فهرست مطالب

رایانش نرم و فناوری اطلاعات - سال دهم شماره 1 (بهار 1400)

مجله رایانش نرم و فناوری اطلاعات
سال دهم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/28
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محسن شیخی، علیرضا صفدری نژاد*، روح الله کریمی صفحات 1-12

    در این مقاله یک سامانه ی ساده مبتنی بر تکنیک نور ساختاریافته به منظور تولید ابرنقاط سه بعدی از سطوح بدون بافت طراحی و پیشنهاد شده است. این سامانه متشکل از دو دوربین و یک لیزر صفحه ای بوده که در آن برای تولید محتوای سه بعدی، از نور بازتاب شده از فصل تقاطع صفحه ی لیزر و عارضه ی سه بعدی، تصاویر استریو اخذ می گردد. هیچ گونه کنترلی در مورد نحوه ی جاروب سطح عارضه توسط لیزر صفحه ای وجود نداشته و پارامترهای لحظه ای صفحه ی لیزر از قبل مشخص نیست. با معلوم بودن پارامترهای کالیبراسیون داخلی و ارتباط نسبی دوربین های استریو، فیلم های اخذشده توسط دوربین ها بعد از یافتن فریم های همزمان، طی فرایند بازنمونه برداری اپی پلار، نرمال سازی می شوند. در ادامه و در هر جفت فریم همزمان، موقعیت نقاط متناظر واقع در یک مقطع سه بعدی از عارضه شناسایی می گردد. در بازسازی مختصات نقاط واقع شده در هر مقطع سه بعدی، یک قید آماری مبتنی بر هم صفحگی تمام نقاط واقع در فصل مشترک صفحه ی لیزر و عارضه اعمال می گردد. این قید با هدف صفر شدن دترمینان ماتریس کواریانس تمامی نقاط سه بعدی واقع در صفحه ی لیزر طراحی شده است. بکارگیری این سامانه به همراهقید ذکرشده توانسته دقت بازسازی سطح را در شرایط یکسان اخذ داده تا 41 درصد نسبت به زمان عدم بکارگیری قید ارتقاء بخشد.

    کلیدواژگان: بازسازی سه بعدی، سیستم نور ساختاریافته، لیزر صفحه ای، سطوح بدون بافت، ماتریس کواریانس
  • بهاره گلستانی فر، عبدالله چاله چاله* صفحات 13-23

    چکیده- هدف از پژوهش حاضر متن کاوی جهت پی بردن به حالت روحی افراد در تایپ متون است. در این پژوهش از 14640 توییت در رابطه با خطوط هوایی جهت تحلیل احساسات در سه دسته ی مثبت، منفی و خنثی استفاده شده است. طرح پیشنهادی جدید دارای سه مرحله اصلی است. در مرحله اول پیش پردازشی به منظور آماده سازی پایگاه داده انجام می گیرد. در مرحله دوم با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری کلمات اصلی را از بین تمامی کلمات موجود استخراج می شود. منظور از کلمات اصلی کلماتی هستند که بیشترین تاثیر را برای دسته بندی دارند. سپس با استفاده از یک شبکه ی عصبی پیچشی اقدام به استخراج ویژگی های مناسب صورت می گیرد. سپس درمرحله آخر با استفاده از یک شبکه ی عصبی پرسپترون چندلایه (MLP) طبقه بندی انجام می گیرد. در روش پیشنهادی جدید، برخلاف روش های مرسوم که کلمات بعد از پیش پردازش به مرحله ی بعد راه پیدا می کنند، با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری از میان تمامی این کلمات ،کلمات اصلی را استخراج می کنیم که این کار خود سبب کاهش قابل توجهی از حجم کلمات ورودی می شود. طرح پیشنهادی جدید در آزمایش تجربی توانست به پارامترهای دقت 0/990، صحت 0/983 و فراخوانی 0/875 برسد. این نتایج نشان دهنده ی برتری طرح پیشنهادی این مقاله در مقایسه با سایر روش های قبلی می باشد.

    کلیدواژگان: داده کاوی، متن کاوی، تحلیل احساسات، شبکه های عصبی، شبکه عصبی پیچشی، الگوریتم رقابت استعماری
  • روح الله رضایی فرد، پوریا اعتضادی فر* صفحات 24-35

    سیستم های پشتیبانی جنگ الکترونیک (ESM/ELINT) سیگنال های ارسال شده از رادارها را دریافت، پردازش، تحلیل و جهت یابی می کنند. جهت یابی و تعیین زاویه ورود، یکی از مهم ترین پارامترهای راداری است که در عملیات پردازش، جداسازی و تفکیک، دسته بندی و مکان یابی رادارها نقش بسزایی دارد. برای جهت یابی (DF) و تخمین زاویه ورود از تکنیک های مختلفی استفاده می شود. در میان روش ها، تکنیک مقایسه دامنه (ADF) به دلیل سرعت بالا و پیچیدگی محاسباتی پایین جزو متداول ترین تکنیک های جهت یابی می باشد. چند مسیرگی موجب کاهش کارایی سیستم های جهت یاب می شود. در محیط های کوهستانی و غیرشهری، دقت جهت یابی سیستم های شنود راداری (ELINT) می تواند تحت تاثیر عوامل مختلف تغییر نماید یکی از عوامل تاثیرگذار بر دقت جهت یابی عامل چندمسیرگی است. در این مقاله روشی جدید ارایه شده است که اثر چندمسیرگی را در پالس های دریافتی از رادارهای LFM کاهش می دهد و موجب بهبود دقت جهت یابی در سیستم های ESM/ELINT شود. پالس های دریافتی به دلیل وجود اثرات چندمسیرگی دارای نوسانات و اعوجاج دامنه هستند. روش پیشنهادی بدین صورت است که از طریق تبدیل سیگنال به تبدیلات دوبعدی فوریه زمان کوتاه (STFT) و تبدیل موجک و با استفاده از الگوریتم لبه یابی سوبل ، دو زمان ورود پالس (TOA) آشکارسازی می شوند. اولین TOA مربوط به پالس اصلی (دریافتی از مسیر مستقیم) و TOA دوم مربوط به زمان شروع پالس منعکس شده (اثر چندمسیرگی) می باشد. سپس بازه زمانی بین TOA پالس اصلی و TOA پالس بازگشتی به عنوان سیگنال بدون اثرات چندمسیرگی در نظر گرفته می شود که در این زمان، دامنه پالس دچار نوسانات و اعوجاج نشده است. به عبارت دیگر، پالس اصلی با پالس چندمسیره ادغام نشده است. بنابراین آشکارسازی دامنه پالس اصلی دریافتی، با حذف اثر چندمسیرگی اجرا می گردد. میانگین مقدار دامنه در همین محدوده زمانی محاسبه شده و با تکنیک جهت یابی مونوپالس برای یک آرایه آنتن 8 تایی جهت یابی انجام می گیرد. بنابراین، روش پیشنهادی منجر به بهبود دقت جهت یابی با روش مقایسه دامنه (ADF) در شرایط وجود اثرات چندمسیرگی می گردد.

    کلیدواژگان: چندمسیرگی، مدولاسیون خطی فرکانس، الینت، جهت یابی مقایسه دامنه، تبدیل فوریه زمان-کوتاه، پردازش تصویر
  • حامد ماجانی، مهدی نصری* صفحات 36-51
    در این مقاله، یک روش بهینه سازی فراابتکاری، برگرفته شده از رفتار و حرکت جریان های آب بر روی زمین در رسیدن به پست ترین مکان ممکن، جهت حل مسایل پیوسته ارایه شده است. حرکت ساده جریان آب بر روی زمین به طور مشخصی کارآمد و بهینه می باشد و همیشه کوتاه ترین و سریع ترین مسیر رسیدن به عمیق ترین نقطه را در بر دارد. در الگوریتم ارایه شده حرکت های ساده آب در مسیریابی، تغییر جهت و حتی ایجاد تندآب و گرداب به صورت عملگرهای ریاضی مختلف شبیه سازی شده است. در ادامه مقاله، جهت بررسی کارایی الگوریتم فراابتکاری پیشنهادی، بیست وسه تابع استاندارد مختلف مورد استفاده قرارگرفته و کارایی الگوریتم با برخی روش های کلاسیک بهینه سازی فراابتکاری مورد مقایسه قرارگرفته است. نتایج آزمایش ها موید این است که الگوریتم ارایه شده از نظر دقت و سرعت در بیشتر توابع آزمون استاندارد عملکرد بهتری را ارایه می دهد، به ویژه در بعد بالا این برتری به طور معنی داری قابل مشاهده است و اختلاف بسیار زیادی با دیگر الگوریتم ها دارد، به طوری که الگوریتم های دیگر تقریبا قادر به بهینه سازی در ابعاد بالا نیستند. در بعد 30، میانگین زمان اجرای برنامه الگوریتم آب باران نسبت به الگوریتم وراثتی 657/1 و نسبت به الگوریتم جستجوی فاخته 274/1 می باشد. در جایی که میانگین خطای الگوریتم ارایه شده به الگوریتم وراثتی 06/0 و نسبت به الگوریتم جستجوی فاخته 004/0 می باشد. بنابراین افزایش %94 دقت درازای %65 درصد زمان بیشتر نسبت به الگوریتم وراثتی و افزایش %6/99 دقت درازای %5/27 زمان بیشتر نسبت به الگوریتم جستجوی فاخته مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، فراابتکاری، آب، جریان آب
  • احمد حاجی مرادی، علیرضا ناصرصدرآبادی*، سید محمود زنجیرچی، حبیب زارع احمدآبادی صفحات 52-62

    الگوریتم KNN یکی از مهم ترین الگوریتم های نا پارامتری است و جزء روش های اثربخش دسته بندی محسوب می شود. سازوکار این الگوریتم برای تعیین دسته نمونه جدید، مبتنی بر محاسبه فاصله نمونه جدید تا سایر نمونه هاست. زمانی که پایگاه داده شامل صفات غیر عددی (رتبه ای و اسمی) باشد، نحوه محاسبه فاصله می تواند بر کارآیی الگوریتم اثرگذار باشد. در این مقاله روشی برای محاسبه فاصله ارایه شده است که می تواند کارآیی الگوریتم KNN را بهبود دهد. ایده ارایه شده در این پژوهش مبتنی بر محاسبه فاصله پویاست. منظور از فاصله پویا، فاصله ای است که بین هر دو مقدار از یک صفت غیر عددی تعریف می شود و به ماهیت مسئله بستگی دارد. نحوه تعیین این فاصله پویا در قالب یک مسئله بهینه سازی بیان شده است که در درون ساختار الگوریتم KNN تعبیه شده و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات حل می شود. برای آزمایش کارآیی الگوریتم پیشنهادی از مجموعه داده های UCI استفاده شده است. نتایج نشان می دهد میزان بهبود صحت حداقل %3.6 و حداکثر %32.7 است.

    کلیدواژگان: نزدیک ترین همسایه، فاصله پویا، الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات، صفات غیر عددی (اسمی و رتبه ای)
  • عباس اکبرپور کاسگری، مهرداد اردبیلی پور* صفحات 63-71

    سیستم های چند-ورودی چند-خروجی انبوه (mMIMO)، سیستم هایی بسیار پربازده برای نسل آینده سیستم های مخابراتی هستند. در این سیستم ها، داشتن یک روش مناسب برای تخمین کانال به منظور تامین نرخ بیت بالا و بهره طیفی مناسب، امری ضروری است. سنجش فشرده توزیع یافته (DCS) یک روش اصلی در استخراج اطلاعات حالت کانال تنک توام می باشد. در این مقاله، از روش جهت متناوب چند برابر (ADMM) استفاده می شود تا اینکه دنباله های پایلوت شبه متعامد ایجاد شود و سپس تخمین کانال را براساس DCS انجام شود. در نتایج شبیه سازی، توانایی دنباله های پایلوت که توسط ADMM تولید شده اند برای استخراج CSI کانال تنک توام نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: سنجش فشرده، تخمین کانال، تنک بلوکی، چند-ورودی چند-خروجی انبوه (mMIMO)، روش جهت متناوب چند برابر (ADMM)، دنباله های پایلوت شبه-متعامد
  • الناز کلهر، امین نوری*، سارا صبوری راد، محمدعلی صدرنیا صفحات 72-92

    هدف اصلی در این مقاله، تعیین میزان بهینه دوز دارو برای کاهش جمعیت سلول های سرطانی در بیماران مبتلا به سرطان ملانوما می باشد. برای این کار از روش مسیرهای شایستگی که یکی از روش های حل مسئله یادگیری تقویتی می باشد، استفاده شده است. این روش مزایای دو روش مرسوم یادگیری تقویتی شامل یادگیری تفاوت گذرا و مونت کارلو را دارا می باشد. از دیگر مزایای این روش می توان به بی نیاز بودن آن به مدل ریاضی اشاره کرد ولی چون امکان پیاده سازی بر روی سیستم واقعی امکان پذیر نبوده است، برای بررسی عملکرد کنترلر پیشنهادی از مدل ریاضی غیرخطی تاخیردار جهت شبیه سازی رفتار محیط استفاده گردیده است. با توجه به بررسی هایی که تاکنون انجام شده است،لازم به ذکر می باشد که بر روی این مدل ریاضی هیچ نوع روش کنترلی پیاده سازی نشده است و این اولین باری می باشد که کنترل جمعیت سلول های سرطانی برای این مدل انجام گرفته است. در کنترل بهینه دوز دارو، میزان دارو می بایست به گونه ای باشد تا از اثرات زیان بار دارو بر روی سلول های سالم تا حد امکان جلوگیری شود. با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی، مشاهده می شود که روش انتخابی توانسته است با تزریق زیر بهینه میزان دوز دارو، جمعیت سلول های سرطانی را کنترل کرده، کاهش داده و به صفر برساند که این امر، در کنار افزایش سلول های ایمنی بدن رخ داده است. در انتها برای نشان دادن مزیت روش انتخابی در افزایش سرعت برای کاهش سلول های سرطانی، این روش با روش الگوریتم یادگیری Q که یکی دیگر از روش های حل مسئله یادگیری تقویتی می باشد و روش کنترل بهینه مقایسه شده است. با اعمال عیب به سنسور سیستم نیز، عملکرد کنترلر پیشنهادی برای کاهش سلول های سرطانی در حضور عیب مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی یکی از مزایای روش یادگیری تقویتی که تطبیق پذیری آن با محیط می باشد، با لحاظ عدم قطعیت در پارامترهای سیستم و شرایط اولیه، کنترل جمعیت سلول های سرطانی در پنج بیمار مبتلا به سرطان ملانوما انجام شده است. همچنین سرعت همگرایی هر دو روش مسیرهای شایستگی و الگوریتم یادگیری Q در کاهش سلول های سرطانی به ازای نرخ های آموزش مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: اثرات زیان بار دارو، الگوریتم یادگیری Q، کنترل جمعیت سلول های سرطانی، ملانوما، یادگیری تقویتی، مسیرهای شایستگی، کنترل بهینه
|
  • Mohsen Sheikhi, Alireza Safdarinezhad *, Roohollah Karimi Pages 1-12

    In this paper, a simple structured light system is designed to produce the three-dimensional points cloud from the un-textured surfaces. The system consists of two cameras and a planer laser, in which the 3D contents are produced through the stereo images taken from the light reflected by the intersection of a planer laser and the 3D surface of an object. There was no control over how the laser swept through the surface and the instantaneous parameters of the laser plane were not known in advance. Considering the knowledge of the internal camera calibration parameters and the relative orientation of the stereo-pairs, the video captured by the cameras are normalized during the epipolar re-sampling process. Next, in each pair of simultaneous frames, the matched points located at the 3D section of the laser’s plane are then identified. During the simultaneous space intersection of the matched points, a constraint is applied to enforce the singularity of the covariance matrix of 3D points lie in the intersection of the laser's plane and the 3D surface of an object to ensure their co-planarity. By applying this statistical constraint, the precision of the surface 3D reconstruction was improved up to 41% in this structured light system.

    Keywords: 3D Reconstruction, Structured light systems, Planer laser, Un-textured surfaces, Covariance matrix
  • Bahareh Golestanifar, Abdolah Chalechale * Pages 13-23

    Abstract- The aim of this study is to investigate writings to find out the mood of people in typing texts. In this study, 14640 tweets related to airlines were used to analyze emotions in three categories: positive, negative and neutral. The novel proposed approach has three main steps. In the first step, we perform a pre-processing operation to purify the dataset. In the second step, using the Imperialist Competitive Algorithm (ICA), the main keywords from all the existing texts are extracted. Keywords are the words that have the most impact on categorization. Then, a convolution neural network (CNN) is exploited to extract more features. In the last step, classification, using a multilayer perceptron neural network (MLP), is applied. In the proposed new method, unlike the conventional methods in which words go to the next stage after preprocessing, we use the Imperialist Competitive Algorithm to extract the main words from all these words, which in turn causes There is a significant reduction in the volume of input words.using this new proposed approach, we achieved precision, accuracy and recall of 0.990, 0.983 and 0.875, respectively. The experimental results indicated the superiority of the proposed method the comparison with other well-known approaches.

    Keywords: Keywords- Data Mining, Text Mining, Sentiment analysis, Neural Networks, convolutional neural network, Imperialist Competitive Algorithm
  • Ruhullah Rezaei Fard, Pouriya Etezadifar * Pages 24-35

    Electronic Warfare Support Systems (ESM/ELINT) receive, process, analyze and direction finding signals sent by radars. Direction Finding and determining the Direction of Arrival (DOA) is one of the most important radar parameters that plays an important role in the operations of processing, de-interleaving, Clustering, classification and location of radars. Various techniques are used to direction finding (DF) and estimate the angle of Arrival. Among the methods, amplitude comparison direction finding (ADF) is one of the most common techniques due to its high speed and low computational complexity. Multipath fading degrades the performance of Direction Finding systems. In hilly and suburban environments, the direction finding accuracy of ELINT systems can change under the influence of various factors. One of the factors influencing the accuracy of DF is the Multipath factor. In this paper, a new method is presented to reduce the effect of multipath on the pulses received from the LFM radars and improve DF accuracy in ESM/ELINT systems. The amplitude of the received pulses fluctuates and distorts due to the existence of multipath effects. The proposed method is to first convert the signal into a two-dimensional Short-Time Fourier Transform (STFT) and wavelet and using the SOBEL edge finding algorithm, two Time of Arrivals (TOA) are detected. The first TOA corresponds to the start of the main pulse (raise time of the pulse received from the direct path) and the second TOA is related to the reflected pulse (multi-path effect). Then the time interval between the first and second TOA is considered as a signal without a multi-path effect which this time, the pulse has not fluctuated or distorted. In other words, the main pulse is not merged with the reflected pulses. Therefore, the amplitude detecting is implemented for main pulse after eliminated the multi-path effect. The average value of the signal amplitude is measured in this time range. Then Direction finding is performed using the mono-pulse Direction finding technique for an array of 8 antennas. Therefore, the proposed method improves the Amplitude Direction Finding (ADF) accuracy in multi-path conditions.

    Keywords: multi-path, LFM, ELINT, Direction of Arrival, STFT, image processing
  • Hamed Majani, Mehdi Nasri * Pages 36-51
    In recent years, various heuristic optimization methods have been developed. Many of these methods are inspired by behaviors in nature. In this paper, new nature-inspired algorithm based on behavior of water streams of rain, for solving of real-valued continues optimization problems is introduced. The proposed algorithm does not require the information of the first or second order Derivatives of the object function. Hence, it is a direct method. We investigate the properties of this algorithm. Besides, we apply the proposed algorithm to solve a non-linear optimization problem, where the object function is highly irregular (neither convex nor concave). In addition, the global optimal solution can be found. In the proposed algorithm, the searcher agents are a collection of water currents, which moved based on gravity. The proposed algorithm has been developed from a motivation to find a simpler and more effective search algorithm to optimize multi-dimensional numerical test functions. It is effective in searching and finding an optimum solution from a large search domain within an acceptable CPU time. Statistical analysis compared the solution quality with well-known heuristic search methods. The obtained results confirm the high performance of the proposed method in solving various nonlinear functions.
    Keywords: optimization, Heuristic search algorithms, Natural inspired computation, Water, Stream
  • Ahmad Hajimoradi, Alireza Naser Sadrabadi *, Seyed Mahmood Znjirchi, Habib Zare Ahmad Abadi Pages 52-62

    The k-nearest neighbor's algorithm (KNN) is one of the most widely used and useful nonparametric classification algorithms. The classification mechanism of this algorithm involves computing the distance between new instances and the instances whole classes are known. When the dataset contains non-numerical (ordinal and nominal) attributes, the performance of the algorithm can be significantly affected by how this distance is measured. In this paper, we attempt to improve the performance of the KNN algorithm by presenting a new solution for computing the distance of non-numerical traits. For this purpose, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm is used. The task of this algorithm is to determine the best value of the distance between two states in a non-integer trait so that the accuracy of the KNN algorithm is increased. UCI University Learning Repository Data is used to test this idea. The results obtained from the proposed algorithm are compared with several other improved algorithms and show the useful improvement of this mechanism.

    Keywords: k-nearest neighbors, dynamic distance, practical swarm optimization, non-numerical attributes (nominal, ordinal)
  • Abbas Akbarpour Kasgari, Mehrdad Ardebilipour * Pages 63-71

    Massive Multiple-Input Multiple-Output (mMIMO) is a promising approach for the next generation wireless telecommunication systems. In these systems, having a suitable approach for channel estimation is mandatory in order to increase the data rate and spectral efficiency. Distributed Compressed Sensing (DCS) is prominent in extracting joint sparse channel state information (CSI). Here, we have utilized Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) approach to generate quasi-orthogonal pilot sequences, in order to improve the channel estimation approach based on DCS approach. In simulation results, it is represented that ADMM-based pilot sequences are very powerful in extracting CSI of the joint sparse channel ensembles.

    Keywords: Compressed sensing, Channel Estimation, Joint sparse, Massive Multiple-Input Multiple-Output (mMIMO), Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM), Quasi-Orthogonal Pilot Sequences
  • Elnaz Kalhor, Amin Noori *, Sara Saboori Rad, Mohammad Ali Sadrnia Pages 72-92

    This paper mainly aims to determine the optimal drug dosage for the purpose of reducing the population of cancer cells in melanoma patients. To do so, Reinforcement Learning method and the eligibility traces algorithm are employed, giving us the advantage of creating a compromise between the two algorithms of the reinforcement learning, being Monte-Carlo and Temporal Difference. Furthermore, it can be said that using this approach, there was no need to employ a mathematical model in the whole process. However, as its implementation on the real system was not possible, a delayed nonlinear mathematical model is used to investigate the performance of the proposed controller and simulate the behavior of the environment. It should be noted this mathematical model made use of no control method. This is the first time that population control of cancer cells is applied and tested on this model. To know of the optimal dosage of the drug, it should be mentioned that the drug is required to prevent the side effects on healthy/normal cells as much as possible. According to the obtained results, the eligibility traces algorithm is able to control and reduce the population of cancer cells through injecting the sub-optimal drug dose. This will increase the level of immunity in our body. Finally, to demonstrate the advantage of a selective method of increasing the rate of cancer cell death, this method is compared with the Q-learning algorithm and optimal control. By applying the fault to the sensor, the performance of the proposed controller to reduce cancer cells was investigated. The adaptability of the proposed method with the environment changes is checked afterwards. To this end, uncertainty in the system parameters and initial conditions are applied and the population of cancer cells are controlled in five melanoma patients. Moreover, having added noise to the system, it was shown that the eligibility traces algorithm is able to control the population of cancer cells and make it reach zero. Additionally, the convergence speed of both eligibility traces algorithm and Q learning algorithm in reducing the number of cancer cells for different learning rates was investigated.

    Keywords: Side effects of drugs, Q-learning algorithm, cancer cells population control, Melanoma, Reinforcement Learning, Eligibility Traces, Optimal control method