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基于代理训练集的属性推理攻击防御方法

计算机学报 2024年第4期47卷 907-923页

作者：董恺蒋驰昊李想凌振杨明东南大学计算机科学与工程学院南京211189

本文首次提出针对属性推理攻击的有效防御方法.属性推理攻击可以揭示出用于训练公开模型的原始私有数据集中的隐私属性信息.现有研究已经针对不同的机器学习算法提出了多种属性推理攻击.这些攻击很难防御,一方面原因是训练有素的模型总... 详细信息

本文首次提出针对属性推理攻击的有效防御方法.属性推理攻击可以揭示出用于训练公开模型的原始私有数据集中的隐私属性信息.现有研究已经针对不同的机器学习算法提出了多种属性推理攻击.这些攻击很难防御,一方面原因是训练有素的模型总是会记住训练数据集中的显性和隐性全局属性,另一方面原因在于模型提供者无法事先知道哪些属性将受到攻击从而难以有针对性地进行防御.为了解决这个问题,本文提出了一种通用的隐私保护模型训练方法,名为PPMT(Privacy Preserving Model Training).它以迭代的方式工作.在每次迭代中,PPMT构建一个代理数据集,并在该数据集而不是私有数据集上训练模型.虽然每次迭代会同时导致隐私性的提升和功能性的降低,但隐私性的提升呈快速指数级,而功能性的降低则是缓慢线性的.经过多次迭代,PPMT在模型功能性的约束下最大化全局属性的隐私性,并生成最终的模型.本文选择了两种代表性的机器学习算法和三个典型的数据集来进行实验评估PPMT所训练出模型的功能性、隐私性和鲁棒性.结果显示,使用PPMT训练出的模型,在全局属性上会以不同速度朝不同方向改变,在功能性上的平均损失为1.28%,在超参数α保密的情况下被可能攻击倒推的成功率仅有22%~33%.这说明,PPMT不仅能保护私有数据集的全局属性隐私性,而且能保证模型有足够的功能性,以及面对可能攻击的鲁棒性.

关键词：人工智能安全属性推理攻击全局属性隐私隐私增强代理数据集

基于大模型使用方程双重验证提示的数学问题求解

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计算机应用研究 2024年

作者：张颖霖刘昌辉黄淑芬武汉工程大学计算机科学与工程学院

尽管使用思维链(Chain-of-Thought,CoT)的大模型(Large Language Model,LLM)在单未知数的数学问题求解(Math Word Problem,MWP)任务上取得了显著成果。但是，目前的研究缺乏适用于方程数学问题的方法。由于数学问题求解对推理步骤具有... 详细信息

尽管使用思维链(Chain-of-Thought,CoT)的大模型(Large Language Model,LLM)在单未知数的数学问题求解(Math Word Problem,MWP)任务上取得了显著成果。但是，目前的研究缺乏适用于方程数学问题的方法。由于数学问题求解对推理步骤具有很高的敏感性，列方程出错会导致后续步骤连环出错。所以提出一种渐近式验证纠正的方法 2ERP，一边验证一边纠正步骤错误，输出最有可能的正确答案。在验证环节使用等式和答案的双重验证，回代答案到等式确保计算的正确，从数学表达式获取数值关系验证等式的正确性。在纠正流程中，根据回代的结果和双重验证的一致性排除错误的推理路径，逼近正确结果。与其他CoT方法相比，2ERP方法在6个数据集上均取得了性能上的提升，平均准确率达到了66.2%，尤其是方程问题的数据集上，平均提高了6.9%。2ERP方法是一种设计提示的零样本方法，通过多次迭代提高数学问题的准确率，并输出具有详细步骤的求解过程，该方法在方程问题上的提升更加明显。

关键词：数学问题求解思维链大语言模型零样本

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基于概率分布的无服务器计算弹性伸缩算法

计算机研究与发展 2024年

作者：李威李光辉赵庆林代成龙陈思江南大学人工智能与计算机学院澳门科技大学计算机科学与工程学院

在容器技术和微服务框架的普及背景下，无服务器计算为开发者提供了一种无需关注服务器操作以及硬件资源管理的云计算范式.与此同时，无服务器计算通过弹性扩缩容实时地适应动态负载变化，能够有效降低请求响应延时并且减少服务成本，... 详细信息

在容器技术和微服务框架的普及背景下，无服务器计算为开发者提供了一种无需关注服务器操作以及硬件资源管理的云计算范式.与此同时，无服务器计算通过弹性扩缩容实时地适应动态负载变化，能够有效降低请求响应延时并且减少服务成本，满足了客户对于云服务成本按需付费的需求.然而，无服务器计算中面临着弹性扩缩容需求导致的冷启动延迟问题.提前预热函数实例能够有效地降低冷启动发生频率和延时.然而，在云环境中流量突发问题极大地增加了预测预热函数实例数的难度.针对上述挑战，提出了一种基于概率分布的弹性伸缩算法（probability distribution based auto-scaling algorithm，PDBAA），利用监控指标历史数据预测未来请求的概率分布，以最小化请求响应延时为目的计算预热函数实例的最佳数量，并且PDBAA能够有效地结合深度学习技术的强大预测功能进一步提升性能.在Knative框架中，通过NASA和WSAL数据集对算法进行了验证，仿真实验表明，相比于Knative弹性伸缩算法以及其他预测算法，所提出的算法在弹性性能上提升了31%以上，在平均响应时间方面降低了16%以上，能够更好地解决流量突发问题，有效地降低了无服务器计算请求的响应延时.

关键词：无服务器计算函数即服务冷启动延时弹性伸缩深度学习

一种面向航空母舰甲板运动状态预估的鲁棒学习模型

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自动化学报 2024年第9期50卷 1785-1793页

作者：王可徐明亮李亚飞姜晓恒鲁爱国李鉴郑州大学计算机与人工智能学院郑州450001 武汉数字工程研究所武汉430074

航母甲板在风、浪、流等因素影响下做六自由度不规则运动,影响舰载机着舰精度.航母甲板运动预估与补偿是自动着舰系统的重要功能之一,也是提高舰载机着舰安全性与成功率的关键技术之一.为此,提出一种面向甲板运动预估的鲁棒学习模型,通... 详细信息

航母甲板在风、浪、流等因素影响下做六自由度不规则运动,影响舰载机着舰精度.航母甲板运动预估与补偿是自动着舰系统的重要功能之一,也是提高舰载机着舰安全性与成功率的关键技术之一.为此,提出一种面向甲板运动预估的鲁棒学习模型,通过基本构建单元自适应演化出复杂学习系统.构建单元的训练采用非梯度的伪逆学习策略,提高了训练效率,简化了学习控制超参数调优;构建单元的架构设计采用数据驱动的策略,简化了架构超参数调优;采用图拉普拉斯正则化方法提高了模型对噪声和意外扰动的鲁棒性.通过某型航母在中等海况条件下以典型航速巡航时的仿真实验,验证了所提方法在甲板纵摇、横摇以及垂荡运动预估问题中的有效性及鲁棒性.

关键词：航空母舰甲板运动预估鲁棒性机器学习仿真验证

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双阶段噪声自适应超声图像分割网络

电子测量技术 2024年第10期47卷 175-183页

作者：王霞霞张炫吴兴隆黄青徐国平武汉工程大学计算机科学与工程学院武汉430205

在医学图像分割领域,不同设备或参数的噪声干扰对模型的泛化产生负面影响。为解决由不同噪声源导致的分割模型性能下降问题,提出了一种自适应噪声污染的双阶段高效分割模型NANet。该模型主要包括两部分:去噪和分割。其中去噪部分采用无... 详细信息

在医学图像分割领域,不同设备或参数的噪声干扰对模型的泛化产生负面影响。为解决由不同噪声源导致的分割模型性能下降问题,提出了一种自适应噪声污染的双阶段高效分割模型NANet。该模型主要包括两部分:去噪和分割。其中去噪部分采用无监督的U型自动编码器结构,结合频域可学习的去噪模块,以缓解噪声引起的目标域差异。分割部分基于DeepLabv3+架构构建模块,聚焦于提高噪声污染超声图像中目标的分割准确度和泛化能力。实验测试了4个不同的超声数据集在受到均匀、高斯和椒盐噪声污染下,模型的分割性能。实验结果表明,所提出的NANet在臂丛神经超声数据集的原始图像、受均匀噪声、高斯噪声以及椒盐噪声污染的图像数据上分割的Dice系数分别为79.71%、78.51%、79.75%和79.1%。对比实验显示,NANet在不同噪声类型的超声图像上的分割性能明显优于传统分割方法,其中在高斯和椒盐噪声污染的超声图像上,准确率相比U-Net、DeepLabv3+和AttUNet方法均提高超过10%。结果验证了所提出的NANet在不同噪声环境中的鲁棒性和泛化能力。

关键词：医学图像图像分割图像去噪噪声自适应

智能交通系统中具有隐私保护性的属性基可搜索加密方案

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电子与信息学报 2024年第7期46卷 3036-3045页

作者：牛淑芬戈鹏董润园刘琦刘维西北师范大学计算机科学与工程学院兰州730070

针对智能交通系统(ITS)中车载用户出行信息容易被非法盗用、交通系统云端服务器存储的交通数据被恶意用户非法滥用等问题,该文提出一种新的属性基可搜索加密(ABSE)方案,该方案具有隐私保护、密钥聚合和轻量计算等功能。该方案在密钥生... 详细信息

针对智能交通系统(ITS)中车载用户出行信息容易被非法盗用、交通系统云端服务器存储的交通数据被恶意用户非法滥用等问题,该文提出一种新的属性基可搜索加密(ABSE)方案,该方案具有隐私保护、密钥聚合和轻量计算等功能。该方案在密钥生成阶段、访问控制阶段和部分解密阶段实现了全隐私保护;将搜索关键字嵌入到访问结构中,在实现部分策略隐藏的同时保证了关键字安全;通过密钥聚合技术,将所有满足搜索条件和访问策略的文件标识聚合成一个聚合密钥,减轻用户的密钥存储负担,保障文件密钥安全的同时进一步保障了数据安全。安全性分析表明,该方案具有隐藏访问结构安全、关键字密文不可区分安全和陷门不可区分安全。理论分析和数值模拟显示所提方案在通信和计算方面的开销是高效且实用的。

关键词：智能交通系统隐私保护属性基可搜索加密密钥聚合策略隐藏

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面向无人智能小车的双验证安全定位方法

通信学报 2024年第6期45卷 131-143页

作者：顾晓丹夏国正宋炳辰杨明罗军舟东南大学计算机科学与工程学院江苏南京211189

针对无人智能小车在网络、硬件、操作系统和软件方面存在众多安全隐患,易受到物理或远程安全攻击,使其偏离配送轨迹导致配送任务失败,甚至被攻击者操控干扰工厂正常运行的问题,提出了一种面向无人智能小车的双验证安全定位方法。在无人... 详细信息

针对无人智能小车在网络、硬件、操作系统和软件方面存在众多安全隐患,易受到物理或远程安全攻击,使其偏离配送轨迹导致配送任务失败,甚至被攻击者操控干扰工厂正常运行的问题,提出了一种面向无人智能小车的双验证安全定位方法。在无人智能小车端,利用已有的Wi-Fi网络基础设施进行指纹定位,并设计特征融合策略实现Wi-Fi和磁场指纹的动态融合;在环境端,部署多个监测点采集无人智能小车发出的声音信号计算到达时间差,并根据空间分割方法计算小车位置。在此基础上,通过将无人智能小车上报的位置信息和监测点计算的位置坐标进行对比验证,一旦发现小车位置出现异常则进行异常告警,从而保证无人智能小车的正常运转工作。在真实室内场景下的实验结果表明,所提方法可以有效跟踪目标设备的位置坐标,定位精度优于现有基准算法。

关键词：无人智能小车室内定位 Wi-Fi指纹磁场指纹声源定位

基于聚合物分散液晶薄膜的光场透视混合现实显示系统

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光学学报 2024年第14期44卷 92-102页

作者：陈思李晖李甜苏晨博吴云韬武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205

为了解决视觉辐辏调节冲突(VAC)问题,本文提出了一种基于聚合物分散液晶薄膜(PDLC)的光场透视混合现实显示系统。该系统利用PDLC的电控可调透过率特性,将投影目标物体的光场信息与真实场景进行有效融合;并基于凸优化理论,提出了适配的... 详细信息

为了解决视觉辐辏调节冲突(VAC)问题,本文提出了一种基于聚合物分散液晶薄膜(PDLC)的光场透视混合现实显示系统。该系统利用PDLC的电控可调透过率特性,将投影目标物体的光场信息与真实场景进行有效融合;并基于凸优化理论,提出了适配的光场渲染算法;联合PDLC不同电压下目标物体光场信息的冗余性,以及真实场景与目标物体色彩亮度差异,生成了不同焦深下和谐化虚实场景融合的二维图像。实验结果表明,所提出的系统能呈现高质量、连续焦深和谐化虚实场景融合效果。该系统计算量小、硬件成本低、融合效果佳,可有效解决VAC问题,在透视混合现实显示领域具有极大的应用潜力。

关键词：透视混合现实显示聚合物分散液晶光场渲染虚实融合正则化约束

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基于深度学习的光场显微像差校正

光学学报 2024年第14期44卷 82-91页

作者：王长淼李晖张水平吴云韬武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205

由于光场显微镜中透镜的固有缺陷以及样品折射率分布不均匀会引起光学像差,这严重影响光场显微成像的质量。引入光场解耦模块,解析获得光场的相位和强度信息;并设计用于光场显微像差校正的相位-强度双路径网络(PCANet)。实验结果表明,... 详细信息

由于光场显微镜中透镜的固有缺陷以及样品折射率分布不均匀会引起光学像差,这严重影响光场显微成像的质量。引入光场解耦模块,解析获得光场的相位和强度信息;并设计用于光场显微像差校正的相位-强度双路径网络(PCANet)。实验结果表明,所提出的方法不仅可实现光场显微像差校正,而且重建出的图像具有高分辨率和清晰的细节边缘;相较于其他传统的图像超分辨率网络,所提方法重建结果的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)分别提高了15.4%和11.7%。本研究为低成本光场显微像差校正提供了一种高效的方案。

关键词：几何光学光场显微深度学习像差校正高分辨率相位恢复