基于梯度选择的轻量化差分隐私保护联邦学习

为了应对机器学习过程中可能出现的用户隐私问题,联邦学习作为首个无需用户上传真实数据、仅上传模型更新的协作式在线学习解决方案,已经受到人们的广泛关注与研究。然而,它要求用户在本地训练且上传的模型更新中仍可能包含敏感信息,从而带来了新的隐私保护问题。与此同时,必须在用户本地进行完整训练的特点也使得联邦学习过程中的运算与通信开销问题成为一项挑战,亟需人们建立一种轻量化的联邦学习架构体系。出于进一步的隐私需求考虑,文中使用了带有差分隐私机制的联邦学习框架。另外,首次提出了基于Fisher信息矩阵的Dropout机制——FisherDropout,用于对联邦学习过程中在客户端训练产生梯度更新的每个维度进行优化选择,从而极大地节约运算成本、通信成本以及隐私预算,建立了一种兼具隐私性与轻量化优势的联邦学习框架。在真实世界数据集上的大量实验验证了该方案的有效性。实验结果表明,相比其他联邦学习框架,FisherDropout机制在最好的情况下可以节约76.8%~83.6%的通信开销以及23.0%~26.2%的运算开销,在差分隐私保护中隐私性与可用性的均衡方面同样具有突出优势。

塔西南齐姆根楔形构造与走滑构造叠加两阶段演化模式

塔里木盆地西南缘逆冲带由西部近东西方向的喀什逆冲构造带和东部近东西方向柯克亚—和田逆冲构造带以及中间喀什—叶城走滑断层系组成,而北西—南东走向的喀什—叶城走滑断层带及其东侧齐姆根构造则为呈北东方向凸出的弧形构造。齐姆根弧形构造在地表地质和地震剖面均表现为向盆地方向倾斜的单斜形态。而且在塔西南地区,该弧形构造上从白垩系到新近系地层厚度明显大于东西两侧逆冲带同时代地层厚度,表现为异常增厚的特征。为了探讨齐姆根弧形构造特征及地层厚度异常增厚等原因,依据前人的地表地质填图成果,以及塔里木盆地西南缘齐姆根地区及邻区完成的二维地震资料及钻井资料成果,对该区地震剖面资料进行详细的构造解释,提出齐姆根弧形构造单斜之下存在3个隐伏逆冲构造楔形体,即棋盘楔形构造、齐姆根楔形构造和英吉沙楔形构造。地震剖面解释的生长地层指出棋盘楔形构造形成最早,为上新世阿图什组沉积时期;其次发育齐姆根楔形构造,为更新世西域组底部沉积时期;最晚发育英吉沙楔形构造,时间大约在更新世西域组中-上段沉积时期,据此认为齐姆根中深层逆冲构造位移扩展方式为前展式。而且地震剖面解释上也揭示了白垩系到新近系地层厚度异常增厚发育的构造部位及发育规律,说明地层异常厚度变化受区域构造控制,其时间大约为更新世西域组沉积时期。该时期对应于喀什—叶城走滑断层系活动时期,据此我们推测由于走滑断层系区域侧向挤压作用以及东西两侧发育的逆冲构造带起到了限制阻挡作用,三者联合之下造成了齐姆根单斜上含软弱层的各时代地层被挤压屈曲形成弧形形态构造,在弧形构造发育期间岩层之间层间滑脱加厚可导致地层厚度异常增厚。综合前面认识,最后提出齐姆根弧形构造为叠加构造发育地区,经历了早、晚两期构造叠加变形:早期为逆冲楔形构造发育阶段,晚期为走滑作用改造及弧形构造形成阶段。而且沿着齐姆根弧形构造走向,弧形构造北西侧翼部单斜发生逆时针旋转,而弧形构造南东侧翼部单斜发生顺时针旋转,并得到已有古地磁数据支持,属于旋转弧构造类型。该认识支持了帕米尔东侧局部弧形构造是在早期发育的逆冲推覆构造基础上,逐渐叠加有晚期发育的左旋走滑断层而形成弧形构造。

状态监测及远程诊断技术在大化肥机组中的应用

大化肥“五大机组”是化肥生产的核心动设备。对大机组实施全天候监控,提前预知机组潜在异常和隐患,BH5000状态监测及远程诊断系统采集本特利3500中振动、轴位移、转子键相、轴瓦温度及机组转速等状态参数,在服务器中,通过状态监测诊断软件对机组状态参数进行频谱分析,判断机组故障类型、故障损坏程度和故障位置,同时将机组故障与数据库案例对比,对机组异常及隐患提前预警,利用互联网技术,由专家团队对机组实现远程精密诊断,以实现事后维修变为事前维修,计划维修变为预知维修。利用状态检测频谱分析快速排查出空气压缩机带水振动及原料气压缩机汽轮机动转子不平衡引起的振动。将隐患消除在萌芽状态才能从根本上保证机组安全、长周期运行。

基于日志模板主题特征的日志异常检测

在系统安全领域,通过日志来检测软件或者系统异常是一种常用的安全防护手段。随着软件和硬件的快速发展,在大规模的日志记录上进行人工标记变得十分困难,目前已有大量的日志异常检测的相关研究。现有的自动化日志检测模型均使用日志模板作为分类,这些模型的性能以及实用性很容易受到日志模板变化的影响。因此,基于日志模板主题特征的日志异常检测模型LTTFAD被提出,LTTFAD首次引入了LDA主题模型以提取日志模板的主题特征并且通过循环神经网络LSTM实现异常检测。实验结果表明,在HDFS和OpenStack数据集上基于日志模板主题特征的日志异常检测模型LTTFAD的查准率、查全率和调和分数等性能指标均明显优于现有基于日志模板的日志异常检测模型。此外,对于新日志模板的注入,LTTFAD模型依然具有较高的稳定性。

面向云环境密文排序检索的字典划分向量空间模型

针对传统向量空间模型(TVSM)生成的向量维度高,计算文档与检索关键词相关度的向量点积运算耗时长的问题,提出一种面向云环境密文排序检索的字典划分向量空间模型(DPVSM)。首先给出DPVSM的具体定义,并证明了DPVSM中检索关键词与文档的相关度得分与TVSM中的相关度得分完全相等;然后,采用等长字典划分方法,提出加密向量生成算法和文档与检索关键词相关度得分计算算法。实验结果表明,DPVSM文档向量的空间开销远少于TVSM,且文档数量越多开销降低越多;此外,DPVSM的检索向量的空间开销以及相关度得分计算的耗时也远低于TVSM。显然,DPVSM在生成向量的空间效率和相关度得分计算的时间效率上均优于TVSM。

横向联邦学习中差分隐私聚类算法

聚类分析能够挖掘出数据间隐藏的内在联系并对数据进行多指标划分,从而促进个性化和精细化运营。然而,数据孤岛造成的数据碎片化和孤立化严重影响了聚类分析的应用效果。为了解决数据孤岛问题的同时保护相关数据隐私,提出本地均分扰动联邦K-means算法(ELFedKmeans)。针对横向联邦学习模式,设计了一种基于网格的初始簇心选择方法和一种隐私预算分配方案。在ELFedKmeans算法中,各站点联合协商随机种子,以较小的通信代价生成相同的随机噪声,保护了本地数据的隐私。通过理论分析证明了该算法满足差分隐私保护,并将该算法与本地差分隐私K-means(LDPKmeans)算法和混合型隐私保护K-means(HPKmeans)算法在不同的数据集上进行了对比实验分析。实验结果表明,随着隐私预算不断增大,三个算法的F-measure值均逐渐升高;误差平方和(SSE)均逐渐减小。从整体上看,ELFedKmeans算法的F-measure值比LDPKmeans算法和HPKmeans算法分别高了1.7945%~57.0663%和21.2452%~132.0488%;ELFedKmeans算法的Log(SSE)值比LDPKmeans算法和HPKmeans算法分别减少了1.2042%~12.8946%和5.6175%~27.5752%。在相同的隐私预算下,ELFedKmeans算法在聚类质量和可用性指标上优于对比算法。

基于差异补偿和短期采样对比损失的城市电力负荷预测方法

城市电力负荷预测是城市智能电网规划和调度的一项重要内容。然而,城市电力负荷预测中存在数据不均的问题,给城市电力负荷预测带来了巨大挑战。传统的基于单一模型的方法难以解决数据不均的问题,而现有的基于多模型的预测方法根据电力负荷分布将数据集拆分成多个子数据集,然后分别建立多个预测模型进行预测,该类方案在一定程度上解决了数据不均问题,但存在模型构建成本较高、不同分布样本间共有的电力分布特征发生分离等问题。基于此,提出了一个轻量级城市电力负荷预测模型(Lighten-DCSC-LSTM)。该模型通过在长短期记忆网络的基础上引入差异补偿的思想和短期采样对比损失进行构建,同时构建共享特征提取层来降低模型构建成本。其中,差异补偿思想通过学习不同电力负荷分布样本之间的差异对主序列预测模块的预测结果进行差异补偿,短期采样对比损失通过动态类中心的对比学习损失对模型的训练进行正则化。为了验证模型的性能,进行了参数调优和对比实验。对比实验结果表明,模型在预测电力负荷的任务中取得了良好的性能。

磁粉离合器的性能分析及应用

本文分析了磁粉离合器的原理,并通过试验对其性能进行了分析。首先,本文发现磁粉离合器的扭矩划分误差较大,且使用时间越长,转矩变化较大。其次,通过高温、低温实验,发现磁粉离合器在低温下表现不佳。低温下扭矩大于室温下,输出不稳定。本文为磁粉离合器在低温条件下的使用提供了一些指导,并对正确使用磁粉离合器提出了一些建议。

一种低耗能的数据融合隐私保护算法

物联网中的隐私保护是实际应用中要解决的关键问题之一,作为物联网组成部分的无线传感器网络,希望在进行精确数据融合的同时,又能保护个人的隐私.文中提出了一种新的低能耗无线传感器网络数据融合隐私保护算法ESPART.一方面算法依靠数据融合树型结构本身的特性,减少数据通信量;另一方面算法分配随机时间片,避免碰撞.同时限制串通数据范围,降低数据丢失对精确度的影响.仿真结果显示,相比于SMART算法,ESPART可以在有效保护数据隐私的前提下,花费与TAG算法相同的时间和较少的数据通信量,得到精确的数据融合结果.

准噶尔盆地西北缘斜向挤压构造与油气分布规律

根据地面地质调查资料、卫星遥感影像地质解译成果、准噶尔盆地西北缘大地电磁测深剖面的最新解释以及地震剖面资料综合研究,认为准噶尔盆地西北缘斜向挤压构造是由该区发育的达拉布特左行走滑断裂、西北缘逆冲推覆构造以及北西向右行横向走滑断裂组成。其中,达拉布特边界断裂左行走滑作用是形成准噶尔盆地西北缘逆冲推覆构造和北西向右行横向走滑断裂的主要控制因素,西北缘逆冲推覆构造与北西向右行横向走滑断裂的交合部位是准噶尔盆地西北缘地区油气的主要聚集区域。

传感器网络中面向隐私保护的高精确度数据融合算法

无线传感器网络是物联网的重要组成部分,在数据融合的同时加入隐私保护机制是无线传感器网络隐私保护与安全的手段之一.文中针对现有SMART隐私保护方案的一些性能缺陷,加入多类优化因子,形成新的传感器网络数据融合隐私保护算法.这些算法的重点是提高数据融合的精确度和安全性,其中加入局部优化因子的算法在保证高精确度的同时,构成了新的隐私保护方案,有效地降低了通信量,从而减少节点能量支出,间接地延长了网络存活时间.仿真结果显示,吸收这些优化因子的P-SMART-CLPNT算法是一种具有精确度高、通信量小的隐私保护数据融合算法.

物联网安全特征与关键技术

物联网的安全与隐私保护问题直接关系到物联网服务能否得到真正的实际推广应用,从信息安全的机密性、完整性和可用性等三个基本属性出发,分析了物联网安全的特征和面临的安全问题,讨论了物联网安全的系统架构,以及一些安全关键技术,包括密钥管理、认证与访问控制、安全路由、隐私保护、入侵检测与容错容侵等,对其中的密钥管理和路由技术进行了较详细的讨论。

燕山造山带东段——辽西地区薄皮逆冲推覆构造

辽西地区为华北北缘中生代燕山造山带东延部分。地表地质调查和新的地震剖面资料的构造解释表明辽西地区逆冲推覆构造系为大型薄皮构造组成的楔形体,主要由凌源—北票逆掩断层、牛营子—郭家店逆掩断层、汤神庙逆掩断层和建昌—朝阳逆掩断层,以及在这些逆掩断层上盘发育的大型推覆体组成。逆冲构造的扩展方式为背驮式,逆冲指向南东,定型时代为早白垩世中期,即早白垩世义县组火山碎屑岩(110Ma)和早白垩世九佛堂组之间。中侏罗世—早白垩世中期形成的辽西地区道冲推覆构造系既与西伯利亚板块与华北板块之间蒙古—鄂霍茨克大洋最终闭合碰撞有关,同时也与古太平洋板块向西俯冲在东亚大陆之下有关。

基于身份加密的无线传感器网络密钥分配方法

由于无线传感器网络在电源、计算能力和内存容量等方面的局限性,传统的网络密钥分配和管理方法已不适用.本文从基于身份密钥体系出发,提出了一种适用于无线传感器网络的密钥预分配方法.首先简要介绍了身份密钥体系,特别是Boneh-Franklin算法,然后基于身份密钥系统和Diffie-Hellman算法,给出我们的密钥分配方法,并从方法的复杂性、安全性、健壮性和内存需求等方面,与随机算法等进行了分析比较,结果表明我们的算法在这些方面有一定的优势.最后我们讨论了可进一步研究的内容.

塔里木北缘库车盆地冲断构造平衡地质剖面研究

库车盆地位于天山与塔里木之间，在盆内发育有一系列冲断推覆构造，其主要构造样式为沿倾角２．５°基底拆离面上发育的背驮式冲断构造系，逆冲方向由北向南形成时代为中新世—第四纪．应用平衡地质剖面原理，建立了该冲断构造带的两条平衡地质剖面和复原剖面，结果表明，库车盆地冲断构造缩短率达到３５％～４５％，但缩短量不一致．三叠系—侏罗系缩短４０～５０ｋｍ。

准噶尔西北缘斜向挤压构造与走滑断裂

古板块构造研究表明古生代以来,准噶尔地块以斜向方式拼合到阿尔泰(Altaids)造山带构造域内,导致准噶尔西北缘一直处在斜向挤压构造背景之下,并发育高角度逆冲推覆构造带以及横向走滑断裂。地面地质调查、遥感卫星影像解译、大地电磁测深剖面和地震剖面构造解释资料综合研究表明,准噶尔西北缘边界断裂为达拉布特左行走滑断裂,西北缘逆冲推覆构造带为基底卷入的高角度逆冲断裂褶皱带;在与逆冲带走向相垂直方向,发育有北西向横向走滑断裂,这些断裂为同一斜向挤压构造背景下形成的同期构造,形成时间约在晚二叠到侏罗纪之间。大地电磁测深和地震剖面解释表明,达拉布特走滑断裂控制了西北缘高角度逆冲断裂的分布与性质。西北缘二维和三维地震剖面解释表明,横向走滑断裂样式为正花状构造或者负花状构造,同时具有向南东或北西方向逆冲和拉伸的特征。横向走滑断裂为西北缘逆冲构造南北方向分段的主要断裂,并控制了西北缘中生代地层的沉积。西北缘构造是形成于主边界断裂的斜向挤压作用,而基底卷入逆冲断裂则属非纯挤压形成的逆冲构造。

北天山北缘构造剖面测量及多期构造变形

天山北缘为典型的大陆内部活动构造特征,发育准噶尔盆地南缘逆冲带,主要表现为新生代时期形成的多排平行山体的背斜和逆冲断层。为了详细研究该区主要构造变形特征和变形形成时间,2005年我们对天山北缘进行了详细的地表地质剖面测量,之后进行了多年地表地质区域调查,落实了关键砾岩地层时代,充分结合卫星遥感影像资料、二维三维地震剖面和钻井测井资料,应用断层相关褶皱理论,完成了一条近SN向的长度50km的金钩河—安集海河构造地质大剖面。野外观察和地质测量以及生长地层和生长地层不整合分析表明,安集海深层背斜初始形成时间为中新世早期,在第四纪西域组(Q1x)、乌苏群(Q2)和第四纪中晚期(Q4)最终定型的浅表背斜,深层为断层转折褶皱和中浅层反冲的楔形构造叠加组合而成;霍尔果斯深层背斜初始形成时间为中新世晚期,在第四纪中晚期Q4最终定型,构造样式为深层断层转折褶皱、中深层楔形构造和浅层断层扩展背斜叠加组合而成。区域地质调查发现一条近东西走向285°,发育在中生界地层的准南走滑断层,该断层位于准南边界逆冲断裂以北,形成时间最晚(Q4)。根据准南安集海背斜、霍尔果斯背斜和准南边界逆冲断裂初始形成时间,可以认为准南构造初始逆冲次序为后展式,然后整个逆冲带从第四纪早期西域组晚期开始一直活动到现今。

函数回归的差分隐私保护算法

函数型数据回归是一种特殊的回归分析,其响应或协变量包含函数型数据,即样本元素为连续函数的数据。函数型数据在医疗保健、社交媒体、传感网络等诸多领域都有重要应用,通常包含一些敏感信息,在回归分析的过程中,不加保护会引起隐私的泄露。针对函数型数据回归分析中缺少隐私保护的问题,提出了一种基于拉普拉斯机制的函数回归的差分隐私保护算法。首先,对响应数据进行降维,将响应函数建模为相互正交的B样条基的张量积,建立函数回归的数学模型;其次,对回归模型的未知参数取值使用惩罚最小二乘法估计,并通过正交基函数的数量控制粗糙度;最后,对估计参数加入服从拉普拉斯分布的噪声扰动,得到最终的回归结果。理论分析和实验表明,函数回归的差分隐私保护算法满足拉普拉斯机制的差分隐私保护,并且随着隐私预算的减小,算法效率越高,在保证数据安全性的同时达到了良好的可用性。

塔里木盆地和田河气田玛扎塔格滑脱背斜构造特征

塔里木盆地巴楚隆起南侧的和田河气田是在玛扎塔格构造上发现的典型背斜型气藏。由于该区钻井主要集中在构造核部,钻井深度相对较浅,而构造两翼的地震资料品质较差,因而对该构造出现了多种解释结果。本文依据钻井资料标定,应用断层相关褶皱理论,对该区二维地震剖面测网重新进行详细构造解释。结果表明,玛扎塔格构造主要构造样式为以中寒武统膏岩为滑脱面的滑脱背斜,玛4井东构造样式则为断层扩展褶皱,表明玛4井东存在近南北走向的横向走滑断层,并在地震剖面上得到证实。地震解释结果也证实了玛扎塔格构造西北侧发育的古董山逆冲断层向南东方向延伸进入和田河气田。滑脱褶皱背斜南北两翼发育的中新世-上新世生长地层和第四系角度不整合,表明该构造主要形成时期为中新世—上新世,而且第四纪该构造又重新活动。

塔里木盆地巴楚隆起北缘阿恰基底卷入构造

塔里木盆地巴楚隆起为第四系不整合覆盖的古隆起,在其西北缘发育NW走向的阿恰断裂、萨拉姆布拉克背斜、向斜和隐伏的乔来麦提断裂。地震剖面和钻井资料显示,阿恰断裂为倾向南的基底卷入逆冲断裂,向北逆冲,错断层位从前寒武系基底一直到中寒武统膏岩,从西向东逆冲断距减少。乔来麦提断裂则以中寒武统膏岩为滑动面,向南逆冲,并在断层端部发育萨拉姆布拉克断层扩展褶皱。这两种类型构造样式的断裂(基底卷入断裂和盖层滑脱断裂),在剖面上组成典型的楔形构造几何形态,平面上形成三角形构造。遥感影像解译指出阿恰断裂和萨拉姆布拉克向斜向北西方向延伸进入柯坪逆冲带,并在该带有相应方向的地表构造显现,与北东走向的柯坪逆冲带组成叠加构造。生长地层分析确定基底卷入构造形成于始新世—中新世,而柯坪逆冲带形成于第四纪,明显晚于巴楚隆起形成时代。