FITEE 2021年第11期摘要

1. Wearable devices and IoT applications for symptom detection, infection tracking, and diffusion containment of the COVID-19 pandemic: a survey

用于新型冠状病毒肺炎症状检测、感染跟踪和扩散遏制的可穿戴设备及物联网应用调查

Roberto DE FAZIO¹, Nicola Ivan GIANNOCCARO¹, Miguel CARRASCO²,
Ramiro VELAZQUEZ³,Paolo VISCONTI^1
1萨兰托大学创新工程系，意大利莱切，73100
²阿道夫·伊巴涅斯大学工程与科学学院，智利圣地亚哥，7941169
³泛美大学工程学院，墨西哥阿瓜斯卡连特斯，20290

摘要：在研发出安全有效的疫苗以对抗SARS-CoV-2病毒并满足全球人口使用之需前，诸如物联网设施支持下的可穿戴设备跟踪和监测系统等预防措施是遏制病毒传播的重要工具。在这篇综述中，我们分析了用于限制病毒传播、新型冠状病毒肺炎（COVID-19）感染早期症状检测以及在隔离期间远程监测感染者健康状况的新型可穿戴系统。聚焦于利用即用型硬件和软件实现快速用户筛查的系统。这类基于传感器的系统可用于监测主要生命体征，尽早检测出COVID-19相关症状，并提醒患者和医务人员。对帮助用户遵守社交距离规则、限制人际传染的新型可穿戴设备（如智能口罩）进行了调查和分析。此外，简述了用于监测COVID-19病毒对心血管系统影响的植入式设备。然后，概述了基于物联网技术、可穿戴设备和云计算的用于遏制COVID-19疫情的追踪策略和技术。详细展示了基于射频信号技术的潜力，包括低功耗蓝牙、Wi-Fi和射频识别技术，这些技术常常与应用程序和云技术相结合。最后，对不同解决方案进行了分析和比较，突出强调了它们的潜力，并对开发新型工具应对未来流行病提供了新见解。

关键词：可穿戴设备；物联网健康监测应用；医学传感器；新型冠状病毒肺炎（COVID-19）；症状检测

https://doi.org/10.1631/FITEE.2100085

2. China in the eyes of news media: a case study under COVID-19 epidemic

新闻媒体眼中的中国：新冠肺炎疫情下的案例研究

黄宏^1,2,3,4，陈哲学^1,2,3,4，石宣化^1,2,3,4，王晨旭^1,2,3,4，何泽鹏^1,2,3,4，金海^1,2,3,4，张明新⁵，李宗亚^5
1华中科技大学大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心，中国武汉市，430074
²华中科技大学服务计算技术与系统教育部重点实验室，中国武汉市，430074
³华中科技大学集群与网格计算湖北省重点实验室，中国武汉市，430074
⁴华中科技大学计算机科学与技术学院，中国武汉市，430074
⁵华中科技大学新闻与信息传播学院，中国武汉市，430074

摘要：中国作为新冠肺炎疫情早期爆发地区之一，在2020年初就引起全球新闻媒体关注。疫情期间，中国人民团结一致，积极抗击疫情。然而，在国际公众眼中，有关中国疫情的报道并不乐观。为更好了解国际公众如何看待中国，特别是在疫情期间，我们利用大数据技术进行了案例研究。我们主要想回答3个问题：（1）新冠肺炎疫情期间，国际媒体关注的焦点是什么？（2）媒体报道中国时的立场是什么？（3）媒体谈论中国时的态度是什么？具体来说，我们从22个国家的57家主流媒体中收集了28万则以上相关新闻，从中分析出一些有趣现象。例如，新冠肺炎疫情期间，国际媒体更加关注中国民生；在3月和4月，“中国疫苗进展”“特定药物和治疗”“美国病毒爆发”成为媒体最常见话题；在新闻态度方面，古巴、马来西亚、委内瑞拉对中国持正面态度，而法国、加拿大、英国则持负面态度。我们的研究有助于理解中国在国际媒体眼中的形象，并为形象分析提供良好依据。

关键词：国家形象；新冠肺炎；主题挖掘；实体；新闻立场；情感

https://doi.org/10.1631/FITEE.2000689

3. Quantifying multiple social relationships based on a multiplex stochastic block model

基于多层网络随机块模型的多重社交关系量化方法

吴旻诚，李振，邵存祺，贺诗波
浙江大学控制科学与工程学院，中国杭州市，310027

摘要：在线社交网络使世界各地的人们能够方便地建立各种社交关系，受到极大关注。但是，观测到的社交网络结构往往是多种社交关系的聚合结构。因此，通过观测到的单层结构完整地重构真实网络的多重结构非常重要。本文通过多层网络随机块模型描述多重社交关系，其中不同层对应不同属性（例如，社交网络用户的年龄和性别）。本文旨在利用最大似然估计提高模型参数估计精度，其中估计精度由数据和模型参数之间的交叉熵定义。在本文中，多重网络中每一层节点的分类由其自然属性决定，并且假设多重网络的单层聚合结构已知。由于原多重网络具有较高自由度，因此通过添加一个独立的功能层增加模型参数，以充分覆盖自由度，并在理论上获得功能层的最佳分块数。最后，通过仿真实验，从链接概率误差、交叉熵、接收者操作特征曲线以及贝叶斯因子4个角度验证了本文方法的有效性。

关键词：社交网络；多重网络；随机块模型

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000617

4. A distributed stochastic optimization algorithm with gradient-tracking and distributed heavy-ball acceleration

基于梯度跟踪和分布式重球加速的分布式随机优化算法

孙碧皓¹，胡锦辉¹，夏大文²，李华青^1
1西南大学电子信息工程学院非线性电路与智能信息处理重庆市重点实验室，中国重庆市，400715
²贵州民族大学数据科学与信息工程学院，中国贵阳市，550025

摘要：由于在机器学习和信号处理中的广泛应用，近年来分布式优化得到良好发展。本文致力于研究分布式优化以求解目标函数全局最小值。该目标是分布在个节点的无向网络上的平滑且强凸的局部成本函数总和。与已有工作不同的是，我们使用分布式重球项以提高算法的收敛性能。为使现有分布式随机一阶梯度算法的收敛加速，将动量项与梯度跟踪技术结合。仿真结果表明，在不增加复杂度的情况下，所提算法具有比GT-SAGA更高收敛速率。在真实数据集上的数值实验证明了该算法的有效性和正确性。

关键词：分布式优化；高性能算法；多智能体系统；机器学习问题；随机梯度

https://doi.org/10.1631/FITEE.2000615

5. UAV search-and-rescue planning using an adaptive memetic algorithm

基于自适应文化基因算法的无人机搜救规划

洪立斌¹，王玥²，杜怡辰²，陈鑫¹，郑宇军^1
1杭州师范大学信息科学与技术学院，中国杭州市，311121
²浙江工业大学计算机科学与技术学院，中国杭州市，310023

摘要：无人机在搜救任务中的应用日益广泛，然而由于响应时间有限、搜索区域广、搜索模式多样，无人机搜索规划也更加复杂。本文提出一类无人机搜索规划问题，其搜索区域被划分为一组子区域，且每个子区域中目标存在的先验概率已知。解决该问题需要确定这些子区域的搜索顺序以及每个子区域的搜索模式，使得最终搜索成功的概率最大化。提出一种自适应文化基因算法，它结合了遗传算法和一组邻域搜索策略，基于问题求解过程中的适应度提升和多样性提升指标，动态选择邻域搜索策略。在多个问题实例上的计算实验表明，与先进的全局搜索启发式算法以及非自适应文化基因算法相比，所提算法展现了出色性能。

关键词：文化基因算法；自适应；无人机；搜救

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000632

6. Lane changing assistance strategy based on an improved probabilistic model of dynamic occupancy grids

基于动态占用网格改进概率模型的换道辅助策略

杨正才^1,2，高振海¹，高菲¹，武馨宇¹，何磊^1
1吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，中国长春市，130022
²湖北汽车工业学院汽车工程学院，中国十堰市，442002

摘要：自动驾驶汽车换道辅助是一个热门研究课题。驾驶区域场景建模是解决换道决策问题的前提。提出一种基于动态占用网格的道路环境表示方法。该模型将车辆速度、障碍物、车道线和交通规则等信息封装成一种空间驾驶概率的形式。这些信息被编译成哈希表，通过哈希函数将网格图映射到一个哈希图中。利用该模型建立一个车辆行为决策成本方程，该方程基于最小成本原则，同时考虑车辆驾驶性能、安全性和动力等影响因素，辅助驾驶员做出准确换道决策。通过车辆测试验证了该换道辅助策略的可行性。结果表明，基于动态占用网格概率模型的换道辅助系统可为驾驶者提供兼顾动力和安全性的换道辅助。

关键词：占用网格；概率模型；换道辅助

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000439

7. Implementation of PRINCE with resource-efficient structures based on FPGAs

基于FPGA的资源节约型结构PRINCE的实现

李浪^1,2,3，冯景亚^1,2，刘波涛^1,3，郭影^1,3，李秋萍^1,3
1衡阳师范学院智能信息处理与应用湖南省重点实验室，中国衡阳市，421002
²湖南师范大学信息科学与工程学院，中国长沙市，410081
³衡阳师范学院计算机科学与技术学院，中国衡阳市，421002

摘要：在当今普适计算时代，低资源设备已广泛部署在各个领域。PRINCE是一种专为低延迟设计的轻量级分组密码，适用于普适计算应用程序。本文通过共享和简化逻辑电路为PRINCE组件提出新的电路结构，以达到使用较少逻辑门获得相同效果的目标。基于组件新的电路结构和组件之间的最佳共享，提出3种新的PRINCE硬件架构，并在不同可编程门阵列设备上对3种硬件架构进行仿真和综合。基于Virtex-6平台的实验结果表明，与现有架构相比，展开、低成本和两周期架构的资源消耗分别减少73、119和380个可编程逻辑单元。低成本架构仅需137个可编程逻辑单元。展开架构需409个可编程逻辑单元，其吞吐量为5.34 Gb/s。据我们所知，对于PRINCE的硬件实现，所提低成本架构具有更低资源消耗，且所提展开架构具有更高吞吐量。因此，所提架构具有更高资源效率，适用于低资源、低延迟的应用程序。

关键词：轻量级分组密码；现场可编程门阵列（FPGA）；低成本；PRINCE；嵌入式安全

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000688

8. Initial-condition-switched boosting extreme multistability and mechanism analysis in a memcapacitive oscillator

忆容振荡器初值切换调控的超级多稳定性及其机理分析

陈蓓，徐权，陈墨，武花干，包伯成
常州大学微电子与控制工程学院，中国常州市，213164

摘要：超级多稳定性以其丰富多样的动力学状态和工程应用中的极大灵活性受到科学家们关注。利用4个线性电路元件和一个具有余弦逆忆容值的非线性荷控型忆容元件，构造了一个四维忆容振荡器。四维忆容振荡器具有一个线平衡集，其稳定性随忆容的初始条件周期性演化。由于周期性演化的稳定性，四维忆容振荡器展现了初值切换调控的超级多稳定性。通过分岔图、李雅普诺夫指数和相轨图，揭示了周期倍增/减半分岔、混沌危机和初值切换共存吸引子的复杂动力学行为。在此基础上，通过积分变换得到一个重构系统，揭示了忆容振荡器中初值切换调控超级多稳定性的形成机理。最后设计了重构系统的实现电路，并进行了PSIM电路仿真，验证了数值分析的有效性。

关键词：超级多稳定性；初值切换调控；忆容振荡器；机理分析

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000622

9. Comprehensive evaluation factor of optoelectronic properties for transparent conductive metallic mesh films

金属网栅透明导电膜光电性能综合评价因子

张怡蕾^1,2，曹瑾璇^1,2，陆振刚^1,2，王赫岩^1,2，谭久彬^1,2
1哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，中国哈尔滨市，150080
²哈尔滨工业大学超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室，中国哈尔滨市，150080

摘要：获取金属网栅最佳光电性能（零级光学透光率、电磁屏蔽效能和杂散光均匀性）对其在透明电磁屏蔽领域的应用具有重要价值。然而，目前相关研究较少。本文提出一种基于金属网栅光电性能的形式简单的综合评价因子Q，可简便有效地用于不同结构参数的金属网栅光电性能评估。评价因子Q值与TOPSIS的评估结果变化趋势一致，验证了评价因子Q的有效性。评价因子Q还可以对不同图案的金属网栅光电性能进行评估，使其在金属网栅的设计和应用中具有十分广泛的应用前景。

关键词：金属网栅；TOPSIS法；熵权法；综合评价因子；透明导电膜

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000690

10. A creative concept for designing and simulating quaternary logic gates in quantum-dot cellular automata

量子点细胞自动机中四值逻辑门的设计与模拟新概念

Alireza Navidi¹, Reza Sabbaghi-Nadooshan², Massoud Dousti^1
1伊斯兰阿扎德大学科学与研究分校电气与计算机工程系，伊朗德黑兰，1477893855
²伊斯兰阿扎德大学德黑兰中心分校电气工程系，伊朗德黑兰，13117773591

摘要：量子点细胞自动机（QCA）等新技术已展现出一些深亚微米标准互补金属氧化物半导体无法提供的显著特性。用QCA进行系统建模和设计多值逻辑门，可使复杂逻辑电路设计更加便捷。本文提出“四值QCA（QQCA）”新概念。该概念已在本团队专为四值QCA模型开发的量子点细胞自动模拟器（QCASim）中设定。设计了基本四值QCA逻辑门，如MIN、MAX和不同类型反相器（SQI，PQI，NQI和IQI），并通过QCASim验证。本文将例示QCASim如何通过其方便的CAD工具集快速而准确地工作。采用所设计的主要门电路设计了一个1×4译码器。基于QQCA设计的电路，取得最小延迟、最小面积和最低复杂度。将QQCA主要的逻辑门与基于碳纳米管场效应晶体管（CNFET）的四值门进行比较，结果表明本文所设计的电路具有更小延迟和更低能耗。

关键词：量子点细胞自动机（QCA）；四值逻辑；量子点细胞自动模拟器（QCASim）；四值QCA（QQCA）；四值译码器；四值门

http://doi.org/10.1631/FITEE.2000590

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Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering（简称FITEE，中文名《信息与电子工程前沿（英文）》，ISSN 2095-9184，CN 33-1389/TP）是信息电子类综合性英文学术月刊，SCI-E、EI收录，最新影响因子2.161，位于JCR Q2分区。前身为2010年创办的《浙江大学学报英文版C辑：计算机与电子》，2015年更为现名，现为中国工程院信息与电子工程学部唯一院刊。覆盖计算机、信息与通信、控制、电子、光学等领域。文章类型包括研究论文、综述、个人视点、评述等。现任主编为中国工程院院士潘云鹤、卢锡城。实行国际同行评审制，初次转达意见一般在2~3个月内。文章一经录用将快速在线。

2019年，荣获中国科协等七部委推出的中国科技期刊卓越行动计划项目资助（梯队期刊）。

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