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非独立同分布数据下的联邦学习隐私保护方法研究

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非独立同分布数据下的联邦学习隐私保护方法研究

作者：张激勇湖南科技大学

学位级别：硕士

联邦学习(Federated Learning)是一种新兴的机器学习技术,它允许多个设备在本地训练自己的模型,而无需将数据集上传到集中式服务器。该方式可以帮助数据拥有者更好地掌控其数据,但联邦学习也面临着新的挑战。现有研究表明直接共享模型... 详细信息

联邦学习(Federated Learning)是一种新兴的机器学习技术,它允许多个设备在本地训练自己的模型,而无需将数据集上传到集中式服务器。该方式可以帮助数据拥有者更好地掌控其数据,但联邦学习也面临着新的挑战。现有研究表明直接共享模型参数也会造成用户隐私泄露,同时联邦学习在非独立同分布数据下,难以在全局聚合时很好地学习每一个参与训练的设备,从而导致模型性能下降。联邦学习中的个性化问题和隐私保护问题已经成为目前的研究热点。本文针对目前联邦学习中模型泄露和非独立同分布数据造成模型准确率下降的问题,提出了基于Bregman优化的个性化联邦学习隐私保护方法和基于差分隐私的个性化联邦学习方法。本文的主要内容如下:(1)目前联邦学习研究中,针对差分隐私的方法往往只考虑独立同分布数据下的隐私预算分配,缺乏对非独立同分布数据的考虑。因此,我们提出了Bregman发散衡量客户端模型与全局模型差异,通过近端算子计算个性化模型,解决非凸和强凸函数下收敛性问题。同时,采用高斯噪声对个性化模型进行扰动,增强本地模型在上传时对用户隐私的保护。理论分析和实验验证表明,该方法权衡了模型的隐私性和准确性。(2)目前研究中仅用差分隐私对联邦学习的本地模型进行扰动,在全局聚合时会导致差分隐私被弱化,从而无法保证全局参数在下发时的用户隐私安全。因此,我们提出了基于差分隐私的个性化联邦学习方法,通过定义局部和全局差分隐私分别对本地和全局参数加噪,使模型参数在上行和下行信道中满足差分隐私以加强用户隐私保护保护。同时,我们采用Moreau envelope函数进行个性化训练,将本地参数与全局参数的差值控制在有限范围内,以减小模型差异来提升模型性能。理论分析表明,该方法在强凸和非凸光滑函数下具有快速收敛性。实验结果验证该方法在满足差分隐私的前提下,模型准确性分别达到了92.19%和95.03%。

关键词：联邦学习隐私保护个性化差分隐私 Bregman Moreau envelope

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旋变二次谐波测角误差自校正

光学精密工程 2024年第2期32卷 184-192页

作者：王英广张激扬张强鲁明田利梅北京控制工程研究所北京100094

旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波,是旋变测角误差的主要来源,影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先,分析旋变测角误差产生的机理,获知其... 详细信息

旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波,是旋变测角误差的主要来源,影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先,分析旋变测角误差产生的机理,获知其幅值误差和正交误差的互不相关性,并证明对旋变输出信号进行幅值调整和相位差调整可实现二次谐波误差校正。然后,在旋变和旋变数字信号转换器(Resolver-to-Digital Converter,RDC)之间设计基于比例放大的幅值校正器和基于交叉调节的相角校正器。最后,根据误差信号在线性控制系统中特征频率不变的特性,对伺服系统进行匀速控制,以角速度频谱中二次谐波频率的幅值为参考基准,分别调整幅值校正器和相角校正器,校正二次谐波误差。实验结果表明:本方法可将旋变二次谐波测角误差幅值降低78.5%,伺服系统速率波动量降低40.5%。本方法实现了旋变二次谐波测角误差的自校正,大幅提升了旋变的测角精度和伺服系统的转速控制稳定度。

关键词：测角传感器旋变测角误差自校正

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旋转机构零位姿态传感器设计及测量方法

中国惯性技术学报 2024年第7期32卷 696-706页

作者：张鹏波王舒雁张激扬樊亚洪赵同爽北京控制工程研究所北京100190

面向新型旋转成像载荷姿态角测量需求,针对现有传感器无法同时测量无接触旋转机构零位三轴姿态角的问题,提出了一种基于光电传感的旋转载荷零位姿态测量方法,并研制了零位姿态传感器,使用光电传感器获取过零波形,采用最小二乘法得到过... 详细信息

面向新型旋转成像载荷姿态角测量需求,针对现有传感器无法同时测量无接触旋转机构零位三轴姿态角的问题,提出了一种基于光电传感的旋转载荷零位姿态测量方法,并研制了零位姿态传感器,使用光电传感器获取过零波形,采用最小二乘法得到过零时的时间信息,通过时间和转速获得精确的旋转角和定转子相对位移。在此基础上,通过坐标变换求解出零位时的三轴姿态信息。分析平台舱和旋转舱平动、转动对传感器的测量精度的影响,建立传感器测量误差与光源组件轴安装误差、采样误差、传感器安装误差等的理论模型,仿真分析各因素对零位测量误差的影响。搭建了磁悬浮旋转支撑机构测试平台,对比所设计零位姿态传感器测量结果与电涡流位移传感器和旋变传感测量结果,分析所设计传感器的测量精度。结果表明,所设计传感器位移测量误差均值不大于2.4μm,转动角度测量误差均值不大于3.7"。所设计传感器能够准确检测出定转子间隙变化时的零位姿态信息,可为高精度的载荷舱姿态控制提供参考。

关键词：旋转载荷光电原理零位检测姿态测量

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基于弱监督迁移网络的3D人体关节点识别

吉林大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 251-258页

作者：孙志勇李宏友叶俊勇重庆大学光电技术教育部重点实验室重庆400044 重庆警察学院基础教研部重庆401331

针对2D图像缺少深度信息,行为姿态空间结构信息不完备的问题,提出一种基于弱监督迁移网络的3D人体关节点识别方法。首先,提出一种用于真实图像的端到端3D人体姿态估计框架,使用2D与3D混合标签图像对深度神经网络进行训练,在2D人体姿态... 详细信息

针对2D图像缺少深度信息,行为姿态空间结构信息不完备的问题,提出一种基于弱监督迁移网络的3D人体关节点识别方法。首先,提出一种用于真实图像的端到端3D人体姿态估计框架,使用2D与3D混合标签图像对深度神经网络进行训练,在2D人体姿态识别子网络中,添加深度回归模块对2D人体姿态识别子网络进行改进,解决3D人体姿态识别出现的深度歧义性问题;其次,在3D人体姿态识别子网络中,引入3D几何约束对人体姿态识别进行规范化操作,针对无真实深度标签的情况,可更好地学习深度特征,有效解决存在遮挡情况的人体姿态识别问题。在Human 3.6M和MPII数据集中关节点预测平均误差低于其他方法,具有更好的3D人体姿态识别效果。

关键词：迁移网络姿态识别 3D关节点几何约束深度回归

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煤体中瓦斯水合固化的力学作用研究进展

煤炭学报 2024年第2期49卷 720-738页

作者：吴强张保勇黑龙江科技大学安全工程学院黑龙江哈尔滨150022

为更好地完善我国煤与瓦斯突出预测与防治方法,基于煤与瓦斯突出综合作用假说,提出了瓦斯水合固化防治煤与瓦斯突出的方法。该方法核心是将煤层中瓦斯固化生成瓦斯水合物,不仅能降低瓦斯压力,而且能够提高煤体强度,以达到减弱或消除煤... 详细信息

为更好地完善我国煤与瓦斯突出预测与防治方法,基于煤与瓦斯突出综合作用假说,提出了瓦斯水合固化防治煤与瓦斯突出的方法。该方法核心是将煤层中瓦斯固化生成瓦斯水合物,不仅能降低瓦斯压力,而且能够提高煤体强度,以达到减弱或消除煤与瓦斯突出危险性的目的。实现了煤体中瓦斯水合物的生成以及含瓦斯水合物煤体力学性质-渗透率原位测试,提出了煤体中瓦斯水合物生成及力学性质-渗透率测试技术及含瓦斯水合物煤体三轴压缩数值建模技术。瓦斯水合固化热力学和动力学条件是防突的理论基础,煤层瓦斯水合物稳定储存是技术前提,瓦斯压力降低及煤体力学性质改善是防突关键,重点围绕水合固化煤体交叉力学问题进行总结。分析认为:(1)瓦斯水合固化防突技术理论框架已经初步形成,并利用数值模拟手段初步探究了瓦斯水合固化对煤体力学特征改善的细观机理;(2)现阶段已证实煤体中水合物生成不仅能降低瓦斯压力,而且能改善其力学性质,高饱和度对提高煤体峰值强度明显;(3)瓦斯水合物生成经历快速、缓慢和稳定3个阶段,且水合物的生成会造成煤体中瓦斯渗流通道阻塞,导致其渗透率降低;(4)高瓦斯压力、高CH4体积分数不仅有助于提高水合物饱和度而且会延缓水合物分解,有助于水合物的稳定存在。需要注意的是,瓦斯水合固化技术防突的可靠度仍需大量重复试验验证,以建立普适化的数据库。综合现有研究结果,对水合固化防突研究目前仍存在的局限性与挑战进行了讨论,并且给出了进一步的研究方向。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯水合固化含瓦斯水合物煤体力学性质离散元

基于ARMAV模型和J-散度的结构损伤识别

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振动与冲击 2024年第1期43卷 123-130,152页

作者：李孟郭惠勇重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

损伤识别技术是结构健康监测系统的关键组成部分,为了进一步提高损伤识别的准确性和适用性,提出一种融合信息距离函数J-散度与向量自回归滑动平均(vector autoregressive moving average,ARMAV)模型的损伤识别方法。采用预白化过滤器对... 详细信息

损伤识别技术是结构健康监测系统的关键组成部分,为了进一步提高损伤识别的准确性和适用性,提出一种融合信息距离函数J-散度与向量自回归滑动平均(vector autoregressive moving average,ARMAV)模型的损伤识别方法。采用预白化过滤器对加速度时域数据进行消除激励相关性以及降噪处理;建立了ARMAV模型,并由模型的自回归参数和残差方差构建损伤判别指标;采用三层框架试验数据,并进行转播塔模型的损伤识别试验研究验证了该方法的有效性。结果表明:基于ARMAV模型和J-散度距离的损伤识别方法可操作性强,能够准确、高效地定位框架和塔架结构的损伤,且该方法受环境变化的影响较小,可为在线结构健康监测提供一种新思路。

关键词：损伤识别试验研究向量自回归滑动平均(ARMAV)模型 J-散度时间序列分析

多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点承载力计算方法

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吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 1058-1064页

作者：邸振勇张勇西南大学审计处重庆400715 北京市市政工程设计研究总院有限公司北京100082

针对目前梁柱刚性连接耐震型节点承载力研究过于片面的问题,提出多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点承载力计算方法。该方法设计筑梁柱刚性连接耐震型节点核心区仅添加钢纤维、仅添加箍筋和同时添加钢纤维与箍筋3种类型,并依据钢纤维体... 详细信息

针对目前梁柱刚性连接耐震型节点承载力研究过于片面的问题,提出多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点承载力计算方法。该方法设计筑梁柱刚性连接耐震型节点核心区仅添加钢纤维、仅添加箍筋和同时添加钢纤维与箍筋3种类型,并依据钢纤维体积率和箍筋率不同制作9个试件,以该9个试件为试验对象,设计试验加载方案和测点分布后,利用有限元软件构建多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点试件模型,并利用该模型模拟其试验加载方案,同时通过计算多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点试件的T型钢抗弯承载力、螺栓承载力以及柱翼缘承载力等实现多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点计算。试验结果表明:本文方法计算梁柱刚性连接耐震型节点钢腹板承载力与其实际承载力数值吻合度极高,计算结果较为精准;可有效计算不同核心区添加钢纤维、箍筋等试件的受剪承载力、受弯承载力,同时利用有限元云图可清楚呈现梁柱刚性连接耐震型节点不同承载力分布情况。

关键词：多高层建筑建筑梁柱耐震型节点承载力有限元加载方案

基于数据关联感知的无监督深度融合指针网络模型

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控制与决策 2024年第2期39卷 499-508页

作者：张长勇周虎中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

为了提高组合优化问题可行解集合的收敛性和泛化性,根据不同无监督学习策略的特点,提出一种基于数据关联感知的深度融合指针网络模型(DMAG-PN),模型通过指针网络框架将Mogrifier LSTM、多头注意力机制与图卷积神经网络三者融合.首先,编... 详细信息

为了提高组合优化问题可行解集合的收敛性和泛化性,根据不同无监督学习策略的特点,提出一种基于数据关联感知的深度融合指针网络模型(DMAG-PN),模型通过指针网络框架将Mogrifier LSTM、多头注意力机制与图卷积神经网络三者融合.首先,编码器模块中的嵌入层对输入序列进行编码,引入多头注意力机制获取编码矩阵中的特征信息;然后构建数据关联模型探索序列节点间的关联性,采用图卷积神经网络获取其多维度关联特征信息并融合互补,旨在生成多个嵌入有效捕捉序列深层的节点特征和边缘特征;最后,基于多头注意力机制的解码器模块以节点嵌入数据和融合图嵌入数据作为输入,生成选择下一个未访问节点的全局概率分布.采用对称旅行商问题作为测试问题,与当前先进算法进行对比,实验结果表明,所提出DMAG-PN模型在泛化性和求解精确性方面获得较大的改进与提高,预训练好的DMAG-PN模型能够直接对大规模实例进行端到端的求解,避免传统算法迭代搜索的过程,具有较高的求解效率.

关键词：指针网络 Mogrifier LSTM 多头注意力机制图卷积神经网络旅行商问题数据关联

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环境物质主义的发生机制及条件

心理科学进展 2024年

作者：陈寿勇李静青少年网络心理与行为教育部重点实验室人的发展与心理健康湖北省重点实验室华中师范大学心理学院

环境物质主义是指持有物质主义价值观的个体参与亲环境行为的现象。与以往关于物质主义价值观和亲环境行为矛盾对立的观点不同,该现象强调对物质财产的追求能够与关心自然环境协调并存。环境物质主义现象发生的心理机制可从交叉融合理... 详细信息

环境物质主义是指持有物质主义价值观的个体参与亲环境行为的现象。与以往关于物质主义价值观和亲环境行为矛盾对立的观点不同,该现象强调对物质财产的追求能够与关心自然环境协调并存。环境物质主义现象发生的心理机制可从交叉融合理论、代价信号理论、印象管理理论、道德补偿理论以及目标框架理论这5个视角来理解,且该现象的发生存在个体、情境和文化三类边界条件,具体包括全球文化认同、环境知识水平,决策情境的公私属性、利益诉求类型、自然接触,以及市场背景、世代。未来研究需进一步明确环境物质主义的内涵,探索更多促进该现象发生的边界条件以及保证其稳定存在的有效策略,并加强对物质主义促进亲环境行为因果机制的探究。

关键词：物质主义亲环境行为环境物质主义心理机制边界条件