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Gradient sparsification for efficient wireless federated learning with differential privacy

Science China(Information Sciences) 2024年第4期67卷 272-288页

作者： Kang WEI Jun LI chuan ma Ming DING Feng SHU Haitao ZHAO Wen CHEN Hongbo ZHU School of Electronic and Optical Engineering Nanjing University of Science and Technology Zhejiang Lab Key Laboratory of Computer Network and Information Integration(Southeast University) Ministry of Education Data61 Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation School of Information and Communication Engineering Hainan University School of Communications and Information Engineering Nanjing University of Posts and Telecommunications School of Electronic Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong University

Federated learning(FL) enables distributed clients to collaboratively train a machine learning model without sharing raw data with each other. However, it suffers from the leakage of private information from uploading models. In addition, as the model size grows, the training latency increases due to the limited transmission bandwidth and model performance degradation while using differential privacy(DP)protection. In this paper, we propose a gradient sparsification empowered FL framework with DP over wireless channels, to improve training efficiency without sacrificing convergence performance. Specifically, we first design a random sparsification algorithm to retain a fraction of the gradient elements in each client’s local model, thereby mitigating the performance degradation induced by DP and reducing the number of transmission parameters over wireless channels. Then, we analyze the convergence bound of the proposed algorithm, by modeling a non-convex FL problem. Next, we formulate a time-sequential stochastic optimization problem for minimizing the developed convergence bound, under the constraints of transmit power, the average transmitting delay, as well as the client’s DP requirement. Utilizing the Lyapunov drift-plus-penalty framework, we develop an analytical solution to the optimization problem. Extensive experiments have been implemented on three real-life datasets to demonstrate the effectiveness of our proposed algorithm. We show that our proposed algorithms can fully exploit the interworking between communication and computation to outperform the baselines, i.e., random scheduling, round robin, and delay-minimization algorithms.

关键词： federated learning differential privacy gradient sparsification Lyapunov drift convergence analysis

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DP-GenFL: a local differentially private federated learning system through generative data

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Science China(Information Sciences) 2023年第8期66卷 275-276页

作者： Jun LI Kang WEI chuan ma Feng SHU School of Electronic and Optical Engineering Nanjing University of Science and Technology Zhejiang Lab Key Laboratory of Computer Network and Information Integration (Southeast University) Ministry of Education School of Information and Communication Engineering Hainan University

With the rapid development of the Internet of Things(Io T),the amount of data from intelligent devices is propagating at unprecedented scales. Meanwhile, machine learning(ML),which relies heavily on such data, is revolutionizing many aspects of our lives [1]. However, conventional centralized ML offers little scalability for efficiently processing this huge amount of data.

关键词： Learning systems

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“全职儿女”现象:当代青年的社会避险机制分析

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中国青年研究 2024年第2期 86-93页

作者：马川华东政法大学马克思主义学院

所谓“全职儿女”,是指与父母同住,通过承担家务劳动和提供精神慰藉换取父母经济支持的青年,形成“父母发薪、工作在家”的特殊代际实践。“全职儿女”现象与老龄化加剧、经济预期放缓、内卷泛化等现实问题相连,是部分青年面对升学就业... 详细信息

所谓“全职儿女”,是指与父母同住,通过承担家务劳动和提供精神慰藉换取父母经济支持的青年,形成“父母发薪、工作在家”的特殊代际实践。“全职儿女”现象与老龄化加剧、经济预期放缓、内卷泛化等现实问题相连,是部分青年面对升学就业压力策略性选择的社会避险机制。从个体生命周期、家庭生命周期和社会风险三个视角逐层分析发现,该现象是青年更为复杂深刻的反向逆行选择,体现自我探索成本加剧与回应社会时间焦虑;是青年与所在家庭的现代性碰撞,丰富了代际实践的内容;是风险社会中青年发展困境、家庭韧性及后疫情时代“疤痕效应”的综合展现。为避免该现象持续发酵,需切实改善青年就业现状,并重视青年问题中家庭的力量。

关键词： “全职儿女” 青年家庭韧性代际实践老龄化

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FPSO海洋工程电力系统分析

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船电技术 2024年第6期44卷 15-19页

作者：马川大连中远海运重工有限公司辽宁大连116113

本文分析了FPSO整个电力系统的总体架构,清晰的划分并阐述了FPSO电力系统的主要组成设备、各部分系统的相应的服务负载以及电力系统设备的运行工况。逐一分析整个FPSO中使用的配电板的种类和功能。对于配电板和发电机的控制和监控,即FPS... 详细信息

本文分析了FPSO整个电力系统的总体架构,清晰的划分并阐述了FPSO电力系统的主要组成设备、各部分系统的相应的服务负载以及电力系统设备的运行工况。逐一分析整个FPSO中使用的配电板的种类和功能。对于配电板和发电机的控制和监控,即FPSO电站管理系统PMS,从PMS系统的组成,各设备的布置以及需要执行的任务,并分析如何实现对所有配电板断路器的远程控制和监测。如何实现电站的负荷减载系统,ESD各等级的切断设置,以及所有与PMS的接口,包括与PMS的接口形式和功能。基于MODU和船级社规范,结合实际工程项目的应用方案,整理出了一套FPSO电力系统配置方案。它在FPSO的设计、建造和自主研发中发挥着重要作用。

关键词：电站管理系统必要电力系统应急电力系统

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Communication-Based Attacks Detection in Android Applications

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Tsinghua Science and Technology 2019年第5期24卷 596-614页

作者： chuan ma Tao Wang Limin Shen Dongkui Liang Shuping Chen Dianlong You School of In formation Science and Engineering Yanshan University the Key Laboratory for Computer Virtual Technology and System Integration of Hebei Province Qinhuangdao 066004 China School of Business Ad mi nisliatiom Hebei Normal University of Science and Technology. Qinhuangdao 066004 China Library of Yanshan University. Yanshan University Qinhuangdao 066004 China

The Android operating system provides a rich Inter-Component Communication(ICC) method that brings enormous convenience. However, the Android ICC also increases security risks. To address this problem, a formal method is proposed to model and detect inter-component communication behavior in Android applications. Firstly,we generate data flow graphs and data facts for each component through component-level data flow analysis.Secondly, our approach treats ICC just like method calls. After analyzing the fields and data dependencies of the intent, we identify the ICC caller and callee, track the data flow between them, and construct the ICC model. Thirdly,the behavior model of Android applications is constructed by a formal mapping method for component data flow graph based on Pi calculus. The runtime sensitive path trigger detection algorithm is then given. Communicationbased attacks are detected by analyzing intent abnormity. Finally, we analyze the modeling and detection efficiency,and compare it with relevant methods. Analysis of 57 real-world applications partly verifies the effectiveness of the proposed method.

关键词： Android inter-component communication intents component hijacking attack detection

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不同荷载作用下二维硼烯的力学性能及变形破坏机理

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物理学报 2024年第11期73卷 251-262页

作者：韩同伟李选政赵泽若顾叶彤马川张小燕江苏大学土木工程与力学学院镇江212013 江苏大学化学化工学院镇江212013

二维硼烯具有丰富的物理和化学性质,在凝聚态物理和材料科学等领域引起了广泛的研究兴趣,但硼烯在不同荷载作用下的力学性能和变形破坏机理仍需进一步研究.本文采用分子动力学方法模拟了硼烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,获得了硼烯... 详细信息

二维硼烯具有丰富的物理和化学性质,在凝聚态物理和材料科学等领域引起了广泛的研究兴趣,但硼烯在不同荷载作用下的力学性能和变形破坏机理仍需进一步研究.本文采用分子动力学方法模拟了硼烯的拉伸、剪切和纳米压痕破坏过程,获得了硼烯的关键力学性能参数,并从两种不同类型的B—B键长随应变/压入深度的变化规律分析了硼烯在不同载荷作用下的力学性能和变形破坏机理.研究发现,硼烯的拉伸力学性能表现出显著的各向异性特性,沿扶手椅方向的杨氏模量和强度远高于沿锯齿方向,而硼烯的剪切力学性能的各向异性特性不明显,产生以上现象的原因可归因于强σ键B—B键和弱多中心键的不同贡献.研究还发现,硼烯在球形和圆柱形压头载荷作用下表现出不同的力学响应规律.在球形压头载荷作用下,硼烯能承受的最大压入载荷远低于圆柱形压头的情况,而且无法测得与拉伸一致的本征力学性能参数,而采用圆柱形压头沿不同的方向压入硼烯薄膜时,硼烯也表现出与拉伸时类似的各向异性特性,并且可以测得与拉伸时一致的杨氏模量等力学性能参数.本文还研究了压痕模型尺寸与压头半径的比值、压头加载速率和加载温度等因素对硼烯力学性能参数的影响规律.以上研究结果可为基于硼烯的微/纳米机电系统的实际应用提供重要指导.

关键词：硼烯力学性能变形机理分子动力学

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7-羟乙基白杨素聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒的制备及体外释放评价

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浙江大学学报（医学版） 2024年第1期53卷 116-125页

作者：王小娟杨宝乐马川何蕾景临林黄琼马慧萍甘肃中医药大学药学院甘肃兰州730000 联勤保障部队第九四○医院药剂科甘肃兰州730050 西安交通大学第一附属医院药学部陕西西安710061

目的:制备和评价7-羟乙基白杨素(7-HEC)聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒。方法:采用乳化溶剂挥发法制备7-HEC/PLGA纳米粒,以粒径、多分散系数(PDI)、包封率、载药量及Zeta电位为评价指标,通过单因素考察结合Box-Behnken响应面法优化... 详细信息

目的:制备和评价7-羟乙基白杨素(7-HEC)聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒。方法:采用乳化溶剂挥发法制备7-HEC/PLGA纳米粒,以粒径、多分散系数(PDI)、包封率、载药量及Zeta电位为评价指标,通过单因素考察结合Box-Behnken响应面法优化处方。采用甘露醇作为冻干保护剂制备冻干粉,对最优处方制备的7-HEC/PLGA纳米粒进行表征及体外释放研究。结果:经Box-Behnken响应面法优化后的最优处方为:药载比2.12∶20,油水体积比1∶14.7,乳化剂为2.72%大豆磷脂。最优处方条件制备的7-HEC/PLGA纳米粒的平均粒径为(240.28±0.96)nm、PDI为0.25±0.69、包封率为(75.74±0.80)%、载药量为(6.98±0.83)%、电位为(-18.17±0.17)mV。体外释放48 h内累积释放度达到50%以上。结论:优化所得处方工艺稳定、操作简便。所得7-HEC/PLGA纳米粒粒度均匀,包封率较高。相对于7-HEC原料药,7-HEC/PLGA纳米粒的溶出度显著提高。

关键词： 7-羟乙基白杨素聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒乳化溶剂挥发法处方优化体外释放

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工程纳米材料抵抗作物病害的研究进展

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生态与农村环境学报 2024年第2期40卷 157-167页

作者：孙敏郝毅许鑫鑫商和平马传鑫广东工业大学生态环境与资源学院/大湾区城市环境安全与绿色发展教育部重点实验室广东广州510006

纳米技术有望在一定程度上缓解因人口增长带来的粮食危机,纳米级农化品(纳米肥料和纳米农药)展现出的缓释和高效低剂量特性减少了传统农用化学品带来的不利环境影响。该研究着重介绍了工程纳米材料(ENMs)通过直接和间接方式防治作物病... 详细信息

纳米技术有望在一定程度上缓解因人口增长带来的粮食危机,纳米级农化品(纳米肥料和纳米农药)展现出的缓释和高效低剂量特性减少了传统农用化学品带来的不利环境影响。该研究着重介绍了工程纳米材料(ENMs)通过直接和间接方式防治作物病害的内在机理,重点阐述了ENMs通过调控植物营养、诱导抗氧化酶活性和改善植物光合作用的方式来抵抗病原入侵对植物造成的氧化胁迫;同时,研究亦指出ENMs能够通过诱导植物产生系统获得抗性(SAR)的方式增强植物的抗病能力。对ENMs抗病机理的深入探究能够有效提高植物病害管理,实现作物产量和质量的增加,并极大程度减轻传统农药化学品对农业生态环境的负面影响。

关键词：工程纳米材料植物病害系统获得性抗性抗氧化防御系统光合作用

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双组分水性厚涂型标线涂料的应用研究

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现代涂料与涂装 2024年第5期27卷 30-33页

作者：王川刘世亮马川义彭硕李辉周凯山东高速集团有限公司山东高速交通科技有限公司山东高速交通建设集团有限公司

结合热熔型与水性标线涂料的相关规范要求,对水性涂料进行改性,从而研发出性能优良的新型标线涂料——双组分水性厚涂型道路标线,并对技术创新点、视认效果、厚涂耐磨特点、抗压强度、干燥性能等方面进行详细的阐述。

关键词：标线涂料水性标线水性厚涂逆反射亮度系数

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深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全评价方法

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科学技术与工程 2024年第12期24卷 4959-4968页

作者：刘书杰罗鸣马传华吴艳辉唐龙张智丁剑中海油(中国)有限公司海南分公司海口570100 中海油能源发展股份有限公司工程技术深水钻采技术中心海口570100 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,从而导致井下油管柱承受高环空圈闭压力载荷,同时附加高温、腐蚀多因素耦合影响,使得油管柱存在失效风险。针对深水高温高压气井环空圈... 详细信息

深水高温高压气井普遍存在环空带压现象,而深水井通常采用水下井口,使得B、C环空无法进行泄压操作,从而导致井下油管柱承受高环空圈闭压力载荷,同时附加高温、腐蚀多因素耦合影响,使得油管柱存在失效风险。针对深水高温高压气井环空圈闭压力下油管柱安全问题,基于深水井特性,综合考虑热膨胀和鼓胀效应引起的环空温度、环空体积、流体体积以及环空压力变化的动态耦合作用,建立深水高温高压气井圈闭压力预测模型,同时,考虑高环空圈闭压力载荷,附加高温及腐蚀多因素耦合影响,建立深水高温高压气井油管柱安全评价方法,开展了环空圈闭压力多因素影响下油管柱安全评价,并对模型进行了验证。结果表明:考虑环空圈闭压力影响后,环空圈闭压力随服役时间逐渐降低幅度远小于地层压力降低幅度,管柱抗外挤安全系数随服役时间降低幅度增大。同时,管柱内外流体压差随井深增加而逐渐增大,在井底管柱更易发生失效风险;在井筒高温及腐蚀耦合影响下,管柱抗内压、抗外挤及抗拉安全系数均呈现出不同程度的降低,特别井底段管柱受苛刻高温及腐蚀环境,附加高环空圈闭压力,使其更易发生失效风险,在设计及实际生产过程中,应重点管柱井底管柱安全风险。

关键词：深水井高温高压圈闭压力油管柱安全评价

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