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基于历史模型更新的自适应防御机制FedAud

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计算机应用 2024年

作者：任志强陈学斌华北理工大学理学院河北省数据科学与应用重点实验室(华北理工大学) 唐山市数据科学重点实验室(华北理工大学)

联邦学习（FL）已成为一种在分散的边缘设备上训练机器学习模型并保护数据隐私的有前景的方法。然而，FL系统容易受到拜占庭攻击的影响，即恶意客户端可能会破坏全局模型的完整性。此外，现有的部分防御方法存在较大的计算开销。针对上... 详细信息

联邦学习（FL）已成为一种在分散的边缘设备上训练机器学习模型并保护数据隐私的有前景的方法。然而，FL系统容易受到拜占庭攻击的影响，即恶意客户端可能会破坏全局模型的完整性。此外，现有的部分防御方法存在较大的计算开销。针对上述问题，提出一种自适应防御机制——FedAud，该机制旨在减小服务端的计算开销，同时确保FL系统对拜占庭攻击的鲁棒性。FedAud结合了异常检测模块和信誉机制，基于历史模型更新动态调整防御策略；并使用MNIST和CIFAR-10数据集在不同的攻击场景和防御方法下进行了评估。实验结果表明，FedAud有效地降低了防御方法的执行频率，从而减轻了服务器的计算负担，提高了FL的效率，特别是在防御方法计算开销大或训练周期较长的情况下。此外，FedAud保持了模型的准确性，并在某些情况下提升了模型的性能，验证了它在实际FL部署中的有效性。

关键词：联邦学习拜占庭攻击异常检测计算开销通信效率

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中国药理学通报 2024年第8期40卷 1462-1473页

作者：崔逸爽郑璇吴亚男么艺涵王珺刘子情孙国贵华北理工大学公共卫生学院河北唐山063210 华北理工大学药学院河北唐山063210 华北理工大学附属医院河北唐山063000

目的通过生物信息学分析震颤响应蛋白(quaking,QKI)参与胃癌(gastric cancer,GC)发生和发展的可能分子机制。研究QKI在GC细胞中的增殖、侵袭和迁移能力。方法联合TCGA和GTEx数据库分析QKI在常见人类癌症样本中的差异表达。分析QKI蛋白... 详细信息

目的通过生物信息学分析震颤响应蛋白(quaking,QKI)参与胃癌(gastric cancer,GC)发生和发展的可能分子机制。研究QKI在GC细胞中的增殖、侵袭和迁移能力。方法联合TCGA和GTEx数据库分析QKI在常见人类癌症样本中的差异表达。分析QKI蛋白表达与肿瘤突变负荷(tumor mutation burden,TMB)评分、微卫星不稳定性(microsatellite instability,MSI)评分以及ESTIMATE评分的相关性,并分析QKI蛋白表达与总生存期(overall survival,OS)、无病生存期(disease free survival,DFS)及无进展生存期(progression free survival,PFS)的相关性。通过生物信息学分析获得可编码DEcircRNAs的EMT相关基因,构建QKI-EMT-circRNAs调控网络。在TMK1细胞中对差异表达的circRNAs和EMT相关基因进行表达验证,并验证敲降QKI后对TMK1细胞的增殖、侵袭和迁移能力的影响。结果QKI在绝大多数肿瘤中差异表达,且与TMB、MSI以及肿瘤微环境(tumour microenvironment,TME)密切相关;QKI可作为高风险因子预测常见人类癌症患者的OS、DFS和PFS。QKI通过调控6个EMT相关基因转录本剪切形成8个circRNAs,它们均与胃癌患者预后明显相关。细胞实验表明,相对于正常胃上皮细胞,只有hsa_ccirc_0004015、CALD1和CDK14在TMK1细胞中表达下调。敲降QKI可抑制TMK1细胞的增殖、侵袭和迁移能力。结论QKI通过调控6个EMT相关基因转录本剪切形成circRNAs,从而促进GC发生和发展。QKI在TMK1细胞中高表达,敲降QKI可抑制TMK1细胞的增殖、侵袭和迁移能力。

关键词：胃癌 QKI RNA结合蛋白上皮间充质转化 circRNA 生物信息学分析

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基于多尺度注意力和空间通道重构卷积的冲击回波频谱图像分类

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南京信息工程大学学报 2024年

作者：崔博武冰冰陈伟孟庆洪王晓黄祺祥华北理工大学人工智能学院华北理工大学冶金与能源学院

针对传统卷积神经网络对冲击回波信号频谱图像进行分类时，面临卷积神经网络特征提取能力不足和数据集类别不平衡的问题，提出一种基于多尺度注意力和空间通道重构卷积的神经网络模型（Multi-scale Hybrid Attention And Spatial Channe... 详细信息

针对传统卷积神经网络对冲击回波信号频谱图像进行分类时，面临卷积神经网络特征提取能力不足和数据集类别不平衡的问题，提出一种基于多尺度注意力和空间通道重构卷积的神经网络模型（Multi-scale Hybrid Attention And Spatial Channel Reconstruction Convolutional Neural Networks，MHA-SCConvNet）。首先设计了多尺度混合注意力(Multi-scale Hybrid Attention，MHA)模块，用于提取不同尺度的频谱图像特征并增强模型对频谱波形关键信息的关注力度。其次，引入空间通道重构卷积(Spatial and Channel reconstruction Convolution，SCConv)模块，通过优化图像特征的表示来降低特征冗余。最后，提出了新的混合损失函数GDHM Loss（Gradient and Distribution Harmonized Margin Loss，梯度与分布协调边距损失) ，该损失函数在动态情况下同时考虑难分类样本和少数类样本。在自建的数据集上进行了训练与测试，并与AlexNet、VGGNet、GoogLeNet等分类模型对比，MHA-SCConvNet准确率达到94.58%。实验结果表明，MHA-SCConvNet模型能够有效提高冲击回波信号频谱图像分类的准确率和效率。

关键词：频谱图像分类多尺度注意力模块卷积神经网络混合损失函数空间通道重构卷积

一类椭圆方程边值问题弱解的Calderón-Zygmund估计

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应用数学学报 2024年第6期 936-957页

作者：康迪沈毅徐秀娟华北理工大学理学院河北省数据科学与应用重点实验室

该文主要研究一类具有变指数对数增长的椭圆方程边值问题,通过比较估计并利用迭代覆盖等方法,获得了该问题在非光滑区域上的全局Calderón-Zygmund估计,其中算子a满足某些合适的条件,给定的向量值函数满足适当的增长条件.

关键词：椭圆方程边值问题弱解 Calderón-Zygmund估计

球磨工艺对医用Ti–Mg复合材料力学性能的影响

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粉末冶金技术 2024年第2期42卷 192-199页

作者：夏朋昭许莹蔡艳青赵思坛宋攀华北理工大学冶金与能源学院唐山063210 华北理工大学材料科学与工程学院唐山063210

采用球磨+冷压制坯+微波加热烧结工艺制备Ti–15Mg复合材料,研究球磨工艺对Ti–15Mg混合粉末性能以及烧结后复合材料力学性能的影响。结果表明:以200 r·min^(-1)球磨转速球磨8~10 h,随着球磨时间延长,混合粉末的平均粒径明显变小,粉末... 详细信息

采用球磨+冷压制坯+微波加热烧结工艺制备Ti–15Mg复合材料,研究球磨工艺对Ti–15Mg混合粉末性能以及烧结后复合材料力学性能的影响。结果表明:以200 r·min^(-1)球磨转速球磨8~10 h,随着球磨时间延长,混合粉末的平均粒径明显变小,粉末粒度分布逐渐集中在10~45μm区间,粉末的球形度增加。在长时间球磨过程中,软质镁颗粒受到强烈撞击、研磨,引起表面破碎,钛颗粒出现了体积破碎和表面破碎,最终导致软质镁颗粒包裹脆性钛颗粒。球磨8 h后,混合粉末未出现明显的氧化,混合粉末中钛、镁粉末分布较为均匀,复合材料的力学性能较为优良,符合作为医用材料的力学性能要求。在低球磨转速下,球磨转速的提高不会导致粉末性能和烧结后复合材料性能出现明显变化。最佳球磨工艺参数为球磨时间8 h、球磨速度200 r·min^(-1),过程控制剂为正己烷。

关键词：机械球磨医用金属材料 Ti–Mg复合材料力学性能

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基于自然最近邻的联邦聚合算法

计算机工程 2024年

作者：施永辉代琪陈丽芳韩阳华北理工大学理学院河北省数据科学与应用重点实验室华北理工大学学科建设处

联邦学习框架在保护本地数据隐私的同时，面临着来自攻击者污染客户端数据的挑战，可能导致全局模型性能下降。目前主流联邦学习框架设计时通常假设客户端本地数据是干净的，但实际情况中攻击者可通过数据污染手段破坏模型准确性。为此... 详细信息

联邦学习框架在保护本地数据隐私的同时，面临着来自攻击者污染客户端数据的挑战，可能导致全局模型性能下降。目前主流联邦学习框架设计时通常假设客户端本地数据是干净的，但实际情况中攻击者可通过数据污染手段破坏模型准确性。为此，研究者提出了一种基于自然最近邻的联邦聚合算法。与其他传统联邦防御算法不同，该算法为非独立同分布的条件下的联邦学习框架，能够防御有目标的攻击。该算法引入自然最近邻的搜索过程，通过此过程赋予模型异常度，有效区分异常模型。选取其中异常度较小的节点参与训练，确保正常节点参与训练次数远大于恶意节点次数。实验证明，非独立同分布的条件下，该算法在标签翻转和后门攻击等有目标攻击的场景下，能保持模型准确率，增强了联邦学习框架的鲁棒性。即使受到恶意攻击，该算法有效维护全局模型性能和可靠性。这一基于自然最近邻的联邦聚合算法为解决客户端数据污染问题提供了有效途径，为联邦学习框架安全性和稳定性提供新思路。

关键词：联邦学习聚合算法自然最近邻鲁棒性标签翻转

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燃气轮机废热利用的新型动力系统热力学分析

热能动力工程 2024年第1期39卷 165-173页

作者：刘浩雨王洪利华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

基于能量等级回收和梯级利用的原则,构建了一种燃气轮机废热利用的新型动力系统。该系统主要由燃气轮机布雷顿循环(GTC)、再压缩式超临界CO_(2)布雷顿循环(S-CO_(2))、朗肯循环(RC)、有机朗肯循环(ORC)和有机闪蒸循环(OFC)组成。该动力... 详细信息

基于能量等级回收和梯级利用的原则,构建了一种燃气轮机废热利用的新型动力系统。该系统主要由燃气轮机布雷顿循环(GTC)、再压缩式超临界CO_(2)布雷顿循环(S-CO_(2))、朗肯循环(RC)、有机朗肯循环(ORC)和有机闪蒸循环(OFC)组成。该动力系统不仅克服了单个子循环热量回收范围窄的局限性,而且通过回热的方式实现了能量的梯级利用,进而提高了系统效率。通过Aspen HYSYS软件对构建的动力系统及各子循环分别进行模拟仿真,进一步研究了工况参数对系统的影响。与现有文献中的数据对比表明,该动力系统中各子循环均得到较好的验证。在相同工况条件下,文献中动力系统净功率为48 592.84 kW,热效率和火用效率分别为42.41%和62.02%,而本研究系统净功率为50 040.46 kW,热效率和火用效率分别达到43.673%和73.593%。因此,该新型动力系统具有较好的能源利用效果。

关键词：余热梯级利用有机朗肯循环燃气轮机循环闪蒸发电超临界CO_(2)布雷顿循环

CO_(2)压缩机活塞环变形与制冷剂泄漏模拟

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化学工程 2024年第2期52卷 61-65,88页

作者：王洪利董博华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

为研究活塞环在压缩机工作过程中运动及变形对制冷剂泄漏的影响,利用Solidworks软件建立活塞环三维模型,通过ANSYS软件对活塞环进行流固耦合数值模拟,进而研究活塞环在最大温度与压力载荷下的变形情况;建立制冷剂泄漏通道模型,并编写pro... 详细信息

为研究活塞环在压缩机工作过程中运动及变形对制冷剂泄漏的影响,利用Solidworks软件建立活塞环三维模型,通过ANSYS软件对活塞环进行流固耦合数值模拟,进而研究活塞环在最大温度与压力载荷下的变形情况;建立制冷剂泄漏通道模型,并编写profile程序,获得活塞环位置改变及入口压力变化下通道内制冷剂泄漏速度的变化规律。结果表明:在压缩行程结束之际制冷剂泄漏量达到最大值,活塞环在膨胀行程及压缩行程下存在纵向位移,2个行程下,最下方的活塞环3速度最大,中间的活塞环2速度最小;与膨胀行程相比,压缩行程下3道活塞环的整体速度更大,其位移所需要的时间更短。研究结果对活塞环受力分析及制冷剂泄漏提供了理论依据。

关键词： CO_(2)活塞压缩机活塞环泄漏量流固耦合数值模拟

逆相变退火对中锰钢组织演变和力学性能的影响

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金属热处理 2024年第6期49卷 36-42页

作者：安庆生万德成马少康李杰张千禧华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

对0.22C-3.97Mn-1.57Si-0.1Al-0.043Nb中锰钢进行预淬火处理获得板条状马氏体的初始组织,再进行不同温度的逆相变退火处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等组织表征手段以及拉伸试验机研究试验钢微观组织演变及力学性能。结果表... 详细信息

对0.22C-3.97Mn-1.57Si-0.1Al-0.043Nb中锰钢进行预淬火处理获得板条状马氏体的初始组织,再进行不同温度的逆相变退火处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等组织表征手段以及拉伸试验机研究试验钢微观组织演变及力学性能。结果表明,经逆相变退火后室温组织为板条状铁素体、马氏体和残留奥氏体。随退火温度升高,试验钢的抗拉强度逐渐升高,屈服强度逐渐降低,伸长率和强塑积先升高后降低。退火温度为670~690℃时,多相组织协调变形,残留奥氏体TRIP效应明显,试验钢表现出优异的力学性能。退火温度为690℃时,试验钢获得最佳力学性能,抗拉强度为1062 MPa,断后伸长率为27.0%,强塑积达到28.7 GPa·%。退火温度高于690℃时,马氏体占比高,残留奥氏体机械稳定性差,试验钢抗拉强度提高但塑性下降;铁素体加工硬化能力增加,残留奥氏体机械稳定性下降,抑制吕德斯带和锯齿流变出现。

关键词：逆相变退火残留奥氏体中锰钢力学性能