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纵向联邦训练中标签推理攻击防御和检测机制的研究

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纵向联邦训练中标签推理攻击防御和检测机制的研究

作者：吕庆喆曲阜师范大学

学位级别：硕士

大数据的飞速发展推动机器学习模型在各个领域的广泛部署,为人们提供了各种高效的服务。然而,这也给用户隐私带来了巨大的挑战,推理攻击的出现揭示了大数据模型存在隐私问题。仅仅通过访问大数据模型,便可推测数据是否来源于模型的训练... 详细信息

大数据的飞速发展推动机器学习模型在各个领域的广泛部署,为人们提供了各种高效的服务。然而,这也给用户隐私带来了巨大的挑战,推理攻击的出现揭示了大数据模型存在隐私问题。仅仅通过访问大数据模型,便可推测数据是否来源于模型的训练数据,进而导致数据隐私的泄露。目前,学术界围绕推理攻击做了大量的工作,提出并实现了多种推理攻击和防御方案,例如纵向联邦学习中的标签推理攻击(Label Inference Attack,LIA),敌手可以对用户的标签进行攻击,导致标签的泄露。然而,现有的相关工作仍然存在一些问题。对于纵向联邦学习中的标签推理攻击,一方面,现有的防御效果不好,防御会影响原有的联邦学习准确率;另一方面,对纵向联邦学习中的标签推理攻击以及其他推理攻击的检测研究较少。本文通过对纵向联邦学习中标签推理攻击、防御和检测进行深入研究,提出了一种基于提前校对的标签推理攻击方案(Label Inference Attacks based on Advance Calibration,Cali-LIA),可以有效地降低误报率,基于此理论设计了一套有效的基于秘密分享的分散训练方法,作为标签推理攻击防御框架,并且设计了一种纵向联邦学习中标签推理攻击的检测机制,可以对纵向联邦学习中的标签推理攻击和成员推理攻击进行检测、以及攻击和防御的整体评估,帮助用户部署模型前对模型整体把握,避免隐私泄露。本文的研究内容和贡献可以概括为以下三个方面:(1)提出了一种提前校对方法,来降低标签推理攻击的误报率。提前校对方法的基本思想就是设计一个参考模型,利用参考模型可以将预测错误的数据筛选掉,从而降低攻击的误报率。在攻击模型训练完成之后,利用参考模型预测比较准确的特点来对预测错误的样本筛选。设定一个合适的阈值,通过合适的阈值可以提前将预测错误的样本筛选掉,从而达到降低攻击的误报率的效果。实验结果显示,设计的提前校对方法在BCW数据集上将攻击的误报率从45.70%降低到9.23%,实验也首次在相关电力资源数据集上进行实验测试。实验结果证明设计的提前校对方法可以在保证攻击的准确率稳定、原始联邦学习任务准确率稳定的情况下降低攻击的误报率。(2)提出了一种分散训练框架,来对纵向联邦学习中标签推理攻击和基于提前校对的标签推理攻击(Cali-LIA)进行防御并实现纵向联邦学习的安全性。分散训练的基本思想是利用秘密分享打破梯度和训练数据之间的相关性。在分散训练框架中,为参与方A创建一个影子模型(即模型c),参与方B的部分数据共享给参与方C。在训练阶段,客户端(即参与方A和C)使用共享数据更新其底层模型,并将其部分输出上传到服务器。服务器聚合客户端的部分输出并训练其顶层模型;由于秘密分享方案的特性,它们的输出可以有效地聚合。服务器的输出也分为两部分,分别提供A和C两个部分,后者随后迭代地训练和更新其底层模型。使用这种方法,即使敌手在训练阶段收到梯度,也无法从顶层模型推断标签的相关信息。(3)提出了一种纵向联邦学习的检测机制,针对标签推理攻击和成员推理攻击进行检测,在部署之前,可以使用检测方法对模型进行检测,避免数据泄露带来的安全隐患。根据敌手的先验条件不同,建立了六种威胁模型分类,全面分析敌手的攻击情况。除了根据每种不同攻击的原理对攻击进行检测外,还可以对受到攻击的模型进行攻击和防御的评估,评估模块会对攻击的准确率、F1分数和经过防御方法后准确率等相关指标的变化进行实验的测评。评估模块也对不同敌手拥有不同信息,也就是不同威胁模型下攻击的准确率和防御后的准确率进行评估,可以帮助用户在部署模型前对训练模型受到攻击的程度有着整体的把握。

关键词：纵向联邦学习标签推理攻击秘密分享攻击检测误报率

卡车-无人机协同配送路径优化模型及算法研究

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卡车-无人机协同配送路径优化模型及算法研究

作者：廖喆中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

在物流领域,如何控制“末端配送”成本、提高配送效率一直是亟待解决的难题。此外,随着国家“双碳”目标的提出,如何减少碳排放也逐渐成为各个行业关注的重点。凭借飞行速度快、通行能力强以及成本低等优势,作为节能低碳型交通工具的无... 详细信息

在物流领域,如何控制“末端配送”成本、提高配送效率一直是亟待解决的难题。此外,随着国家“双碳”目标的提出,如何减少碳排放也逐渐成为各个行业关注的重点。凭借飞行速度快、通行能力强以及成本低等优势,作为节能低碳型交通工具的无人机在“末端配送”阶段中的应用受到物流企业的广泛关注。而卡车-无人机协同配送模式,克服了无人机载重小、续航能力弱的缺点,是无人机参与“末端配送”的重要形式之一。本文以“末端配送”为背景,对卡车-无人机协同配送路径优化问题进行研究。首先,通过对卡车-无人机协同配送路径优化问题理论基础进行介绍为后续研究提供理论支持。然后,以最小化总成本为目标建立了卡车-无人机协同配送路径优化模型。其中,总成本包括固定成本、运输成本、违反时间窗约束的惩罚成本以及基于碳交易机制产生的碳排放成本。相关约束包括卡车-无人机协同约束、时间窗约束以及无人机自适应巡航速度约束等。同时,基于问题特性设计了自适应大邻域搜索算法对该问题进行求解,并通过与商业求解软件Gurobi、初始解构造程序、经典自适应大邻域搜索算法的求解结果进行对比,验证算法的精确性与高效性。最后,基于算法求解结果进行算例分析。研究结果表明:本文设计的自适应大邻域搜索算法具有较好的精确性与求解效率;不同配送模式之间的对比分析表明,在考虑时间窗的前提下,与传统的卡车配送模式相比,卡车-无人机协同配送模式在一定程度上可以带来成本以及碳排放的节省,且这种趋势随着具有时间窗客户比例的增加而增大;敏感性分析结果表明,无人机电池容量、最大载重以及巡航速度是影响配送总成本以及碳排放的关键因素;此外,对于碳交易机制的分析结果表明,合理地调控碳交易价格以及物流企业的碳配额,可以在不增加物流企业配送成本的前提下减少碳排放。

关键词：卡车-无人机协同配送车辆路径问题碳交易机制时间窗自适应大邻域搜索算法

基于分步定义式思维链的数学应用题自动求解方法研究

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基于分步定义式思维链的数学应用题自动求解方法研究

作者：许永喆广州大学

学位级别：硕士

在教育领域,对数学应用题自动求解方法的研究是个重要的研究课题。最新研究表明,结合大型语言模型(Large Language Model,LLM)和外部工具进行复杂的推理和计算是一种有效的新方法。其中,程序辅助语言模型(Program-assisted Language Mod... 详细信息

在教育领域,对数学应用题自动求解方法的研究是个重要的研究课题。最新研究表明,结合大型语言模型(Large Language Model,LLM)和外部工具进行复杂的推理和计算是一种有效的新方法。其中,程序辅助语言模型(Program-assisted Language Model,PAL)在处理可用程序性语言表述的问题上取得了一定成效。然而,面对逻辑复杂且无法直接用程序性语言表述的问题时,PAL就不能很好地进行处理。例如,对于含有未知变量的问题文本,PAL会判定其是一个有效的表达式,但PAL中的Python程序因语法限制而无法实现对变量的有效赋值,导致模型自动求解失败。此外,解题过程中的隐藏常量(问题文本中未表明但最终目标表达式中出现的常量)及其关联的公式知识起着至关重要的作用。现有的数学应用题自动求解方法,往往未能充分处理文本中的隐藏常量和关联公式,这限制了模型解题的准确性和效率。针对上述问题,本文提出了一个基于分步定义式思维链的数学应用题自动求解方法,并针对隐藏常量构建了隐藏常量与关联公式预测器,将其作为自动求解方法的一部分。本文的主要工作如下:(1)设计并提出了一种隐藏常量与关联公式的预测器。在预训练语言模型中进行了针对隐藏常量预测任务的迁移学习,对应用问题文本中未表明的隐藏常量进行了准确预测,并用关联逻辑公式检索器对其逻辑公式知识进行检索,实现了对隐藏常量及关联公式知识的高效利用。本文提出了几种文本融合方法,将隐藏常量和关联公式作为提示信息融入到问题文本中,增强了文本的信息表征能力,为模型自动解题提供了更多的决策信息。最后将融合后的文本传输给模型下游的解题框架,增强了模型的表达式生成能力,提高了整体模型的解题成功率。(2)设计并提出了分步定义式思维链(Step-by-Step Defined Chain-of-Thought,SD Co T)。它是一种作用在LLM上的推理提示方法,该方法设计了一个包含提示规则和输入输出示例的提示模版,使LLM对问题文本进行文本分割与中间步骤的续写,让模型对推理过程分配更多的计算量,增强了模型的推理能力。并对涉及的变量和数值进行定义和声明,使模型的中间解题步骤有较好的可解释性,提高了模型的表达式生成精度。(3)设计并实现了SymPy初等代数求解器。基于SymPy库搭建了一个能处理数学声明的表达式求解器,会将字符串形式的表达式解析成树状结构的抽象语法树。本文针对隐藏变量,设计了三类树状结点,分别是:运算符、隐藏常量和文本中数字,通过对结点的遍历实现对表达式的求解,生成应用问题的数值答案。该方法对数学声明和符号做了进一步的归类处理,能更好地处理此类问题,提高了表达式的求解成功率。本文通过以上工作并结合实验表明,该方法在处理含有隐藏常量和相关公式知识的初等代数类型的数学应用题上有一定的效果,并且验证该方法在数学应用题的自动求解问题上具有可行性。

关键词：智慧教育数学应用题自动解题提示学习分步定义式思维链

探析雅克·伊伯特一组《堂吉柯德》之歌曲四首

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探析雅克·伊伯特一组《堂吉柯德》之歌曲四首

作者：唐炜喆上海音乐学院

学位级别：硕士

声乐套曲是一种特定的声乐表演形式,在一部声乐套曲中,会包含多个独立形式的声乐作品,这些作品通过内容、主题、情感等形式组合在一起形成一个具有一致性的整体,用若干首作品来表达同一主题,它们之间往往存在着联系,具有一定的逻辑性。... 详细信息

声乐套曲是一种特定的声乐表演形式,在一部声乐套曲中,会包含多个独立形式的声乐作品,这些作品通过内容、主题、情感等形式组合在一起形成一个具有一致性的整体,用若干首作品来表达同一主题,它们之间往往存在着联系,具有一定的逻辑性。本文笔者通过对伊伯特《堂吉柯德》组曲四首的分析,来探索音乐戏剧性对于音乐表演的重要性,其中涉及到对四首歌曲逐一的分析,包括诗歌、结构、音乐风格、和声、伴奏与旋律等方面的探究,同时结合电影《堂吉柯德》来分析套曲作品间所存在的故事性、逻辑性;对电影音乐戏剧性走向音乐表演舞台等相关问题进行阐述,试图提出一些有益的思考与探究。

关键词：电影音乐声乐套曲逻辑性音乐戏剧性舞台表演

基于微课视角的小学体育大单元教学设计与应用 ——以跳绳项目为例

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基于微课视角的小学体育大单元教学设计与应用 ——以跳绳项目为例

作者：李寅喆武汉体育学院

学位级别：硕士

随着《义务教育体育与健康课程标准(2022年版)》的发布,以体育大单元教学设计推动结构化教学最终达到“增强学生体质、增进学生健康”成了体育课程教学改革的重要方向。在这一背景下各地积极推动体育大单元教学的落地实施,也取得了一定... 详细信息

随着《义务教育体育与健康课程标准(2022年版)》的发布,以体育大单元教学设计推动结构化教学最终达到“增强学生体质、增进学生健康”成了体育课程教学改革的重要方向。在这一背景下各地积极推动体育大单元教学的落地实施,也取得了一定成果,但是要想实现“体育大单元教学常态化”仍有许多问题需要解决。由此,本研究以“微课”这一视角为切入点,结合现阶段小学体育大单元教学的教学理念以及特点,设计出辅助体育大单元教学的微课并在不同的教学情景下运用微课,从而优化小学体育大单元教学的实施。本文以跳绳大单元为例,采用文献资料法、访谈法、问卷调查法等研究方法,对武汉市武昌区开设体育大单元教学较早的学校武汉市粮道街小学的大单元教学现状进行调查,并依据对教师的访谈和对学生的问卷调查结果分析出当前大单元教学存在以下问题:教学效果缺乏统一性;教学实施具有局限性;教学内容存在单一性。在此基础上本研究设计出了辅助跳绳大单元教学的微课;形成了辅助跳绳大单元教学的微课合集;呈现出了具体应用案例;并给出了以下三种微课在大单元教学中的应用策略:构建系统完整的微课课程体系;完善互动机制,吸引学生学习动力;提供个性化资源指导,满足不同学生需求。最后通过本研究的理论探索、行动实施与数据分析得出以下结论:(1)微课因其短小精悍、针对性强、便于自主学习等特性使其与大单元教学的有机融合能够有效地提高教学效率、满足学生的个体需求。(2)辅助体育大单元教学的微课设计应以大单元教学中的知识点作为设计依据,形成可以贯穿整个大单元教学过程的微课,确保相同的微课可以在不同的阶段、情景下使用,满足大单元教学的纵向设计需求。(3)微课教学丰富了体育大单元教学的教学手段,弥补了体育大单元教学中教师在健康知识、体育竞赛知识和个案教学中教学手段落后和教学效率不高的问题。

关键词：微课体育大单元教学教学设计

计及能量流与信息流的电力信息物理系统关键节点辨识

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高压电器 2024年

作者：李希喆辛培哲江璟国网经济技术研究院有限公司三峡大学电气与新能源学院

随着信息通信技术在电力系统中的广泛应用，传统电网由仅分析物理系统或信息空间本身向新型电力系统下电力信息物理系统（cyber-physical power system，CPPS）方向转变。文中基于复杂网络理论，通过模拟连锁故障下能量流与信息流的交... 详细信息

随着信息通信技术在电力系统中的广泛应用，传统电网由仅分析物理系统或信息空间本身向新型电力系统下电力信息物理系统（cyber-physical power system，CPPS）方向转变。文中基于复杂网络理论，通过模拟连锁故障下能量流与信息流的交互作用，提出了一种关键电力节点与信息节点的辨识方法。首先根据CPPS中能量流与信息流之间相互耦合关系，结合电力网潮流与信息网时延变化相互之间发生的连锁故障的演变过程，构建了CPPS一二次系统相互依存网络模型；然后在此基础上建立电力网和信息网重点节点指标并辨识关键信息—物理重要节点；最后，利用算例仿真法对模型和方法的有效性进行检验，判断该方法在实践中是否可行。

关键词：电力信息物理系统能量流信息流连锁故障关键节点辨识

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城市碳排放测算方法研究评述及启示

城市规划 2024年

作者：王乙喆王兴平陈秋伊中国城市规划学会东南大学建筑学院东南大学可持续产业园区发展与规划国际合作研究中心

为更好推动低碳城乡规划实践，需全面审视各类城市碳排放测算研究成果，以形成更全面的城市碳排放图景认知。回顾相关研究，在基础原理层面，存在基于“城市活动”端和基于“气体观测”端两大城市碳排放测算框架。面向低碳实践，形成了... 详细信息

为更好推动低碳城乡规划实践，需全面审视各类城市碳排放测算研究成果，以形成更全面的城市碳排放图景认知。回顾相关研究，在基础原理层面，存在基于“城市活动”端和基于“气体观测”端两大城市碳排放测算框架。面向低碳实践，形成了三大主要研究视角，即“生产消费”视角、“时空分配”视角和“实测”视角。三大视角展示了不同侧面的城市碳排放图景，为低碳城市实践提供了方法论指导。基于当前低碳城乡规划实践需求，提出需要注意的三方面工作：(1)注重低碳城市实践的公平性，加强消费视角导向的城乡规划方法研究；(2)构建基于多元视角下的城市碳排放测算方法的低碳城乡规划工具组；(3)加强基于城市碳排放测算方法的低碳空间规划策略研究。

关键词：城市碳排放测算方法评述低碳城乡规划