فهرست مطالب

مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران - سال بیست و یکم شماره 3 (پیاپی 81، پاییز 1402)

نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران
سال بیست و یکم شماره 3 (پیاپی 81، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/17
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مجید محمدپور، سید اکبر مصطفوی، وحید رنجبر* صفحات 141-157

    امروزه شبکه های پیچیده پویا به یکی از ارکان مهم زندگی بشر تبدیل شده اند و تشخیص انجمن در این شبکه ها یکی از مهم ترین مسایل در تحلیل آنها محسوب می شود. در این مقاله یک روش تشخیص انجمن مبتنی بر تعبیه گراف و روش یادگیری جمعی ارایه شده که می تواند درجه پیمانه ای بودن هر انجمن را حداکثر نماید. روش های تعبیه گراف یا یادگیری نمایش کم بعد از گره ها در گراف به علت قابلیت کاربردی گسترده آن در عملکرد شبکه های پیچیده پویا مانند تشخیص انجمن در شبکه، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این مقاله، یک روش تعبیه گراف پویا مبتنی بر یادگیر عمیق پیشنهاد شده که گراف خروجی از مرحله تعبیه گراف را به عنوان ورودی به مدل یادگیر جمعی می دهد تا با دقت قابل قبولی، انجمن ها را در شبکه تشخیص دهد. همچنین یک الگوریتم حریصانه جدید به نام پیوند جمع برای بهینه سازی تابع هدف برای مجموعه داده های مقیاس بزرگ در زمان بسیار کوتاه ارایه گردیده است. نشان داده شده که پارتیشن توافقی پیشنهادی نسبت به پارتیشن های به دست آمده از کاربرد مستقیم روش های خوشه بندی جمعی رایج، به ساختارهای خوشه ای واقعی نزدیک تر است. روش پیشنهادی به دلیل استفاده از روش پیش پردازش مبتنی بر تعبیه گراف پیشنهادی و همچنین استفاده از روش خوشه بندی جمعی، توانسته کارایی مناسبی را در مقایسه با سایر روش های رقیب از خود نشان دهد. نتایج تجربی آزمایش های انجام شده حاکی از برتری روش پیشنهادی در مقایسه با روش های رقیب است.

    کلیدواژگان: تعبیه گراف، تشخیص انجمن، درجه پیمانه ای، خوشه بندی جمعی، شبکه پیچیده، یادگیر عمیق
  • محدثه طاهرپرور، فاطمه احمدی آبکناری*، پیمان بیات صفحات 158-171

    هدف از تعبیه‌سازی شبکه‌های اجتماعی که اخیرا توجه زیادی را به خود جلب کرده، یادگیری نمایش در ابعاد پایین برای هر گره در شبکه با حفظ ساختار و خصوصیات شبکه است. در این مقاله، تاثیر نحوه تشخیص جوامع در حالت‌های مختلف مانند تشخیص جامعه حین یا قبل از روند پیاده‌روی تصادفی و هچنین تاثیر معنایی اطلاعات متنی هر گره بر روی تعبیه‌سازی شبکه مورد بررسی قرار گرفته و دو چارچوب اصلی با نام‌های تعبیه‌سازی شبکه آگاه به جامعه و متن و تعبیه‌سازی شبکه مبتنی بر جامعه و ویژگی‌های معنایی پیشنهاد شده است. در این مقاله، در تعبیه‌سازی شبکه آگاه به جامعه و متن، تشخیص جوامع قبل از روند پیاده‌روی تصادفی با به‌کارگیری روش‌ غیرهمپوشان ادموت و همپوشان اگونت‌اسپلیتر انجام گرفته است. با این حال در تعبیه‌سازی شبکه مبتنی بر جامعه و ویژگی‌های معنایی، تشخیص جوامع حین رخداد پیاده‌روی تصادفی و با استفاده از مدل موضوعی جفت‌کلمه اعمال شده است. در تمامی روش‌های ارائه‌شده، تحلیل متنی مورد بررسی قرار گرفته و نهایتا نمایش نهایی با به‌کارگیری مدل Skip-Gram در شبکه انجام می‌گردد. آزمایش‌های انجام‌شده نشان داده‌اند که روش‌های پیشنهادی این مقاله از روش‌های با نام‌های پیاده‌روی عمیق، CARE، CONE و COANE بهتر عمل کرده‌اند.

    کلیدواژگان: تعبیه سازی شبکه، شبکه های اجتماعی همپوشان، مدل های موضوعی جفت کلمه، یادگیری عمیق
  • مریم علیزاده، شیما طبیبیان* صفحات 172-182

    اختلال طیف اوتیسم، نوعی اختلال رشدی به شمار می آید که از طریق علایمی مانند ناتوانی در برقراری ارتباط اجتماعی، خود را نشان می دهد. بنابراین بارزترین نشانه افراد مبتلا به اوتیسم، اختلال گفتار است. این مقاله در بخش اول به بررسی و مرور مطالعات انجام شده برای تشخیص خودکار اوتیسم بر اساس پردازش گفتار افراد مشکوک به ابتلا می پردازد. با توجه به بررسی های انجام شده، رویکردهای اصلی پردازش گفتار برای تشخیص اوتیسم به دو گروه تقسیم می شوند. گروه اول با پردازش پاسخ ها یا احساسات افراد مورد آزمایش در پاسخ به سوالات یا داستان پرسشگر، افراد مبتلا به اوتیسم را تشخیص می دهند. گروه دوم، افراد مبتلا به اوتیسم را از طریق میزان نرخ دقت بازشناسی گفتارشان در سیستم های تشخیص خودکار گفتار از افراد سالم تفکیک می کنند. علی رغم پژوهش های زیاد انجام شده در این حوزه در خارج از ایران، پژوهش های اندکی داخل ایران انجام شده اند که مهم ترین دلیل آن، عدم وجود دادگان غنی متناسب با نیازمندی های تشخیص اوتیسم مبتنی بر پردازش گفتار افراد مبتلا است. در بخش دوم پژوهش حاضر به روند طراحی، جمع آوری و ارزیابی یک مجموعه دادگان گفتاری مستقل از گوینده برای تشخیص اوتیسم در کودکان ایرانی به عنوان گام نخست بومی سازی حوزه مذکور پرداخته ایم.

    کلیدواژگان: تشخیص اوتیسم، پردازش گفتار، یادگیری ماشین، دادگان گفتاری، کودکان، زبان فارسی
  • مینا وفایی جهان، عباس ابراهیمی مقدم*، مرتضی خادمی صفحات 183-192

    افزایش وضوح تصویر در بسیاری موارد به تقویت مولفه های فرکانس بالای آن و افزایش وضوح در لبه ها اطلاق می شود. در مدل های موجود افزایش وضوح فرض می شود که حساسیت سیستم بینایی انسان (HVS) در تمام صحنه یکسان است و تاثیرات توجه بصری (VA) ناشی از برجستگی بصری (VS) در این مدل ها لحاظ نشده است. مطالعات مختلف نشان داده اند که حساسیت بصری در نقاطی که توجه بیشتری را جلب می کند بالاتر است؛ بنابراین افزایش وضوح تصویر مبتنی بر توجه بصری می تواند باعث وضوح بیشتر درک شده در تصویر گردد. در این مقاله، مدلی برای افزایش وضوح تصویر پیشنهاد شده که از رابطه بین نقشه مولفه های فرکانس بالای تصویر و برجستگی بصری برای تعیین مقدار بهینه وضوح تصویر استفاده می کند. مدل پیشنهادی با به کارگیری یک تابع غیرخطی، مقدار وضوح بهینه برای یک تصویر را با توجه به برجستگی بصری آن بیان می کند. تعیین پارامترهای تابع غیرخطی در قالب یک مساله بهینه سازی مدل سازی شده که حل آن منجر به یافتن مقدار وضوح بهینه به طور خودکار می شود. جهت ارزیابی روش پیشنهادی و نشان دادن کارایی آن، آزمایش های ذهنی و عینی انجام شده که نتایج نشان می دهند روش پیشنهادی در صورت انتخاب مقادیر مناسب پارامترهای کنترلی، نسبت به دیگر روش های مورد مقایسه عملکرد موثرتری دارد.

    کلیدواژگان: افزایش وضوح در لبه ها، برجستگی بصری (VS)، توجه بصری (VA)
  • زهره داورزنی، مریم زمردی مقدم*، محبوبه هوشمند صفحات 193-201

    امروزه محاسبات کوانتومی نقشی بسزا در افزایش سرعت الگوریتم ها دارند. به دلیل محدودیت در تکنولوژی های ساخت کامپیوترهای کوانتومی، طراحی یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس بزرگ با چالش های زیادی مواجه است. یک راه حل جهت غلبه بر این چالش ها، طراحی سیستم های کوانتومی توزیع شده است. در این سیستم ها، کامپیوترهای کوانتومی از طریق پروتکل دورنوردی جهت انتقال اطلاعات کوانتومی با یکدیگر در ارتباط هستند. از آنجایی که دورنوردی کوانتومی نیاز به منابع کوانتومی دارد، کاهش تعداد این پروتکل، ضروری می باشد. هدف از این مقاله، ارایه یک سیستم کوانتومی توزیع شده با درنظرگرفتن دو هدف توزیع متوازن کیوبیت ها و کمینه نمودن تعداد پروتکل دورنوردی در دو سطح است. در سطح اول با ارایه یک الگوریتم برنامه سازی پویا، سعی در افراز متعادل کیوبیت ها و کاهش تعداد ارتباطات بین زیرسیستم ها شده است. با توجه به افراز به دست آمده از سطح اول، در سطح دوم و در مرحله اجرای دروازه های سراسری، زمانی که یکی از کیوبیت های این دروازه از مبدا به مقصد مورد نظر دورنورد می گردد، ممکن است این کیوبیت بتواند توسط تعدادی دروازه سراسری با رعایت محدودیت های تقدم مورد استفاده قرار گرفته و در نتیجه، موجب کاهش تعداد دورنوردی ها گردد. نتایج به دست آمده، نشان دهنده کارایی بهتر الگوریتم پیشنهادی بوده است.

    کلیدواژگان: دورنوردی کوانتومی، برنامه سازی پویا، افراز، توازن بار، محاسبات کوانتومی توزیع شده
  • پژمان گودرزی*، میلاد حیدری، مهدی حسین پور صفحات 202-210

    با استفاده از سیستم تشخیص خط در خودروهای خودران می توان موقعیت نسبی خودرو را نسبت به دیگر خودروها و همچنین احتمال خروج از خط و حتی امکان تصادف را بررسی کرد. در این مقاله، یک رویکرد تشخیص خط کم وزن و سریع برای تصاویر برگرفته شده از دوربین تعبیه گردیده در شیشه جلویی خودروها ارایه شده است. بیشتر روش های موجود، مسیله تشخیص خط را به صورت کلاس بندی در سطح پیکسل در نظر می گیرند. این روش ها با وجود داشتن قدرت تشخیص بالا، از دو ضعف داشتن پیچیدگی محاسباتی بالا و عدم توجه به اطلاعات محتوایی کلی تصویر منحصربه فرد خطوط (در نتیجه در صورت وجود مانع، امکان تشخیص ندارند) رنج می برند. روش پیشنهادی پیش رو با بهره گیری از روش انتخاب بر اساس ردیف، وجود خطوط در هر ردیف را بررسی می کند. همچنین استفاده از معماری موبایل نت باعث به دست آمدن نتایج خوب با تعداد پارامترهای یادگیری کمتر شده است. استفاده از سه تابع مختلف به عنوان توابع هزینه با اهداف متفاوت، باعث به دست آمدن نتایج عالی و درنظرگرفتن اطلاعات محتوایی کلی منحصربه فرد خطوط در کنار اطلاعات محلی شده است. آزمایش های انجام گرفته بر روی مجموعه تصاویر ویدیویی TuSimple نشان از عملکرد مناسب رویکرد پیشنهادی از لحاظ کارایی و مخصوصا از لحاظ سرعت دارد.

    کلیدواژگان: تشخیص خط، خودروی خودران، موبایل نت، یادگیری عمیق
  • مصطفی اخوان صفار*، عباسعلی رضایی صفحات 211-218

    شناسایی ژن های آغازگر سرطان یا عامل سرطان یکی از موضوعات تحقیقاتی مهم در زمینه سرطان شناسی و زیست داده ورزی است. ژن های عامل سرطان، ژن هایی هستند که بعد از اینکه جهش در آنها اتفاق می افتد، آن جهش را از طریق برهم کنش های پروتیین- پروتیین به دیگر ژن ها منتقل کرده و از این طریق، باعث اختلال در عملکرد سلول و بروز بیماری و سرطان می شوند. تا کنون روش های مختلفی برای پیش بینی و دسته بندی ژن های عامل سرطان پیشنهاد شده که اکثرا متکی به داده های ژنومی و ترنسکریپتومیک هستند و از این رو میانگین هارمونیک پایینی در نتایج دارند. تحقیقات در این زمینه به منظور بهبود دقت نتایج ادامه دارد و از این رو روش های مبتنی بر شبکه و زیست داده ورزی به کمک این حوزه آمده اند. در این مطالعه ما رویکردی را پیشنهاد داده ایم که متکی به داده های جهش نیست و از روش های شبکه ای برای استخراج ویژگی و از شبکه عصبی سه لایه پیش خور برای دسته بندی ژن ها استفاده می کند. برای این منظور، ابتدا شبکه زیستی مورد نظر که شبکه تنظیم رونویسی سرطان سینه است، تشکیل و سپس ویژگی های مختلف هر ژن به صورت بردارهایی استخراج گردید. نهایتا بردارهای به دست آمده جهت دسته بندی به یک شبکه عصبی پیش خور داده شد. نتایج به دست آمده نشان می دهند که استفاده از روش های مبتنی بر شبکه های عصبی چندلایه می تواند صحت و میانگین هارمونیک را بهبود بخشد و باعث بهبود عملکرد نسبت به سایر روش های محاسباتی شود.

    کلیدواژگان: یادگیری عمیق، ژن های عامل سرطان، شبکه عصبی پیش خور، سرطان سینه
  • سید ابوالفضل سجادی هزاوه، بیژن علیزاده* صفحات 219-226

    توابع غیرهمسان فیزیکی (PUF) سخت افزاری را برای تولید الگویی منحصربه فرد از چالش- پاسخ با اهداف احراز هویت و رمزگذاری ارایه می دهند. یکی از ویژگی های مهم در این مدارها غیرقابل پیش بینی بودن است؛ به این معنی که یک مهاجم نمی تواند پاسخ های آینده را از مشاهدات قبلی پیش بینی کند. با این حال نشان داده شده که الگوریتم های یادگیری ماشین، تهدیدی قابل توجه برای PUF ها هستند؛ زیرا آنها قادر به مدل سازی دقیق رفتار PUF می باشند. در این مقاله، ما تهدیدات امنیتیPUF را تحلیل و یک روش احراز هویت مبتنی بر PUF به نام SQ-PUF را ارایه می کنیم که می تواند در برابر حملات یادگیری ماشین مقاومت خوبی از خود نشان دهد. توانایی شبیه سازی یا پیش بینی آن را با مبهم سازی همبستگی بین جفت های چالش- پاسخ ها دشوار کردیم. نتایج تجربی نشان می دهند که برخلاف PUFهای موجود، حتی با مجموعه ای از داده های بزرگ هم نمی توان به مدل SQ-PUF حمله موفقی داشت و بیشترین دقت پیش بینی %53 است که نشان دهنده غیرقابل پیش بینی بودن این مدل می باشد. علاوه بر این، یکنواختی و یکتایی در این مدل تقریبا با مقدار ایده آل در A-PUF یکسان باقی مانده است.

    کلیدواژگان: اینترنت اشیا، یادگیری ماشین، احراز هویت، امنیت شبکه، توابع غیرهمسان فیزیکی
|
  • Majid Mohammadpour, Seyed akbar Mostafavi, Vahid Ranjbar Pages 141-157

    Special conditions of wireless sensor networks, such as energy limitation, make it essential to accelerate the convergence of algorithms in this field, especially in the distributed compressive sensing (DCS) scenarios, which have a complex reconstruction phase. This paper presents a DCS reconstruction algorithm that provides a higher convergence rate. The proposed algorithm is a distributed primal-dual algorithm in a bidirectional incremental cooperation mode where the parameters change with time. The parameters are changed systematically in the convex optimization problems in which the constraint and cooperation functions are strongly convex. The proposed method is supported by simulations, which show the higher performance of the proposed algorithm in terms of convergence rate, even in stricter conditions such as the small number of measurements or the lower degree of sparsity.

    Keywords: Stock variable parameter algorithm, distributed reconstruction, compressive sensing, bidirectional incremental mode
  • Mohadeseh Taherparvar, Fateme Ahmadi abkenari*, Peyman bayat Pages 158-171

    The purpose of embedding social networks, which has recently attracted a lot of attention, is to learn to display in small dimensions for each node in the network while maintaining the structure and characteristics of the network. In this paper, we propose the effect of identifying communities in different situations such as community detection during or before the process of random walking and also the effect of semantic textual information of each node on network embedding. Then two main frameworks have been proposed with community and context aware network embedding and community and semantic feature-oriented network embedding. In this paper, in community and context aware network embedding, the detection of communities before the random walk process, is performed through using the EdMot non-overlapping method and EgoNetSplitter overlapping method. However, in community and semantic feature-oriented network embedding, the recognition of communities during a random walk event is conducted using a Biterm topic model. In all the proposed methods, text analysis is examined and finally, the final display is performed using the Skip-Gram model in the network. Experiments have shown that the methods proposed in this paper work better than the superior network embedding methods such as Deepwalk, CARE, CONE, and COANE and have reached an accuracy of nearly 0.9 and better than other methods in terms of edge prediction criteria in the network.

    Keywords: BTM topic model, community detection, deep learning, network embedding, overlapping social networks, semantic features
  • Maryam Alizadeh, Shima tabibian * Pages 172-182

    Autism Spectrum Disorder is a type of disorder in which, the patients suffer from a developmental disorder that manifests itself by symptoms such as inability to social communication. Thus, the most apparent sign of autism is a speech disorder. The first part of this paper reviews research studies conducted to automatically diagnose autism based on speech processing methods. According to our review, the main speech processing approaches for diagnosing autism can be divided into two groups. The first group detects individuals with autism by processing their answers or feelings in response to questions or stories. The second group distinguishes people with autism from healthy people because of the accuracy of recognizing their spoken utterances based on automatic speech recognition systems. Despite much research being conducted outside Iran, few studies have been conducted in Iran. The most important reason for this is the lack of rich data that meet the needs of autism diagnosis based on the speech processing of suspected people. In the second part of the paper, we discuss the process of designing, collecting, and evaluating a speaker-independent dataset for autism diagnosis in Iranian children as the first step in the localization of the mentioned field.

    Keywords: Autism diagnosis, speech processing, machine learning, speech data, children, Persian language
  • Mina Vafaei Jahan, Abbas Ebrahimi moghadam*, Morteza Khademi Pages 183-192

    Increasing the sharpness of the image, in many cases, refers to strengthening its high frequency components and increasing the sharpness at the edges. In the existing models of increasing clarity, it is assumed that the sensitivity of the human visual system is the same in the whole scene, and the effects of visual attention caused by visual salience are not included in these models. Various studies have shown that visual sensitivity is higher in places that attract more attention. Therefore, increasing image clarity based on visual attention can cause greater perceived clarity in the image. In this article, a model for increasing image sharpness is proposed, which uses the relationship between the map of high frequency image components and visual salience to determine the optimal value of image sharpness. By using a non-linear function, the proposed model expresses the optimal sharpness value for an image according to its visual prominence. Determining the parameters of the nonlinear function in the form of a modeled optimization problem, the solution of which leads to finding the optimal sharpness value automatically. The results show that the proposed method has a more effective performance than the other compared methods if the appropriate values of the control parameters are selected.

    Keywords: Increasing sharpness in edges, visual attention (VA), visual salience (VS)
  • zohreh davarzani, maryam zomorodi-moghadam*, M. Houshmand Pages 193-201

    Nowadays, quantum computing has played a significant role in increasing the speed of algorithms. Due to the limitations in the manufacturing technologies of quantum computers, the design of a large-scale quantum computer faces many challenges. One solution to overcome these challenges is the design of distributed quantum systems. In these systems, quantum computers are connected to each other through the teleportation protocol to transfer quantum information. Since quantum teleportation requires quantum resources, it is necessary to reduce the number of that. The purpose of this paper is to present a distributed quantum system considering the two goals of balanced distribution of qubits and minimizing the number of teleportation protocols in two levels. In the first level, by presenting a dynamic programming algorithm, an attempt has been made to distribute qubits in a balanced manner and reduce the number of connections between subsystems. According to the output partitioning obtained from the first level, in the second level and in the stage of implementation of global gates, when one of the qubits of this gate is teleported from the home to the desired destination, this qubit may be able to be used by a number of global gates, observing the precedence restrictions and as a result it reduces the number of teleportations. The obtained results show the better performance of the proposed algorithm.

    Keywords: Quantum teleportation, dynamic programming, partitioning, load balancing, distributed quantum computing
  • Pejman Goudarzi*, milad Heydari, Mehdi Hosseinpour Pages 202-210

    By using the line detection system, the relative position of the self-driving cars compared to other cars, the possibility of leaving the lane or an accident can be checked. In this paper, a fast and lightweight line detection approach for images taken from a camera installed in the windshield of cars is presented. Most of the existing methods consider the problem of line detection in the form of classification at the pixel level. These methods despite having high accuracy, suffer from two weaknesses of having the high computational cost and not paying attention to the general lines content information of the image (as a result, they cannot detect if there is an obstacle). The proposed method checks the presence of lines in each row by using the row-based selection method. Also, the use of Mobile-net architecture has led to good results with fewer learning parameters. The use of three different functions as cost functions, with different objectives, has resulted in obtaining excellent results and considering general content information along with local information. Experiments conducted on the TuSimple video image collection show the suitable performance of the proposed approach both in terms of efficiency and especially in terms of speed.

    Keywords: Lane detection, row-based detection, deep learning, mobile-net, self-driving car
  • Mostafa Akhavan Safar*, abbas ali rezaee Pages 211-218

    Identifying the genes that initiate cancer or the cause of cancer is one of the important research topics in the field of oncology and bioinformatics. After the mutation occurs in the cancer-causing genes, they transfer it to other genes through protein-protein interactions, and in this way, they cause cell dysfunction and the occurrence of disease and cancer. So far, various methods have been proposed to predict and classify cancer-causing genes. These methods mostly rely on genomic and transcriptomic data. Therefore, they have a low harmonic mean in the results. Research in this field continues to improve the accuracy of the results. Therefore, network-based methods and bioinformatics have come to the aid of this field. In this study, we proposed an approach that does not rely on mutation data and uses network methods for feature extraction and feedforward three-layer neural network for gene classification. For this purpose, the breast cancer transcriptional regulatory network was first constructed. Then, the different features of each gene were extracted as vectors. Finally, the obtained vectors were given to a feedforward neural network for classification. The obtained results show that the use of methods based on multilayer neural networks can improve the accuracy and harmonic mean and improve the performance compared to other computational methods.

    Keywords: Feedforward neural network, cancer-causing genes, deep learning, breast cancer
  • Abolfazl Sajadi, Bijan Alizadeh * Pages 219-226

    Physically unclonable functions (PUFs) provide hardware to generate a unique challenge-response pattern for authentication and encryption purposes. An essential feature of these circuits is their unpredictability, meaning that an adversary cannot sufficiently predict future responses from previous observations. However, machine learning algorithms have been demonstrated to be a severe threat to PUFs since they are capable of accurately modeling their behavior. In this work, we analyze PUF security threats and propose a PUF-based authentication mechanism called SQ-PUF, which can provide good resistance to machine learning attacks. In order to make it harder to simulate or predict, we obfuscated the correlation between challenge-response pairs. Experimental results show that, unlike existing PUFs, even with a large data set, the SQ-PUF model cannot be successfully attacked with a maximum prediction accuracy of 53%, indicating that this model is unpredictable. In addition, the uniformity in this model remains almost the same as the ideal value in A-PUF.

    Keywords: Internet of things (IoTs), machine learning, authentication, network security, physically unclonable functions (PUFs)