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横向联邦学习:研究现状、系统应用与挑战

计算机学报 2025年第1期48卷 35-67页

作者：吴文泰吴应良林伟伟左文明暨南大学信息科学技术学院广州510632 华南理工大学电子商务系广州510006 华南理工大学计算机科学与工程学院广州510006 人工智能与数字经济广东省实验室(广州) 广州510335

随着数据和算力向网络边缘下沉,人工智能应用的研发愈加依赖隐私敏感的用户数据。在这一趋势的推动下,联邦学习因其强调隐私保护的特性而逐渐成为一个广泛应用的分布式机器学习框架。作为联邦学习的原始范式,横向联邦学习(Horizontal Fe... 详细信息

随着数据和算力向网络边缘下沉,人工智能应用的研发愈加依赖隐私敏感的用户数据。在这一趋势的推动下,联邦学习因其强调隐私保护的特性而逐渐成为一个广泛应用的分布式机器学习框架。作为联邦学习的原始范式,横向联邦学习(Horizontal Federated Learning,HFL)具有扩展能力强和使用场景广泛等特点,因此是近年来该领域的研究重心,同时在产业界相关需求的驱动下有着十分广泛的应用前景。横向联邦学习的研究涉及机器学习、分布式系统、无线通信和信息安全等多个学术领域,从研究动机到技术方法都呈现多样化,但现有文献未能展现相关研究现状的全貌。此外,横向联邦学习相关技术的发展催化出了一系列开源系统框架、公开数据集以及多种场景下的应用,对进一步研究与实践都具有参考价值。为此,本文对横向联邦学习的研究现状和系统应用进行综合性调研:首先,对相关文献按照研究目标和技术角度进行全面地分类梳理,从多领域视角分析了各分支的研究现状;其次,从应用实践的视角,对比分析了面向横向联邦学习的主流系统框架与代码库、描述了数据准备方法以及典型的应用场景。在此基础上,阐明了横向联邦学习算法研究和系统应用面临的6个关键挑战,为如何缩小相关研究与系统实践之间的鸿沟提供了新的参考。

关键词：横向联邦学习数据隐私分布式系统机器学习人工神经网络

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基于电子分配的化能自养细菌培养策略

微生物学报 2025年第2期65卷 698-714页

作者：何晓敏林炜铁罗剑飞华南理工大学生物科学与工程学院广东广州

【目的】针对化能自养细菌培养困难的问题,本研究基于电子分配理论分析它们难培养的原因,并基于纯培养探究电子分配策略对提高化能自养细菌生物量的可行性。【方法】从维持细胞内p H平衡和最适能量代谢的角度,计算得出硫氧化细菌盐硫小... 详细信息

【目的】针对化能自养细菌培养困难的问题,本研究基于电子分配理论分析它们难培养的原因,并基于纯培养探究电子分配策略对提高化能自养细菌生物量的可行性。【方法】从维持细胞内p H平衡和最适能量代谢的角度,计算得出硫氧化细菌盐硫小杆菌(Halothiobacillus)DCM-3、亚硝酸盐氧化细菌硝化杆菌(Nitrobacter)N1及氨氧化细菌亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)SCUT-1氧化相应底物产生的电子最终分配给O_(2)与CO_(2)的最优比例,并以相应菌株为对象,分别设置不同的O_(2)与HCO_(3)-(CO_(2))摩尔量比例以形成不同的电子分配比例进行纯培养验证,用离子色谱仪和紫外分光光度计检测底物和产物浓度,用稀释涂布法测定细胞密度。【结果】DCM-3、N1和SCUT-1菌株的最优分配比例分别为0.733:0.267、0.867:0.133和0.6:0.4。若基于最优电子分配比例的条件,DCM-3、N1和SCUT-1菌株分别可合成3.967 ATP/S2O_(3)^(2-)、0.433 ATP/NO_(2)^(-)和1.35 ATP/NH_(3)。根据计算结果,其难培养的原因主要为单位底物提供的能量合成的ATP数量少,且要求适当控制低氧气浓度及补充适量的无机碳。纯培养验证中,DCM-3菌株在最优比例下的生物量为6.5×10^(7) CFU/mL,是不控制比例的对照组的2.2倍。N1菌株在最优比例下的生物量为7×10^(6) CFU/mL,与对照组无显著差异,但最优比例的HCO_(3)^(-)浓度(0.4 mmol/L)明显低于对照组(2.5 mmol/L),该菌株表现出倾向于较高氧气但对CO_(2)需求低的生长特性,与计算得到的最优比例相符。SCUT-1菌株在控制O_(2)和CO_(2)量的实验组中的单位NH_(4)^(+)浓度生物量积累达1.3×10^(6) CFU/(mL·(mmol/L))以上,比充足O_(2)和CO_(2)量条件的高25%-40%。【结论】基于电子分配的化能自养细菌培养策略,通过限制O_(2)和CO_(2)摩尔量并形成一定比例从而限制电子分配的培养条件,有助于提高同一底物条件下的生物量积累,为化能自养细菌的培养提供一定的策略参考。

关键词：化能自养细菌电子分配能量代谢纯培养

焊后时效对Al-6.7Zn-1.8Mg-0.2Cu高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

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焊接学报 2025年第1期46卷 41-47页

作者：胡莎莎邱诚张大童华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510640

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)对3.2 mm厚度的Al-6.7Zn-1.8Mg-0.2Cu铝合金挤压板材进行焊接,并对焊接接头进行焊后时效热处理,即人工时效(artificial ageing,AA)120℃×24 h.采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、硬度试验和拉伸试验等对焊后接头和时效接头进行研究.结果表明,Al-6.7Zn-1.8Mg-0.2Cu高强铝合金FSW接头抗拉强度为470 MPa,焊接系数为80.0%,断后伸长率为10.1%.采用焊后AA能有效提高接头的强度,其抗拉强度为525 MPa,相比焊态接头提高11.8%,达到母材(base material,BM)的89.6%,断后伸长率为8.5%.FSW过程中受摩擦热影响热力影响区(thermo-mechanically affected zone,TMAZ)和焊核区(nugget zone,NZ)的析出相溶解随后冷却再析出,其中析出相主要是η'相,在热影响区(heat-affected zone,HAZ)主要发生GP区(Guinier-Preston zone)的溶解和η'相的粗化,在不同热输入下析出相逐渐由溶解转变为粗化.焊后时效使得GP区析出和发生GP区向η'相的转变,在HAZ处已存的η'相转变成粗大的η相.接头硬度曲线呈明显W形,FSW接头断裂在NZ,焊后时效接头断裂在HAZ.

关键词：搅拌摩擦焊 Al-6.7Zn-1.8Mg-0.2Cu铝合金焊后热处理微观组织力学性能

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嵌入式人工智能系统实验课程改革与探索

实验室研究与探索 2025年第3期44卷 147-152页

作者：李磊高学秦慧平余翔宇华南理工大学电子与信息学院广州510641

为适应人工智能技术的飞速发展,对嵌入式系统课程进行全面、深入的改革、优化并整合课程知识体系。在保障核心知识点教学的前提下,合理调整学时分配,为人工智能实验的顺利开展奠定了坚实基础。通过引入嵌入式人工智能实验项目,构建符合... 详细信息

为适应人工智能技术的飞速发展,对嵌入式系统课程进行全面、深入的改革、优化并整合课程知识体系。在保障核心知识点教学的前提下,合理调整学时分配,为人工智能实验的顺利开展奠定了坚实基础。通过引入嵌入式人工智能实验项目,构建符合行业技术和人才培养需求的嵌入式人工智能课程体系。采用“基础+综合项目”的教学模式,既实现了嵌入式系统教学的循序渐进与系统性,又以学生兴趣为导向,有效培养学生的嵌入式工程实践能力,激发学生的主动性和创新动力。课程改革经验也可为其他院校提供参考。

关键词：人工智能嵌入式系统教学改革工程能力创新能力

基于状态势博弈的微电网能量管理优化算法研究

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电力系统保护与控制 2025年第5期53卷 24-34页

作者：曾君谭豪杰刘俊峰曾婧瑶陈云朱威华南理工大学电力学院广东广州510640 华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640 广东粤电花都天然气热电有限公司广东广州510820

有效的能量管理系统是微电网安全、经济运行的关键技术。综合考虑可再生能源出力和需求侧负荷的灵活性,提出一种基于状态势博弈理论的微电网能量管理方法。首先,充分考虑用户侧灵活性资源,将用户负荷分为基础负荷和各柔性负荷,并对微电... 详细信息

有效的能量管理系统是微电网安全、经济运行的关键技术。综合考虑可再生能源出力和需求侧负荷的灵活性,提出一种基于状态势博弈理论的微电网能量管理方法。首先,充分考虑用户侧灵活性资源,将用户负荷分为基础负荷和各柔性负荷,并对微电网内各主体进行建模。然后,以微电网内各元件单元作为独立的决策主体,建立状态势博弈模型。最后,在博弈外层嵌套遗传算法,实现可平移负荷和可转移负荷的周期性约束。仿真结果表明:在保证各主体自主性的前提上,所提方法在很大程度上提高了可再生能源的消纳水平;一定程度上提高了用户用电的经济性,实现了柔性负荷虚拟充放电的功能。与完全势博弈和非博弈方法相比,所提方法更能体现各主体的平等地位,同时通过极小化各主体间的通信量实现了各主体之间的隐私保护。

关键词：微电网状态势博弈能量管理柔性负荷纳什均衡

基于阻抗和相位混合优化的宽带对称式高回退Doherty功率放大器设计（英文）

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Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2025年第1期26卷 146-157页

作者：倪中鹏夏景周新宇孔娃张文策朱晓维江苏大学计算机与通信工程学院香港理工大学电子信息工程系东南大学毫米波国家重点实验室

提出一种基于阻抗—相位混合目标函数约束的Doherty输出匹配网络优化设计方法，该方法能够利用集成增强电抗提高Doherty功率放大器在功率回退时的效率一致性。通过计算扩展功率回退范围所需的电抗，并结合双阻抗匹配方法来获得输出匹配... 详细信息

提出一种基于阻抗—相位混合目标函数约束的Doherty输出匹配网络优化设计方法，该方法能够利用集成增强电抗提高Doherty功率放大器在功率回退时的效率一致性。通过计算扩展功率回退范围所需的电抗，并结合双阻抗匹配方法来获得输出匹配网络设计所需的S参数。同时，该方法对输出匹配网络的阻抗和相位进行约束，以减小集成增强电抗的分布范围。此外，在输出匹配网络优化中采用了网格型结构，以增强电路优化设计的灵活性。为验证所提方法的有效性，设计并制造了一个1.7–2.5 GHz对称式高回退功率放大器。测试结果表明，在整个工作频带内，饱和输出功率高于44 dBm,9-dB回退功率效率为45%–55%。

关键词：回退功率范围 Doherty功率放大器片段式结构阻抗—相位混合函数

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数智赋能的制造企业绿色供应链形成路径研究

武汉大学学报(工学版) 2025年第1期58卷 163-170页

作者：李轩照夏振来郭钧益万艳春钟慧玲南方电网能源发展研究院广东广州510663 华南理工大学电子商务系广东广州510006

数智技术正在推动供应链发生深刻变革。基于扎根理论,从数智技术视角对6家制造企业的绿色供应链形成路径进行研究。采用Nvivo12分析软件对114份样本数据进行辅助编码,得到驱动因素、数智赋能过程和绿色绩效产出3个主范畴和7个副范畴,并... 详细信息

数智技术正在推动供应链发生深刻变革。基于扎根理论,从数智技术视角对6家制造企业的绿色供应链形成路径进行研究。采用Nvivo12分析软件对114份样本数据进行辅助编码,得到驱动因素、数智赋能过程和绿色绩效产出3个主范畴和7个副范畴,并进一步凝练出数智赋能的制造企业绿色供应链形成路径这一核心范畴。构建了制造企业在内外部驱动因素作用下,通过数智技术应用、数智平台建设、绿色供应链形成3大环节实现数智赋能,最终实现供应链绿色绩效产出的作用路径模型。该研究拓展了数智赋能绿色供应链的相关理论研究,对制造企业开展数智赋能的绿色供应链实践也具有有益启示。

关键词：数智技术绿色供应链制造企业扎根理论多案例研究

基于点云时空特征的超宽带雷达轻量化人体行为识别方法

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雷达学报(中英文) 2025年第1期14卷 1-15页

作者：宋永坤晏天兴张可刘显戴永鹏金添长沙理工大学计算机与通信工程学院长沙410114 国防科技大学电子科学学院长沙410073

低频超宽带(UWB)雷达因其良好穿透性和分辨率,在人体行为识别领域具有显著的优势。针对现有的动作识别算法运算量大、网络参数多的问题,该文提出了一种基于时空点云的高效且轻量的超宽带雷达人体行为识别方法。首先通过UWB雷达采集人体... 详细信息

低频超宽带(UWB)雷达因其良好穿透性和分辨率,在人体行为识别领域具有显著的优势。针对现有的动作识别算法运算量大、网络参数多的问题,该文提出了一种基于时空点云的高效且轻量的超宽带雷达人体行为识别方法。首先通过UWB雷达采集人体的四维运动数据,然后采用离散采样的方法将雷达图像转换为点云表示,由于人体行为识别属于时间序列上的分类问题,该文结合PointNet++网络与Transformer网络提出了一种轻量化的时空网络,通过提取并分析四维点云的时空特征,实现了对人体行为的端到端识别。在模型的训练过程中,提出了一种点云数据多阈值融合的方法,进一步提高了模型的泛化性和识别能力。该文根据公开的四维雷达成像数据集对所提方法进行验证,并与现有方法进行了比较。结果表明,所提方法在人体行为识别率达到96.75%,且消耗较少的参数量和运算量,验证了其有效性。

关键词：超宽带雷达行为识别点云 PointNet++ Transformer

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单通道超宽带雷达人体姿态增量估计技术

雷达学报(中英文) 2025年第1期14卷 16-27页

作者：李柯蒙戴永鹏宋勇平周小龙宋永坤金添国防科技大学电子科学学院长沙410073 长沙理工大学计算机与通信工程学院长沙410114

该文针对光学与雷达传感器融合人体姿态估计研究,基于连续时间微动累积量与姿态增量的物理对应关系,提出了一种单通道超宽带雷达人体姿态增量估计方案。具体来说,通过构造空时分步增量估计网络,采用空域伪3D卷积层与时域膨胀卷积层分步... 详细信息

该文针对光学与雷达传感器融合人体姿态估计研究,基于连续时间微动累积量与姿态增量的物理对应关系,提出了一种单通道超宽带雷达人体姿态增量估计方案。具体来说,通过构造空时分步增量估计网络,采用空域伪3D卷积层与时域膨胀卷积层分步提取空时微动特征,将其映射为时间段内人体姿态增量,结合光学提供的姿态初值,实现人体三维姿态估计。实测数据结果表明,融合姿态估计在原地动作集取得5.38 cm估计误差,并能够实现一段时间行走动作连续姿态估计。与其他雷达姿态估计对比和消融实验证明了该文方法的优势。

关键词：单通道超宽带雷达人体姿态估计增量估计微动特征连续姿态