，CNN)目标识别方法. 首先使用参数迁移法构造卷积神经网络模型，利用自建的多模态医学图像数据库对CNN模型进行微调；然后，分别用CT(Computed Tomography)，PET(Positron Emission Computed Tomography)和PET/CT三个模态的数据并行地训练网络，并提取全连接层的特征向量；其次，构造随机函数，将三个模态的全连接层数据进行随机化融合；最后，通过另一个全连接层和分类器对融合后的特征进行分类识别. 通过批次大小、迭代次数和网络层数三个角度验证该方法的有效性，实验结果表明，随机化融合效果优于单模态CNN，且特异性和灵敏度也较高，因此该方法对临床肺部肿瘤识别具有良好的适应性．

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三元概念与形式概念的关系

李俊余1，2，朱荣杰1，王　霞1，2*，吴伟志1，2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 786.

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由于三元概念分析是形式概念分析的拓展，因此三元概念和形式概念(二元概念)之间有着紧密的联系. 首先，从二元背景出发来描述三元概念，研究一个三元背景的三元概念和所有非空条件子集确定的二元背景的二元概念之间的关系. 在每一个条件确定的二元背景的所有二元对象概念集上定义一种运算，证明了通过该运算和二元概念间的并运算可以生成所有非空条件子集确定的二元背景的所有二元概念. 其次，定义了一个从二元概念到三元概念的双射，并从概念粒的角度将一个三元背景的所有三元概念和二元概念进行分层，共分为三层，其中第一层是由单个对象和条件确定的二元对象概念，由它们可以生成第二层和第三层的概念粒，因此第一层是最基本的概念粒，这对三元概念的理解和构造具有重要的作用. 最后，从三元概念出发来寻找二元概念，基于三元概念提出生成由每个条件确定的二元背景的二元概念的方法，并给出了严格证明. 此外，还通过三元图对该方法加以直观解释．

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基于三支决策的中文文本分类算法研究

靳义林1，2*，胡　峰1，2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 794.

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随着信息化的不断发展，越来越多的信息不断涌现出来，如何在海量的信息中快速有效地获取到最有价值的信息成为人们不断关注的热点. 中文文本分类作为自然语言处理的一个分支，通过将信息归纳成已知的主题类别，可以有效地帮助用户快速获取海量信息中所需的信息. 但由于传统特征选择算法存在着很大的局限性，目前在中文文本分类领域上还存在着很大的不足，集中体现在提取出的特征过于高维和稀疏，不能高效地表示类别的文本. 基于此，结合三支决策的思想，提出一种新颖的特征选择算法，将无监督与有监督的特征提取算法相结合，有效减少特征词的数量，使得提取出来的特征词更具有类别代表性. 通过在复旦大学语料库上进行的实验，结果表明，所提出的三支决策特征选择算法与传统的特征选择算法相比，具有一定的优势，能够有效地提高文本分类的准确率．

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决策系统基于特定决策类的上近似约简

敬思惠，秦克云*

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 804.

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决策系统针对特定概念的约简相对于整体约简可以获得更简洁的决策规则. 借助粗糙上近似算子，提出决策系统针对特定决策类的上近似约简概念，针对这种约简标准给出了需要区分对象的条件，借助区分函数给出了约简计算方法；刻画了保持所有决策类上近似不变的分配约简、基于特定对象的分配约简以及针对特定决策类的上近似约简之间的相互关系. 可以通过分配约简构造基于特定对象的分配约简以及针对特定决策类的上近似约简，也可以通过针对特定决策类的上近似约简构造基于特定对象的分配约简．

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决策演化集的膜结构抑制剂

胡玉文1，2，3*，徐久成1，2，张倩倩1，2

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 810.

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决策演化集是用来解决决策规则在时间序列上演化规律的理论和方法. 决策演化集给出了决策规则在时间序列上演化模型，但是在其标准定义下，很难将决策规则的演化轨迹具象化. 而决策演化集的膜结构是在决策演化集的基础上具象化演化轨迹的理论方法，它利用膜结构理论重新刻画了决策演化集，将决策演化集下隐藏属性、丢失属性、演化夹角、偏移夹角、预测夹角等都具象化出来. 但是在决策演化集的标准膜结构下，具象化决策规则演化轨迹的过程中，预测膜和实体膜展现出来的只有偏移夹角这一种关系，导致预测膜如何转变为实体膜的问题，即偏移夹角如何产生的问题被掩盖了. 为了解释预测膜是如何转变为实体膜这个问题，加入抑制剂概念来改造决策演化集的标准膜结构，给出含有抑制剂的决策演化集膜结构的性质，进而解释和具象化预测膜在决策演化过程中转变为实体膜的过程．

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一种基于决策表约简的集覆盖问题的近似解法

陶玉枝1，2，赵仕梅1，2，谭安辉1，2*

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 821.

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集覆盖问题和决策信息表的约简问题分别是优化领域和信息处理领域重要的研究课题，但目前的研究大都针对这两个问题分别独立展开. 通过分析集覆盖问题的解结构和决策信息表的布尔约简结构，将两者联系起来探讨. 首先，给出一个集覆盖问题的布尔矩阵表示，并通过添加决策属性，对集覆盖中的集合进行分类，进一步诱导出一个以该布尔矩阵为条件属性值的决策信息表. 其次，分析了决策表和集覆盖的辨识集之间的关系，证明了集覆盖问题的一个局部最优解恰好是该决策表的一个属性约简，即，求解集覆盖问题可等价地转化为求解决策表的属性约简问题. 然后，利用决策表中的条件熵来度量集覆盖中一个集合在集族中的相对重要度，并构造了基于条件熵的集覆盖问题的近似算法. 最后，运用实例验证了该算法的有效性和可行性，并将新算法与几个传统集覆盖算法进行了对比. 实验结果表明，新算法在求得满意解上具有一定的优势．

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面向RGB－D数据的4D－ICP点云配准方法

苏本跃1，2*，韩　韦1，2，彭玉升2，3，盛　敏2，3

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 829.

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针对三维彩色物体的配准问题，提出一种面向RGB－D数据的点云配准方法. 首先利用主方向贴合方法将待配准的两片点云快速拉近，使它们近似对齐；在点云精确配准阶段，将RGB颜色值转换成单通道的灰度值，并将灰度值范围映射到几何数据的范围，由映射后的灰度值和点云的几何信息构成四维向量；然后由点的局部邻域几何信息和颜色信息构造混合特征描述子，根据混合特征描述子获得源点云的特征点，在四维向量空间，利用k近邻算法在目标点云中搜索对应点，以提高搜索效率；最后，定义了一种基于4D欧氏距离的ICP算法，通过4D－ICP迭代算法实现点云的精确配准. 实验结果表明，面向RGB－D数据的4D－ICP配准方法，能够快速有效地实现RGB－D点云模型的配准，并在配准精度和保持颜色纹理方面效果突出．

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快速特征映射优化的流形密度峰聚类

朱庆峰1，2，葛洪伟1，2*

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 838.

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经典的密度峰聚类不再适用于复杂的流形聚类，因此提出了快速特征映射优化的流形密度峰聚类，用快速特征映射优化的流形距离取代欧式距离，可以更好地反映不同类的点间相似性. 算法首先通过寻找特征点，构造无向特征图，再通过无向特征图计算任意两个点之间的流形距离，最后按照流形距离的大小完成分配. 在人工数据集和UCI数据集上的实验表明，新算法具有更高的准确率．

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认知无线电网络中一种基于主用户活动性预测的拓扑控制方法

齐小刚，张　权*

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 848.

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与传统的无线网络不同，认知无线电网络中次级用户的链路状态不仅受节点自身移动性的影响，也受主用户干扰的影响，这些原因使得在移动认知无线电网络中进行拓扑控制更加具有挑战性. 针对网络中次级用户与主用户优先级的不同而造成网络拓扑的不稳定问题，提出一种基于主用户预测的链路可用时间的估计模型. 与其他的预测方法相比，将主用户的活动行为作为次用户是否被主用户干扰的依据，而不是简单考虑次级用户是否进入了主用户干扰半径. 基于上述模型估计链路的可用时间，并将其作为改进最大生成树拓扑控制的目标，可以最大化网络拓扑的保持时间，避免频繁地进行网络重构，减小网络拓扑保持的花费. 仿真结果证明，基于主用户活动性的拓扑控制算法对于链路的可用持续时间的估计更加准确，同时也实现了网络拓扑保持时间的最大化．

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一种基于演化博弈的低轨卫星切换算法研究

底晓强1，2*，于力伟，刘　旭，Syed Umer

南京大学学报(自然科学版). 2018, 54(4): 855.

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近年来利用低轨卫星组网提供全球覆盖的移动通信成为行业发展和研究的热点，低轨卫星角速度大，单颗卫星无法为用户提供持续的服务，用户需要根据卫星的通信覆盖范围不断切换接入新的卫星才能确保持续通信. 针对大量用户同时切换，且有多颗卫星可以提供接入服务的场景，提出一种基于演化博弈的低轨卫星群组切换算法. 根据用户的网络满意度、带宽价格满意度以及所需的带宽进行分组，由簇头决定同组用户在切换时的接入卫星，卫星为了保障负载能力和确保收益会调整带宽的价格，影响簇头的接入决策. 通过建立用户与卫星的演化博弈模型，利用博弈达到均衡状态，实现用户和卫星的效用最大化. 仿真实验表明了算法的有效性和稳定性，该算法可为未来全球低轨卫星移动通信的用户切换提供参考．

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2018年, 第54卷, 第4期　
刊出日期：2018-07-30

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