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通信高效的个性化联邦学习研究

通信高效的个性化联邦学习研究

作者：李祥前曲阜师范大学

学位级别：硕士

联邦学习作为一种分布式机器学习范例,允许客户端在无需将本地数据传输至中央服务器的情况下共同训练全局共享模型,能够有效地避免隐私泄漏。在实际应用中,客户端的数据往往呈现非独立同分布的特点,这种数据统计异构性严重制约了全局共... 详细信息

联邦学习作为一种分布式机器学习范例,允许客户端在无需将本地数据传输至中央服务器的情况下共同训练全局共享模型,能够有效地避免隐私泄漏。在实际应用中,客户端的数据往往呈现非独立同分布的特点,这种数据统计异构性严重制约了全局共享模型的性能。个性化联邦学习为每个客户端训练一个专有模型,准确地捕捉客户端本地数据的统计特征,使客户端在数据非独立同分布时仍能训练高性能的模型。个性化联邦学习问题得到了广泛研究和应用,但目前的研究结果存在明显的局限性。首先,数据分布相似的客户端之间未加强协作,而且未考虑模型的不同层的参数特征;其次,未充分考虑客户端向中央服务器上传模型参数时通信资源消耗问题,通信效率仍有待提高。本文的主要研究目标是设计通信高效的个性化联邦学习算法,以应对上述挑战。本文的主要研究内容和创新点归纳如下。(1)针对异构数据影响全局模型性能问题,本文分别在客户端-服务器两层架构和客户端-边缘服务器-云服务器三层架构上提出了基于相似性聚合的个性化联邦学习算法。在前者架构中,中央服务器引入相似性模型聚合,为每个客户端聚合一个个性化模型,根据模型之间的相似性设置聚合权重,促进数据分布相似的客户端之间的协作。进一步,为了充分考虑本地模型的不同层的参数特征,同时考虑本地模型的聚合速度,中央服务器仅对本地模型的较深层进行相似性聚合,而较浅层则采用平均聚合,不仅提升了全局模型的泛化能力,而且提高了算法性能。在后者架构中,边缘服务器维护一个本地模型和一个全局模型。边缘服务器协助客户端完成本地训练并聚合客户端上传的模型参数。云服务器使用相似性聚合方法再次聚合边缘服务器上传的全局模型。边缘服务器使用可学习的混合参数混合边缘服务器的本地模型和云服务器的全局模型,体现模型个性化。另外,为了进一步提升个性化模型的性能,客户端引入两个可学习的数据标准化参数,对数据进行标准化,减小数据的异构性。(2)针对客户端上传完整本地模型参数的通信效率低下的问题,本文提出了一种基于梯度压缩和误差补偿的通信高效的个性化联邦学习算法,不仅降低客户端的通信成本,而且能够降低客户端的存储成本。首先,每个客户端设置一个梯度上传的阈值,只有当更新梯度的L2范数大于预设阈值时,客户端才将该梯度上传至中央服务器,以减少上传梯度的数量。然后,客户端采用Top-k稀疏化方法对上传的梯度进行压缩,进一步降低通信成本。梯度压缩产生的误差影响聚合模型的精度和收敛速度,为了解决这一问题,本文引入误差补偿过程,把梯度压缩误差保存在客户端的本地内存中,在下一轮训练中用梯度压缩误差补偿更新梯度。客户端直接保存误差需要耗费大量内存资源,本文再次采用Top-k稀疏化压缩误差,能够降低客户端的内存成本。本文在MNIST、FMNIST、CIFAR10等公开数据集上进行实验,与最新的研究成果进行比较,实验结果表明,本文提出的算法不仅能够提高模型的测试精度,而且能够降低客户端的通信成本和内存成本。

关键词：联邦学习个性化高效通信梯度压缩

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多指标正交试验优化石粉RPC制备工艺研究

公路 2024年第6期69卷 278-284页

作者：黄前龙蔡燕霞张君瑞洪伟华李立辉中路高科(北京)公路技术有限公司公路建设与养护新材料技术应用交通运输行业研发中心北京市100088 浙江交投矿业有限公司舟山市316000 交通运输部公路科学研究院北京市100088

为促进凝灰岩石粉高值化利用、优化其制备活性粉末混凝土(RPC)配合比和养护工艺,以水胶比为0.18的RPC配合比为基体,基于多指标正交试验设计理论,以28 d立方体抗压强度和抗折强度为评判指标,利用综合平衡法对多指标正交试验极差分析结果... 详细信息

为促进凝灰岩石粉高值化利用、优化其制备活性粉末混凝土(RPC)配合比和养护工艺,以水胶比为0.18的RPC配合比为基体,基于多指标正交试验设计理论,以28 d立方体抗压强度和抗折强度为评判指标,利用综合平衡法对多指标正交试验极差分析结果进行了评价,得出了制备工艺优化方案,并揭示了养护温度(A)、养护时间(B)、水胶比(C)等因素不同水平对掺石粉RPC力学性能的影响程度和变化规律。研究表明:凝灰岩石粉作为部分细集料制备RPC具有致密增强的作用,同时实现石粉高值化利用,降低RPC制备成本,改善生态环境。水胶比对立方体抗压强度影响最为显著,养护时间对抗折强度影响最为显著,凝灰岩石粉RPC制备工艺优化方案为养护温度85℃,养护时间24 h,水胶比0.18。

关键词：活性粉末混凝土凝灰岩石粉制备工艺正交试验极差分析

厌氧氨氧化膨胀颗粒污泥床脱氮效能及微生物群落结构空间响应

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厌氧氨氧化膨胀颗粒污泥床脱氮效能及微生物群落结构空间响应

作者：石浩前南京信息工程大学

学位级别：硕士

基于分布式光纤传感技术的海洋环境下钢管桩腐蚀监测研究

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基于分布式光纤传感技术的海洋环境下钢管桩腐蚀监测研究

作者：庞前广西大学

学位级别：硕士

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基于GIS的城市违建综合治理平台应用研究

智能城市 2024年第2期10卷 69-71页

作者：贾兰英郭翔铭赵鹏于维前高心茹山东汇颐信息技术有限公司山东济南250000

文章基于无人机航测影像及AI人工智能技术,构建基于GIS的城市违建综合治理平台。通过对每期航测数据进行智能比对,自动识别违规建筑并进行立即报警,将报警时间、地点、图片、视频等信息推送至相关人员,由治理人员上门进行现场执法处置,... 详细信息

文章基于无人机航测影像及AI人工智能技术,构建基于GIS的城市违建综合治理平台。通过对每期航测数据进行智能比对,自动识别违规建筑并进行立即报警,将报警时间、地点、图片、视频等信息推送至相关人员,由治理人员上门进行现场执法处置,实现城市违建案件的智能识别、自动取证、精准执法体系建设,有效提升城市违建规范化治理效率和质量。

关键词： GIS 城市违建综合治理平台

认知无线电物联网系统信息新鲜度与中断性能研究

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认知无线电物联网系统信息新鲜度与中断性能研究

作者：原帅前西北师范大学

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当归六黄颗粒成型工艺、质量评价及其抗甲亢肾损伤作用机制研究

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当归六黄颗粒成型工艺、质量评价及其抗甲亢肾损伤作用机制研究

作者：于前长春中医药大学

学位级别：硕士

目的:当归六黄汤出自金代李东垣的《兰室秘藏》,本文在课题组前期研究工作基础上,通过单因素试验结合响应面法,以吸湿率、成型率、溶化率、休止角为考察指标,筛选优化当归六黄颗粒成型工艺,为其进一步生产及临床应用奠定基础。通过当归... 详细信息

目的:当归六黄汤出自金代李东垣的《兰室秘藏》,本文在课题组前期研究工作基础上,通过单因素试验结合响应面法,以吸湿率、成型率、溶化率、休止角为考察指标,筛选优化当归六黄颗粒成型工艺,为其进一步生产及临床应用奠定基础。通过当归六黄颗粒当归等药材的薄层鉴别方法、多成分含量测定方法的建立及水分、粒度、溶化性等检查,对当归六黄颗粒进行质量评价。建立指纹图谱,探寻饮片-颗粒量值传递,旨在传承和弘扬经典名方,为后续应用提供理论基础。基于网络药理学建立甲亢肾损伤大鼠模型,通过一般指标检测和HE染色切片验证当归六黄颗粒对甲亢肾损伤大鼠的药效作用,通过蛋白质印迹法(Western blotting)探寻当归六黄颗粒对甲亢引起的肾损伤改善作用机制,为当归六黄颗粒的进一步开发研究提供理论依据。方法:(1)遵循古籍记载,结合现代研究,通过单因素试验结合响应面法,以吸湿率、成型率、堆密度、休止角为考察指标,筛选优化当归六黄颗粒成型工艺;对当归六黄颗粒进行一般项检查,建立当归、黄芩、黄连、黄芪薄层鉴别方法,建立HPLC多成分含量测定方法;(2)利用指纹图谱探寻饮片-颗粒中色谱峰的传递,进行主成分分析;计算指标性成分含量转移率;(3)运用TCMSP等数据库和相关文献筛选当归六黄颗粒的化学成分,取交集靶基因筛选出的主要作用靶点,构建PPI网络,对当归六黄颗粒改善甲亢肾损伤相关靶基因进行富集分析;建立甲亢肾损伤大鼠模型,观察大鼠甲状腺和肾组织HE染色切片,并采用酶联免疫吸附法测定血清中cAMP(环磷酸腺苷)、cGMP(环磷酸鸟苷)、T3(血清三碘甲状腺原氨酸)、T4(血清甲状腺素)、TSH(促甲状腺素),肾组织中CAT(过氧化氢酶)、SOD(超氧化物歧化酶)、MDA(丙二醛)表达水平变化,采用蛋白质印迹法(Western blotting)对当归六黄颗粒改善甲亢大鼠肾损伤作用机制进行研究。结果:(1)当归六黄颗粒成型工艺为:按1 kg处方量计,取当归、生地黄、熟地黄、黄连、黄柏、黄芩各125 g,黄芪250 g,加8倍量水煎煮60分钟,滤过,再加入6倍量水煎煮60分钟,滤过,合并煎液,减压干燥,得干浸膏,以药辅比1:1.5加入糊精,80%乙醇作为润湿剂,制粒,干燥,整粒,制得当归六黄颗粒。颗粒一般项检查均合格;当归、黄芩、黄连、黄芪薄层鉴别方法均无阴性干扰,稳定可行;三批颗粒中毛蕊花糖苷、盐酸黄柏碱、木兰花碱、阿魏酸、黄连碱、表小檗碱、药根碱、盐酸小檗碱、巴马汀、黄芩苷、槲皮素、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素平均含量分别为0.0470、4.0990、0.7470、0.1080、1.2620、0.1200、0.8190、4.2020、1.2830、10.4340、2.3620、2.7110、0.1080 mg/g;(2)12批颗粒指纹图谱相似度良好,方法学考察均合格,确定20个共有峰,其中当归4个峰,地黄3个峰,熟地4个峰,黄芩11个峰,黄连9个峰,黄柏8个峰,黄芪5个峰;3批当归六黄颗粒中毛蕊花糖苷、黄芩苷、盐酸小檗碱、表小檗碱、黄连碱和巴马汀的饮片-颗粒的转移率较稳定;(3)构建成分-靶点网络得到当归六黄颗粒主要活性化合物111个,靶点基因筛选去重后共得到328个,找出110个与甲亢肾损伤相关靶点;HE染色切片显示给药后甲状腺和肾组织损伤情况有所改善,给药组与模型组比T3、T4、cAMP、cAMP/cGMP、MDA显著降低(P黄颗粒成型工艺,基于一般项检查、薄层鉴别、含量测定对当归六黄颗粒进行质量评价,通过指纹图谱研究饮片-颗粒的量值关系,探讨功效成分传递规律,为现代应用提供了理论依据,通过网络药理学GO及KEGG富集分析当归六黄颗粒可能是通过调节激素的分泌,抑制氧化应激、炎症反应,从而起到抗甲亢肾损伤的作用;HE染色切片试验结果表明当归六黄颗粒能改善甲状腺和肾组织损伤,通过调节T3、T4、TSH、cAMP、cGMP、MDA、SOD、CAT,上调Nrf2/HO-1信号通路,抑制肾脏过度的氧化应激反应,减轻肾脏损伤,为经典名方当归六黄颗粒的后续临床应用提供依据。

关键词：当归六黄颗粒成型工艺多成分含量测定甲亢肾损伤

基于聚四氢呋喃与聚乙交酯共聚物的制备及聚氨酯化研究

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基于聚四氢呋喃与聚乙交酯共聚物的制备及聚氨酯化研究

作者：李伟前北京化工大学

学位级别：硕士

随着环保形势的日益严峻,可降解材料的应用必将越来越广,作为新兴的生物基材料,聚乙交酯(PGA)具有高结晶性,高强度,高阻隔性,快降解等优点,其在生物医疗,包装等领域具有巨大的应用潜力。但由于PGA韧性差,难加工等问题导致其应用受限。此... 详细信息

随着环保形势的日益严峻,可降解材料的应用必将越来越广,作为新兴的生物基材料,聚乙交酯(PGA)具有高结晶性,高强度,高阻隔性,快降解等优点,其在生物医疗,包装等领域具有巨大的应用潜力。但由于PGA韧性差,难加工等问题导致其应用受限。此外,目前只有少数公司具备生产高纯度乙交酯的能力,从原料上提升了医用PGA的成本。最后,当前对PGA材料缺乏系统性的研究,尤其是涉及PGA共聚物合成方面,与聚乳酸,聚己内酯的共聚以外的新型共聚物少有报道,相应的功能化材料也较少。本研究首先探索了高纯度乙交酯的制备方法,并利用聚四氢呋喃(PTMG)与PGA合成嵌段聚合物,在此基础上制备聚氨酯来改善其韧性并进行功能化,合成了具有形状记忆性能的聚氨酯材料。相关研究工作如下:(1)探索了乙交酯单体的裂解制备方法,将商品化的粗低分子量的聚乙交酯进行裂解反应,采用高温高真空且为无溶剂的熔融体系进行裂解,并使用乙酸乙酯对产物进行重结晶处理,通过与市售的商品级乙交酯对比,证明产物为乙交酯,且体系中杂质含量较低。(2)成功合成了不同分子量的聚乙交酯-嵌段-聚四氢呋喃-嵌段-聚乙交酯(PGA-PTMG-PGA)的三嵌段共聚物,对特定样品的PTMG结晶过程导致球晶正负性发生变化的有趣现象进行分析表征,提出了该过程的发生是由于PTMG结晶受到前期PGA晶体影响所导致。(3)将上述嵌段共聚物与PTMG均聚物结合制备了具有形状记忆性能的聚氨酯材料,研究了其结晶性能,并据此确定了聚氨酯的形状记忆温度等参数,对材料的形状记忆能力进行了测试,提出了该形状记忆材料的潜在应用方向。

关键词：聚乙交酯聚四氢呋喃二醇聚氨酯结晶形状记忆

基于页岩气资源禀赋特征的差异化补贴方式研究

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中国矿业 2024年第7期33卷 41-47页

作者：黄聿铭宋昆鹏张扬苗长虹陈丹李小慧河南大学地理学博士后流动站河南开封475001 河南财经政法大学工程管理与房地产学院河南郑州450016 河南省国土空间调查规划院河南郑州450012 河南大学地理与环境学院河南开封475001 河南省地质局生态环境地质服务中心河南郑州450014

定额的页岩气产量补贴政策因未考虑资源禀赋特殊性,使得有限的补贴资金优先流向优质资源,导致我国页岩气开发的不均衡发展。基于此,提出一种以资源禀赋及开采条件为考量因素的差异化补贴方式,由基本补贴和可变补贴两部分组成,以有效地... 详细信息

定额的页岩气产量补贴政策因未考虑资源禀赋特殊性,使得有限的补贴资金优先流向优质资源,导致我国页岩气开发的不均衡发展。基于此,提出一种以资源禀赋及开采条件为考量因素的差异化补贴方式,由基本补贴和可变补贴两部分组成,以有效地引导和激励页岩气开发企业的投资行为。首先,以保障企业基本收益率需求为前提,采用净现值法得到企业所需基本补贴。然后,依据委托代理理论构建政府与企业双方的收益函数,通过量化资源禀赋及开采条件与社会效益间的相关系数,得到可变补贴的测算模型,以及三种类型区块(黄金型、朝阳型、夕阳型)的可变补贴系数范围。研究结果表明:黄金型区块不需要任何补贴即可实现产量收益,朝阳型区块仅需基本补贴即可正常投资,是政府应重点扶持的对象,夕阳型区块是给予可变补贴的上限;可变补贴系数测算模型中的社会效益产出系数、资源禀赋及开采条件等不确定性因素变化所引起的结果波动范围在-6.88%~6.99%之间,证明该模型具有良好的稳健性。差异化补贴方式兼顾了不同页岩气区块政策实施的公平性,有望提高财政资金的使用效率,以及有效激励不同页岩气区块的均衡健康发展。

关键词：页岩气资源禀赋差异化补贴委托代理理论可变补贴测算模型