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月刊

1674-5973

informatics@scichina.org

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学F辑/Journal Science in China(Information Sciences)CSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办、《中国科学》杂志社出版的学术刊物，本刊力求及时报道计算机科学与技术、控制科学与控制工程、通信与信息系统、电子科学与技术、生物信息学等领域基础及应用研究方面的原创性成果；月刊，中文版每月20日出版，英文版每月1日出版。
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    自动驾驶开源数据体系:现状与未来

    李弘扬李阳王晖杰曾嘉...
    1283-1318页
    查看更多>>摘要：随着自动驾驶技术的不断成熟与应用，系统性梳理开源自动驾驶数据集有利于产业生态良性循环。现有自动驾驶数据集可大致分为两代，第一代数据集的传感模态复杂度相对较低、数据集规模相对较小，且大多局限于感知级任务，以发布于2012年的KITTI为代表。相比于第一代数据集，第二代数据集的特征为传感模态复杂度较高、数据集规模与多样性较丰富、所设置任务从感知扩展到预测、规控上，以2019年前后提出的nuScenes，Waymo为代表。本文联合学术界、产业界同仁，首次系统性梳理了国内外70余种开源自动驾驶数据集，对如何构建高质量数据集、数据在算法闭环体系中发挥的核心作用、如何利用生成式大模型规模化生产数据等进行了总结。此外，就未来第三代自动驾驶数据集应该具备的特质和数据规模，以及需要解决的科学与技术问题，进行了详细分析与讨论。希望本文的归纳与展望能促进新一代自动驾驶数据集与生态体系的建设、推动关键领域自主原创与科技自强的发展。

    自动驾驶数据算法闭环基础模型数据集与挑战赛

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    面向空间信息网络的隐蔽通信技术综述

    王超安建平邢成文赵楠...
    1319-1349页
    查看更多>>摘要：空间信息网络是由部署在不同轨道、执行不同任务的航天器、航空器，以及地面通信设施构成的空天地一体化网络，具有超大规模、多层拓扑结构、开放的通信环境、支持多种业务等特点，通过卫星节点、空中节点和地面节点之间的组网与互联，实现无缝隙的高效全球通信。另一方面，空间信息网处于高度开放的状态，缺少了物理隔离，这在方便信息传播的同时，也容易导致信息的泄露。因此，空间信息网络面临着巨大的安全挑战。隐蔽通信是一种重要的安全传输技术，当发送端向接收端发送信息时，能够保证非法窃听者检测到该传输的概率足够小，从而隐藏发送端的传输行为。利用隐蔽通信技术可以保障空间信息网络传输的可靠性与安全性。本文对空间信息网络的隐蔽通信进行综述，从背景介绍、关键技术、应用场景和未来挑战等几个方面介绍空间信息网络中隐蔽通信的研究工作与最新进展。

    空间信息网络隐蔽通信天基网空基网地基网

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    从SoC到SDSoW:微电子发展的新范式

    邬江兴刘勤让沈剑良吕平...
    1350-1368页
    查看更多>>摘要：微电子在智能时代正迎来新一轮技术与产业的重大变革期。本文从智能时代的科学方法论、系统集成的工程技术路线和微电子摩尔定律(Moore's law)的维度扩展3个层面导入，提出了网络极大化节点极小化的复杂巨系统构造、异构异质芯粒的晶上拼装集成、硬件资源的领域专用软硬件协同定义，形成了软件定义晶上系统的新发展范式，对微电子的设计方法、系统集成、应用开发、经济性指标等进行了内涵升级，可全面刷新信息基础设施的技术物理形态，贡献一条"晶圆级硅基直连"的系统集成工程技术路线，并有望打造出智能涌现的物理底座。

    片上系统软件定义互连软件定义晶上系统异质异构热压键合软硬件协同

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    一种冗余感知的高能效图计算加速器

    姚鹏程廖小飞金海周宇航...
    1369-1385页
    查看更多>>摘要：图作为一种灵活表达对象之间关系的数据结构，广泛地应用于各类重要的现实场景。近年来，随着性能提升速度放缓，通用处理器逐渐无法满足图计算应用的需求，并成为限制图计算发展的主要瓶颈。因此，面向图计算的领域专用加速器成为近年来的研究热点。通过定制化的硬件设计，图计算加速器可以在图计算应用中取得通用处理器数十倍的性能。然而，现有的图计算加速器在运行宽度优先算法时会频繁地重复访问幂律顶点的相关数据，进而导致了严重的冗余访存问题。在特定场景下，现有的图计算加速器的性能甚至低于通用CPU。为了解决该问题，本文提出一种冗余感知的高能效图计算加速器JiFeng。当幂律顶点完成迭代计算时，JiFeng通过跳过剩余的相邻边大幅减少其被重复访问的次数。JiFeng实现了一系列软硬件协同设计，在保证负载均衡的同时提升硬件的执行效率。为了验证JiFeng的有效性，本文采用FPGA原型系统对相关设计进行性能评估。JiFeng在典型的生成图和现实图上实现最高每秒遍历4612亿条边的性能和每秒每瓦特遍历125亿条边的能效比，并在2023年11月的图计算超算排行榜GreenGraph500的小数据集榜单上取得第2名的成绩。

    图计算加速器宽度优先搜索冗余访存FPGA

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    属性知识自反绎下的半监督表示学习

    沈阳孙旭豪徐赫洋魏秀参...
    1386-1399页
    查看更多>>摘要：机器学习结合逻辑推理的方法可以大幅提升模型的鲁棒性与可解释性。近年来，已有工作从给定的具体知识库出发，通过反绎学习的范式或是其衍生范式来促进机器学习中模型的更新过程。然而，在表示学习任务中，即便存在这样的知识库，其往往也是不完备或含有噪声的。且在真实环境下，即便领域专家也无法精准定量地描述不同对象的属性表示信息。因此，本文针对半监督表示学习任务，提出了一种可根据少量有标记样本构建弱领域属性知识库并结合无标记数据与基于启发式规则扩张领域知识库推理的反绎学习方法。该方法可有效解决表示学习任务下缺少强领域知识与真实环境下高质量标注数据较少这两个问题。在人工合成的数据集与真实环境下的数据集中的实验对比结果均验证了我们提出的方法的有效性。

    人工智能机器学习反绎学习半监督学习特征表示细粒度属性

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    基于SM9的分层标识广播内积函数加密

    李聪梁俊凯丁煜甲沈晴霓...
    1400-1418页
    查看更多>>摘要：内积函数加密支持当使用一个与向量y相关的私钥解密一份与向量x相关的密文时，解密者仅能获得内积值<x，y>而无法获取任何其他信息。分层广播内积函数加密，则进一步具有密文向指定用户广播与密钥授权的性质。SM9标识加密是我国自主设计的一个商用密码标准，已被应用于物联网、医疗协同服务与电子政务等领域，但SM9标识加密算法及现有扩展算法均无法同时实现内积函数的功能与密文广播、密钥授权的性质，限制了 SM9标识加密算法的适用场景。本文基于SM9标识加密算法设计了一个分层标识广播内积函数加密方案HIBB-IPFE-SM9。方案构造借鉴了 Abdalla等的内积函数加密(PKC'15)与Liu等的分层广播加密(ACISP'14)的设计思想，解密算法仅包含两个双线性配对运算。本文还在随机谕言机模型中证明了方案满足选择明文安全性。最后，对提出方案与现有相关方案进行了对比分析，结果显示HIBB-IPFE-SM9方案在计算和通信开销上与相关方案是可比的。

    内积函数加密分层广播加密标识密码SM9选择明文安全

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    基于信息论的智能驾驶可解释多模态感知

    张新钰国纪龙李骏李德毅...
    1419-1440页
    查看更多>>摘要：智能驾驶汽车已成为人们关注的热点话题之一。然而，现有的智能驾驶技术仍面临一系列挑战，如交通障碍物的遮挡所引起的模型漏检，以及当汽车驶入隧道等光线骤变的场景时所引起的传感器感知精度下降导致的误检问题等。为保证复杂场景下车辆的感知安全，智能驾驶多模态感知技术应运而生。然而，现有的多模态融合方法仍局限于对检测精度的提升，缺乏感知过程的可解释性，并缺少对模型感知过程的评价指标。本文从信息论角度出发，按照通信模型的构建方法对感知模型进行设计，提出了 一种基于信源信道联合编码理论的多模态融合感知模型，从理论上对模型的感知过程进行解释。同时，提出了一种新的评价指标——平均信息熵变(average entropy variation，AEV)，用AEV来实时反映模型与外界感知交互过程中的稳定性。进而，对多模态模型的感知过程进行量化分析，增加模型的可解释性。最后，与其他的感知模型在KITTI数据集的评估结果进行比较，我们的模型在经过相似的网络结构时平均信息熵变下降到0。5904，更好地保证了检测任务的感知安全。

    可解释性信息论信源信道联合编码多模态融合智能驾驶

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    基于深度强化学习和知识迁移的飞机装配脉动生产线调度方法

    钟金成马浩宇龙明盛王建民...
    1441-1457页
    查看更多>>摘要：飞机装配是飞机制造中的关键环节，如何对飞机装配脉动生产线进行合理调度，实现降本增效，是智能制造领域的重要科学问题。然而，飞机装配脉动生产线场景复杂，装配单架飞机就包含上万道工序，这为飞机装配调度问题的形式化建模和高效求解带来新的挑战，因而当前生产实践中主要依靠人类专家经验进行手工调度。本文聚焦降低人力负载的优化目标，提出两种领域特定的技术以解决飞机装配调度问题。首先，将飞机装配脉动生产线调度问题建模为两个马尔可夫(Markov)决策过程，通过双重强化学习智能体决策生成飞机装配的近似调度方案。其次，针对强化学习决策鲁棒性不足的缺陷，提出领域知识迁移方法，将强化学习的求解知识迁移到整数规划约束剪枝中，最后利用整数规划求解器优化得到综合性能优异的调度方案。在飞机装配生产线的真实数据上完成了实验验证，结果表明本文提出的基于深度强化学习和知识迁移的调度方法能够成功扩展到年产量近百架次的飞机装配脉动生产线调度问题，将组合优化方法难以求解的问题优化到分钟级求解，相较于基线方法取得显著性能优势。

    飞机装配智能调度组合优化强化学习知识迁移

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    火力与制导资源联合分配的快速构造算法组合设计

    王加根辛斌李冠呈
    1458-1473页
    查看更多>>摘要：火力与制导资源联合分配问题是军事运筹学研究中典型的NP完全问题，其求解具有较高的实时性要求。精确求解算法难以适用，而近来提出的构造算法的时间开销也相对较大，严重影响算法的实际应用。为了解决该问题，本文将其建模为多阶段传感器-武器-目标分配(sensor-weapon-target assignment，S-WTA)问题，并分解成两类作战资源分配子问题。在武器分配阶段采用了 一种基于威胁值确定分配优先级的快速构造算法，在传感器分配阶段提出了一种新的基于阶段顺序确定分配优先级的快速构造算法，该算法能充分利用约束条件，大幅度减小时间开销。本文在两种基本构造算法与基于边际损失的构造算法的基础上进一步提出了构造算法序列化组合，对多阶段S-WTA问题进行求解。计算实验验证了新提出的基本构造算法的快速性以及构造算法序列化组合相比于各种基本构造算法的性能优势。

    异构资源联合分配传感器-武器-目标分配启发式算法构造算法协同作战

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    基于MATD3的空地网络资源优化

    秦鹏王硕付民赵雄文...
    1474-1486页
    查看更多>>摘要：移动边缘计算通过将计算任务卸载到无线网络边缘，可有效减少任务延迟与终端能耗。对于偏远地区分布的大量物联设备(如风电、光伏等电力物联终端)，现有地面网络无法为其提供有效的网络服务。因此，本文重点研究空地一体化异构网络模型，通过联合设计无人机轨迹、任务卸载与计算资源分配，以最大限度地减少物联设备任务执行延迟与能耗。针对目标函数的非凸性和网络动态造成的信息不确定性，本文将问题建模为马尔可夫(Markov)决策过程，并提出一种基于MATD3的UAV轨迹与网络资源协同优化算法。实验结果表明，与基准算法相比，本文提出的方案在系统计算能耗和时延方面性能更优。

    空地一体化异构网络卸载决策资源分配UAV轨迹优化多智能体深度强化学习

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