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兼顾通信效率与效用的自适应高斯差分隐私个性化联邦学习

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计算机学报 2024年第4期47卷 924-946页

作者：李敏肖迪陈律君重庆大学计算机学院重庆400044

近年来,由于联邦学习中的通信参数(或梯度)会给参与方本地敏感数据带来重大的隐私泄露风险,联邦学习隐私保护引起了广泛的关注.然而,梯度交换频繁、数据分布异构、参与方本地硬件资源受限等一系列不可避免的因素给联邦学习隐私保护增加... 详细信息

近年来,由于联邦学习中的通信参数(或梯度)会给参与方本地敏感数据带来重大的隐私泄露风险,联邦学习隐私保护引起了广泛的关注.然而,梯度交换频繁、数据分布异构、参与方本地硬件资源受限等一系列不可避免的因素给联邦学习隐私保护增加了挑战难度.为了以一种统一的方式同时有效地解决数据隐私、模型效用、通信效率以及参与方数据非独立同分布等四个方面的问题,本文提出了一种新的兼顾通信效率与效用的自适应高斯差分隐私个性化联邦学习(Communication-efficient and Utility-aware Adaptive Gaussian Differential Privacy for Personalized Federated Learning,CUAG-PFL)方法.具体而言,本文提出一种动态层级压缩模型梯度的方案先为通信模型梯度每一层动态生成特定的压缩率,再根据压缩率构造对应的确定性二进制测量矩阵去除梯度冗余信息.随后,通过同时优化裁剪阈值、敏感度和噪声尺度等隐私相关参数来对压缩的模型梯度执行自适应高斯差分隐私操作.此外,本文对CUAG-PFL进行了严格的隐私分析.为了验证CUAG-PFL在隐私、效用、通信效率以及个性化四个方面的优势,本文在CIFAR-10和CIFAR-100两个真实联邦数据集上进行了大量实验模拟、对比和分析,结果表明CUAG-PFL能够提高参与方本地数据隐私性、通信效率和模型效用,同时解决了数据非独立同分布的问题.特别地,即使在隐私预算仅为0.92且上行通信量减少68.6%时,CUAG-PFL因隐私保护和梯度压缩所引起的模型效用损失仅为1.66%.

关键词：自适应高斯差分隐私隐私-效用权衡动态层级压缩通信高效个性化联邦学习隐私计算

不确定性环境下维纳模型的随机变分贝叶斯学习

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自动化学报 2024年第6期50卷 1185-1198页

作者：刘切李俊豪王浩曾建学柴毅重庆大学自动化学院重庆400044

多重不确定性环境下的非线性系统辨识是一个开放问题.贝叶斯学习在描述、处理不确定性方面具有显著优势,已在线性系统辨识方面得到广泛应用,但在非线性系统辨识的应用较少,且面临概率估计复杂、计算量大等难题.针对上述问题,以典型维纳(... 详细信息

多重不确定性环境下的非线性系统辨识是一个开放问题.贝叶斯学习在描述、处理不确定性方面具有显著优势,已在线性系统辨识方面得到广泛应用,但在非线性系统辨识的应用较少,且面临概率估计复杂、计算量大等难题.针对上述问题,以典型维纳(Wiener)非线性过程为对象,提出基于随机变分贝叶斯的非线性系统辨识方法.首先对过程噪声、测量噪声以及参数不确定性进行概率描述;然后利用随机变分贝叶斯方法对模型参数进行后验估计.在估计过程中,利用随机优化思想,仅利用部分中间变量概率信息估计模型参数分布的自然梯度期望,与利用所有中间变量概率信息估计模型参数比较,显著降低了计算复杂性.该方法是首次在系统辨识领域中的应用.最后,利用一个仿真实例和一个维纳模型的Benchmark问题,证明了该方法在对大规模数据下非线性系统辨识的有效性.

关键词：非线性系统辨识随机优化变分贝叶斯维纳模型

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多切入机制下基于信息物理系统的混合车群协同控制

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控制与决策 2024年第1期39卷 17-25页

作者：黄帅孙棣华赵敏重庆大学自动化学院重庆400030 重庆大学信息物理社会可信服务计算教育部重点实验室重庆400030

传统人驾车(HVs)为了能够快速行驶到目标车道,常常会向目标车道进行强制换道,这一过程被视为传统人驾车的切入机制.然而,该过程会影响目标车道中由传统人驾车和网联自动车(CAVs)组成的混合车群稳定性.当一个车道上由多个传统人驾车组成... 详细信息

传统人驾车(HVs)为了能够快速行驶到目标车道,常常会向目标车道进行强制换道,这一过程被视为传统人驾车的切入机制.然而,该过程会影响目标车道中由传统人驾车和网联自动车(CAVs)组成的混合车群稳定性.当一个车道上由多个传统人驾车组成的车群同时切入到目标车道上的混合车群中时会对混合车群的稳定性影响较大.针对这一问题,首先对车辆动力学模型进行刻画,以描述车辆行驶的平稳性和混合车群的稳定性.然后,为了确保由多个传统人驾车组成的车群同时切入到混合车群时的稳定性,从信息物理系统(CPS)的视角出发,并基于一致性约束和通信拓扑结构,提出一种考虑通信时延和反应时延的混合车群协同控制方法;同时,利用Lyapunov-Krasovskiis理论进一步分析所提出控制方法满足的稳定性条件.最后,通过仿真实验结果表明了所提出控制方法的有效性和可行性.

关键词：混合交通信息物理系统混合车群切入机制协同控制李雅普诺夫理论

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一种基于转发图的域内路由保护算法

计算机研究与发展 2024年第2期61卷 529-538页

作者：耿海军孟卓姚姗姗杨静池浩田尹霞山西大学计算机与信息技术学院太原030006 山西大学自动化与软件学院太原030006 山西大学大数据科学与产业研究院太原030006 清华大学计算机科学与技术系北京100084

业界提出利用路由保护算法来解决网络中的故障问题,然而已有的路由保护算法存在4个方面的问题:1)无法应对网络中所有可能的单故障情形;2)需要额外辅助机制的协助;3)不支持增量部署;4)每个结点存储多个到达目的地址的备份下一跳.提出一... 详细信息

业界提出利用路由保护算法来解决网络中的故障问题,然而已有的路由保护算法存在4个方面的问题:1)无法应对网络中所有可能的单故障情形;2)需要额外辅助机制的协助;3)不支持增量部署;4)每个结点存储多个到达目的地址的备份下一跳.提出一种基于转发图的域内路由保护算法(an intradomain routing protection algorithm based on forwarding graph,RPBFG)来解决这4个问题.首先建立了以最大化故障保护率为目标、以转发图包含反向最短路径树为约束条件的路由保护模型;然后提出了利用遗传算法构造满足上述目标的转发图;最后根据构造的转发图计算出所有结点到达目的结点的备份下一跳.在11个真实拓扑结构中比较了RPBFG,NPC,U-turn,MARA-MA,MARA-SPE在故障保护率和路径拉伸度的性能.实验结果表明,RPBFG可以应对网络中所有可能的单故障;在平均路径拉伸度方面,RPBFG比NPC,U-turn,MARA-MA,MARA-SPE分别降低了0.11%,0.72%,37.79%,36.26%.

关键词：路由保护网络故障故障保护率路径拉伸度有向无环图转发图

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智能数据可视分析技术综述

软件学报 2024年第1期35卷 356-404页

作者：骆昱宇秦雪迪谢宇鹏李国良清华大学计算机科学与技术系北京100084 青海大学计算机技术与应用系青海西宁810016

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.... 详细信息

如何从海量数据中快速有效地挖掘出有价值的信息以更好地指导决策,是大数据分析的重要目标.可视分析是一种重要的大数据分析方法,它利用人类视觉感知特性,使用可视化图表直观呈现复杂数据中蕴含的规律,并支持以人为本的交互式数据分析.然而,可视分析仍然面临着许多挑战,例如数据准备代价高、交互响应高延迟、可视分析高门槛和交互模式效率低.为应对这些挑战,研究者从数据管理、人工智能等视角出发,提出一系列方法以优化可视分析系统的人机协作模式和提高系统的智能化程度.系统性地梳理、分析和总结这些方法,提出智能数据可视分析的基本概念和关键技术框架.然后,在该框架下,综述和分析国内外面向可视分析的数据准备、智能数据可视化、高效可视分析和智能可视分析接口的研究进展.最后,展望智能数据可视分析的未来发展趋势.

关键词：数据可视化可视分析智能数据可视分析数据管理人工智能

车路协同环境下数据驱动的混合交通流速度调控方法

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控制与决策 2024年第9期39卷 2950-2958页

作者：张辰徐云雯李德伟上海交通大学自动化系上海200240

针对车联网和自动驾驶背景下的混合车流调控问题,提出通过路侧设备调节车流中受控自动网联车速度以实现宏观交通流速度调控的方法.首先将单个受控自动网联车对车流状态的调节过程描述为马尔可夫决策过程,设计衡量受控车辆对整体车流影... 详细信息

针对车联网和自动驾驶背景下的混合车流调控问题,提出通过路侧设备调节车流中受控自动网联车速度以实现宏观交通流速度调控的方法.首先将单个受控自动网联车对车流状态的调节过程描述为马尔可夫决策过程,设计衡量受控车辆对整体车流影响程度的动态网格,以受控车辆的实时期望速度为动作,并综合考虑受控车对网格车流的影响程度、对期望速度的响应快慢以及车流的安全性构造报酬函数,采用深度确定性策略梯度算法进行策略寻优.考虑到受控自动车周边交通环境的多样性,提出基于关键参数量的控制策略模型簇.其次,面向车流速度的实时调控,根据路段车辆簇的划分,提出多个路侧设备控制同一车辆簇的控制权时序交接策略.路测设备以簇为单位对信号覆盖范围内的车辆进行标记与跟踪,实时计算受控车辆的期望控制信号并下发.最后,将所提出的方法在多种场景下进行训练验证,结果表明所提出的方法在适用场景中能够实现车流的平稳调速.

关键词：车流控制数据驱动车路协同深度强化学习网联自动车混合交通流

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

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中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1553-1564,I0025页

作者：苏玉刚颜志琼胡宏晟孙跃刘哲刘书柏杨重庆大学自动化学院重庆市沙坪坝区400044

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间... 详细信息

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

关键词：电场耦合无线电能传输系统频率切换恒流恒压谐振网络

面向合成语音检测的弹性正交权重修正连续学习方法

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计算机研究与发展 2024年

作者：张晓辉易江燕陶建华周俊佐中国科学院自动化研究所清华大学自动化系北京交通大学计算机与信息技术学院

目前，深度学习在合成语音检测领域取得了巨大的成功.然而，通常情况下，深度模型可以在与训练集分布相似的测试集上取得高准确率，但在跨数据集的情境下，其准确率却会显著下降.为了提高模型在新数据集上的泛化能力，通常需要对其进行... 详细信息

目前，深度学习在合成语音检测领域取得了巨大的成功.然而，通常情况下，深度模型可以在与训练集分布相似的测试集上取得高准确率，但在跨数据集的情境下，其准确率却会显著下降.为了提高模型在新数据集上的泛化能力，通常需要对其进行微调，但这会导致模型遭受到灾难性遗忘.灾难性遗忘指的是模型在新数据上的训练会损害其从旧数据中获得的知识，导致对旧数据的识别性能下降.目前，克服灾难性遗忘的主要方法之一是连续学习.面向合成语音检测提出了一种连续学习方法-弹性正交权重修正（elastic orthogonal weight modification，EOWM），用于克服灾难性遗忘.该方法通过修正模型在学习新知识时的参数更新方向和更新幅度，以减少对已学知识的损害.具体来说，该方法在模型学习新知识时要求参数的更新方向与旧任务的数据分布正交，并同时限制对旧任务中重要参数的更新幅度.在合成语音检测领域的跨数据集实验中，方法取得了良好的效果. 与微调相比，该方法在旧数据集上的等错误率（equal error rate，EER）从7.334%降低至0.821%，相对下降了90%；在新数据集上的等错误率从0.513%降低至0.315%，相对下降了40%.

关键词：合成语音检测连续学习弹性正交权重修正预训练模型深度神经网络

基于人工势场算法改进的AGV自主避障路径规划算法及其应用

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第4期38卷 189-195页

作者：巫茜郭冬冬骆进朝韩雨重庆理工大学计算机科学与工程学院重庆400054 重庆大学自动化学院重庆400044

为解决AGV在瓦楞纸包装车间运行中难于从起始到目标位置寻求最优且避障的路径难题,提出了一种基于人工势场算法改进的自主避障路径规划算法。首先,将目的地与AGV的相对距离加入斥力函数中,对引力函数建立梯度,以解决目的地与障碍物较近... 详细信息

为解决AGV在瓦楞纸包装车间运行中难于从起始到目标位置寻求最优且避障的路径难题,提出了一种基于人工势场算法改进的自主避障路径规划算法。首先,将目的地与AGV的相对距离加入斥力函数中,对引力函数建立梯度,以解决目的地与障碍物较近导致的目标不可达问题;其次,在局部极小值附近增加虚拟障碍物以助力AGV逃离局部极小值区域;最后,借助二阶贝塞尔曲线对搜索到的路径实施平滑处理,确保AGV的路径可行性。仿真实验表明,改进后的人工势场算法应用于包装车间环境下AGV避障路径规划是可行且高效的。

关键词：包装车间人工势场自动导引车路径规划