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决策树码率自适应算法的无数据蒸馏框架

计算机学报 2024年第1期47卷 113-130页

作者：黄天驰李朝阳张睿霄李文哲孙立峰清华大学计算机科学与技术系北京100084

码率自适应(Adaptive Bit-Rate,ABR)算法是流媒体视频传输中至关重要的技术.该算法根据当前网络情况和播放状态等因素,为下一个视频块选择合适的码率,以确保用户获得良好的体验质量(QoE).其中,基于学习的ABR算法因其不依赖传统模型和从... 详细信息

码率自适应(Adaptive Bit-Rate,ABR)算法是流媒体视频传输中至关重要的技术.该算法根据当前网络情况和播放状态等因素,为下一个视频块选择合适的码率,以确保用户获得良好的体验质量(QoE).其中,基于学习的ABR算法因其不依赖传统模型和从头学习策略的特点,表现出良好的性能,并逐渐取代需要繁琐调优的启发式ABR算法,成为研究领域的热点.然而,这些算法使用神经网络推理,导致模型参数较多,整体计算量较大,使得在实际场景中难以部署.因此,以往的研究提出了决策树蒸馏方案,即使用轻量级的决策树来提取基于学习的ABR算法的专家策略,并在线上部署这些决策树.然而,本文的实验结果表明,过去的蒸馏框架忽略了训练环境对蒸馏后策略的影响,导致策略的泛化能力较差.因此,本文提出了一种名为NIA(data-free Network-environmental Imitationbased rate Adaptation framework)的新型无数据蒸馏框架,用于生成具有更好泛化性能的决策树A BR算法.NIA通过网络环境生成模块构建多个人工网络环境,并在每次迭代训练前使用环境选择模块来选择适合的网络场景,然后与该场景进行交互,利用基于学生驱动的模仿学习算法完成决策树的蒸馏过程.本文还设计了完整的评测平台测试NIA的性能.实验表明,NIA在各种带宽数据集上展现出良好的QoE性能和泛化性能:(1)相较于启发式算法,在QoE指标上提升了1%~46%;(2)与以往的决策树蒸馏方案相比,在低带宽场景下表现相当,但在高带宽场景下提升了近1倍;(3)总体性能接近甚至超过基于学习的算法(即专家策略)的表现.

关键词：流媒体码率自适应算法无数据蒸馏

基于深度强化学习的多用户计算卸载优化模型和算法

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1321-1332页

作者：李志华余自立江南大学人工智能与计算机学院无锡214122

在移动边缘计算(MEC)密集部署场景中,边缘服务器负载的不确定性容易造成边缘服务器过载,从而导致计算卸载过程中时延和能耗显著增加。针对该问题,该文提出一种多用户计算卸载优化模型和基于深度确定性策略梯度(DDPG)的计算卸载算法。首... 详细信息

在移动边缘计算(MEC)密集部署场景中,边缘服务器负载的不确定性容易造成边缘服务器过载,从而导致计算卸载过程中时延和能耗显著增加。针对该问题,该文提出一种多用户计算卸载优化模型和基于深度确定性策略梯度(DDPG)的计算卸载算法。首先,考虑时延和能耗的均衡优化建立效用函数,以最大化系统效用作为优化目标,将计算卸载问题转化为混合整数非线性规划问题。然后,针对该问题状态空间大、动作空间中离散和连续型变量共存,对DDPG深度强化学习算法进行离散化改进,基于此提出一种多用户计算卸载优化方法。最后,使用该方法求解非线性规划问题。仿真实验结果表明,与已有算法相比,所提方法能有效降低边缘服务器过载概率,并具有很好的稳定性。

关键词：移动边缘计算计算卸载深度强化学习资源分配

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面向信息系统推荐与决策的高阶张量分析方法

计算机研究与发展 2024年第7期61卷 1697-1712页

作者：王贝伦张嘉琦蔡英豪王兆阳谈笑沈典东南大学计算机科学与工程学院南京210096

张量数据(或多维数组)在各个行业的信息系统中广泛存在,例如医疗系统中的功能性磁共振成像(fMRI)数据和商品数据信息系统中的用户-产品数据.将这些数据用以预测张量特征与单变量响应之间的关系,可以实现数据赋能,提供更精准的服务或解... 详细信息

张量数据(或多维数组)在各个行业的信息系统中广泛存在,例如医疗系统中的功能性磁共振成像(fMRI)数据和商品数据信息系统中的用户-产品数据.将这些数据用以预测张量特征与单变量响应之间的关系,可以实现数据赋能,提供更精准的服务或解决方案,例如疾病决策诊断或商品推荐.然而,现有的张量回归方法存在2个主要问题:一是可能丢失了张量的空间信息,导致预测结果不准确;二是计算成本过高,导致服务或解决方案不及时.对于具有高阶结构的大规模数据而言,这2点则显得更为突出.因此为了实现数据赋能,即利用张量数据来提高信息服务或解决方案的质量和效率,提出了稀疏低秩张量回归模型(sparse and low-rank tensor regression model,SLTR).该模型通过对张量系数应用l1范数和张量核范数使得张量系数具有稀疏性和低秩性两大特点,这样既保留了张量的结构信息又可以方便地解释数据.利用近端梯度方法优化了混合正则化器,使得求解过程可扩展且高效.除此之外证明了SLTR的严格误差界.在多个模拟数据集和一个视频数据集上的实验结果表明,SLTR相比于之前的方法,在更短的时间内获得了更好的预测性能.

关键词：张量回归并行近端法数据可解释性张量范数分类

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基于邻域k-核的社区模型与查询算法

软件学报 2024年第3期35卷 1051-1073页

作者：张琦程苗苗李荣华王国仁北京理工大学计算机学院北京100081

现实生活中的网络通常存在社区结构,社区查询是图数据挖掘的基本任务.现有研究工作提出了多种模型来识别网络中的社区,如基于k-核的模型和基于k-truss的模型.然而,这些模型通常只限制社区内节点或边的邻居数量,忽略了邻居之间的关系,即... 详细信息

现实生活中的网络通常存在社区结构,社区查询是图数据挖掘的基本任务.现有研究工作提出了多种模型来识别网络中的社区,如基于k-核的模型和基于k-truss的模型.然而,这些模型通常只限制社区内节点或边的邻居数量,忽略了邻居之间的关系,即节点的邻域结构,从而导致社区内节点的局部稠密性较低.针对这一问题,将节点的邻域结构信息融入k-核稠密子图中,提出一种基于邻域连通k-核的社区模型,并定义了社区的稠密度.基于这一新模型,研究了最稠密单社区查询问题,即返回包含查询节点集且具有最高稠密度的社区.在现实生活图数据中,一组查询节点可能会分布在多个不相交的社区中.为此,进一步研究了基于稠密度阈值的多社区查询问题,即返回包含查询节点集的多个社区,且每个社区的稠密度不低于用户指定的阈值.针对最稠密单社区查询和基于稠密度阈值的多社区查询问题,首先定义了边稠密度的概念,并提出了基于边稠密度的基线算法.为了提高查询效率,设计了索引树和改进索引树结构,能够支持在多项式时间内输出结果.通过与基线算法在多组数据集上的对比,验证了基于邻域连通k-核的社区模型的有效性和所提出查询算法的效率.

关键词：社区搜索邻域结构 k-核子图

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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

从BERT到ChatGPT:大模型训练中的存储系统挑战与技术发展

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计算机研究与发展 2024年第4期61卷 809-823页

作者：冯杨洋汪庆谢旻晖舒继武清华大学计算机科学与技术系北京100084

以ChatGPT为代表的大模型在文字生成、语义理解等任务上表现卓越,引起了工业界和学术界的广泛关注.大模型的参数量在3年内增长数万倍,且仍呈现增长的趋势.首先分析了大模型训练的存储挑战,指出大模型训练的存储需求大,且具有独特的计算... 详细信息

以ChatGPT为代表的大模型在文字生成、语义理解等任务上表现卓越,引起了工业界和学术界的广泛关注.大模型的参数量在3年内增长数万倍,且仍呈现增长的趋势.首先分析了大模型训练的存储挑战,指出大模型训练的存储需求大,且具有独特的计算模式、访存模式、数据特征,这使得针对互联网、大数据等应用的传统存储技术在处理大模型训练任务时效率低下,且容错开销大.然后分别阐述了针对大模型训练的3类存储加速技术与2类存储容错技术.针对大模型训练的存储加速技术包括:1)基于大模型计算模式的分布式显存管理技术,依据大模型计算任务的划分模式和计算任务间的依赖关系,设计模型数据在分布式集群中的划分、存储和传输策略;2)大模型训练访存感知的异构存储技术,借助大模型训练中的访存模式可预测的特性,设计异构设备中的数据预取和传输策略;3)大模型数据缩减技术,针对大模型数据的特征,对模型训练过程中的数据进行缩减.针对大模型训练的存储容错技术包括:1)参数检查点技术,将大模型参数存储至持久化存储介质;2)冗余计算技术,在多张GPU中重复计算相同版本的参数.最后给出了总结和展望.

关键词： ChatGPT 大模型存储系统容错大模型训练系统

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基于骨架的人体异常行为识别与检测研究进展

控制与决策 2024年第8期39卷 2484-2501页

作者：朱红蕾卫鹏娟徐志刚兰州理工大学计算机与通信学院兰州730050

人体异常行为识别与检测技术已广泛应用于各种领域.由于视频中存在的物体遮挡、光照及视角变化、复杂背景等问题,使得利用轻量级人体骨架数据处理此类实时任务成为竞争性工具.多数研究从不同角度对此任务相关方法进行综述,但缺少针对人... 详细信息

人体异常行为识别与检测技术已广泛应用于各种领域.由于视频中存在的物体遮挡、光照及视角变化、复杂背景等问题,使得利用轻量级人体骨架数据处理此类实时任务成为竞争性工具.多数研究从不同角度对此任务相关方法进行综述,但缺少针对人体骨架的整理工作.对此,立足于骨架数据,系统地综述了深度学习背景下的人体异常行为识别与检测方法.首先,按照应用场景中目标个数的不同,分类总结了典型的人体姿态估计算法;其次,依据特征提取网络的不同,将异常行为识别方法分为5类,分别围绕CNN、RNN、GCN、Transformer以及混合模型展开对比分析;然后,从数据与标签的映射学习角度,对3类异常行为检测方法进行讨论;最后,介绍了基准数据集及其上相关算法的表现,并探讨了此任务所面临的挑战及展望,以期为本领域未来的研究提供参考.

关键词：人体骨架异常行为识别异常行为检测深度学习姿态估计算法注意力机制

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高光谱图像变化检测技术研究进展

中国图象图形学报 2024年第6期29卷 1714-1729页

作者：丁晨陈静怡郑萌萌张磊魏巍张艳宁西安邮电大学计算机学院西安710121 西北工业大学计算机学院西安710072

相对于自然图像和多光谱图像,高光谱图像包含丰富的空间—光谱信息,不仅能够保留目标的空间信息,还能够获取高度可辨别的光谱信息。因此,如变化检测、目标追踪等高光谱图像处理技术在对地观测任务中得到了广泛应用。然而,在高光谱图像... 详细信息

相对于自然图像和多光谱图像,高光谱图像包含丰富的空间—光谱信息,不仅能够保留目标的空间信息,还能够获取高度可辨别的光谱信息。因此,如变化检测、目标追踪等高光谱图像处理技术在对地观测任务中得到了广泛应用。然而,在高光谱图像变化检测的过程中仍然存在许多问题与挑战。如高光谱图像的高维复杂性、光谱差异性以及存在光谱混合等问题,影响变化检测效果。得益于深度学习理论的深入研究,高光谱图像变化检测技术研究得到了极大的发展。本文对现有基于深度学习的变化检测方法进行全面分析总结,按照高光谱图像采集条件是否相同,将其分为同构高光谱图像变化检测以及异构高光谱图像变化检测。其中,从特征提取的网络结构优化和特征提取前混合像素处理两个角度,又将同构高光谱图像变化检测方法进一步分为基于时序依赖和空谱信息提取的方法以及基于端元提取和解混的方法,分别总结各类方法的特点和局限性,并讨论未来的研究重点。此外,面对不同传感器获取的异构高光谱图像数据,现有的方法基于图论学习图像的结构关系,并基于图像变换将其转换至公共域从而进行变化检测处理。本文从高光谱图像变化检测领域的新设计、新方法和应用场景出发,通过综合国内外前沿文献来梳理该领域的主要发展,重点论述高光谱图像变化检测领域的发展现状、前沿动态、热点问题及趋势。

关键词：高光谱图像变化检测时序特征提取端元解混异构高光谱图像变化检测

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基于混合存储结构的分级协同节能方案

计算机科学与探索 2024年第10期18卷 2690-2703页

作者：李大平史庆宇唐忆滨胡哲琨高毅武汉数字工程研究所武汉430000 湖南工商大学计算机学院长沙410205 湘江实验室长沙410083

新能源的应用已成为一种趋势,但具体到存储I/O领域,存储设备通常会根据存储负载的强度进行节点调度,而不规则波动的新能源和存储负载之间存在波峰波谷错位匹配的问题,增加了存储设备的调度难度。提出了一种针对NVM-SSD混合存储介质的分... 详细信息

新能源的应用已成为一种趋势,但具体到存储I/O领域,存储设备通常会根据存储负载的强度进行节点调度,而不规则波动的新能源和存储负载之间存在波峰波谷错位匹配的问题,增加了存储设备的调度难度。提出了一种针对NVM-SSD混合存储介质的分级协同节能方案MixSave,为每一层提供定制化节能方案并且协同调度,提升了新能源能效比。基于NVM和SSD存储介质的性能与能耗特点,MixSave采用NVMSSD的高性价比分级存储架构,为用户提供高性能、大容量存储服务,并且通过副本保证数据可靠性。NVM作为缓存层采用负载驱动型方案,以保证性能为优先目标,即根据负载变化动态调整高功耗状态的NVM设备数量,满足负载需求;SSD作为数据层采用新能源驱动型节能方案,以提升新能源利用率为目标,根据新能源的变化动态调整SSD启用数量,进行缓存数据同步与预取。测试表明,与未采取节能措施的标准方案相比,MixSave性能下降不超过4%,在轻负载模式下,MixSave可节省73%~80%的传统能源,在重负载模式下,可节省55%~61%的传统能源。

关键词：存储系统分级存储非易失性存储存储节能新能源