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DSE精選文章 | Set-Based Adaptive Distributed Diferential Evolution for Anonymity-Driven…【轉(zhuǎn)發(fā)】
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2022-09-15
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DSE精選文章

Set-Based Adaptive Distributed Diferential Evolution for Anonymity-Driven Database Fragmentation

 

Data Science and Engineering (DSE)是由中國計算機學(xué)會(CCF)主辦,數(shù)據(jù)庫專業(yè)委員會承辦,施普林格·自然(Springer Nature)集團出版的開放獲取(OA)期刊。本篇文章精選自DSE第6卷第4期發(fā)文,得到中新賽克贊助文章處理費。

 

文章介紹

數(shù)據(jù)庫碎片可以通過打破屬性之間的敏感關(guān)聯(lián)來保護外包數(shù)據(jù)存儲的隱私。數(shù)據(jù)庫碎片算法需要先驗知識處理數(shù)據(jù)庫中的敏感關(guān)聯(lián),因此這些算法的有效性受到先驗知識的限制。受匿名技術(shù)中匿名度度量的啟發(fā),該文提出了一種基于集合的自適應(yīng)分布式差分進化(S-ADDE)算法,用于解決匿名驅(qū)動的數(shù)據(jù)庫碎片問題。S-ADDE中的個體代表數(shù)據(jù)庫分片的解,每個解的匿名度設(shè)置為個體的ftness值。S-ADDE中個體的更新反映了數(shù)據(jù)庫碎片化匿名度的增加。此外,該文的主要貢獻如下:

1.為了保證種群的多樣性,該文采用包含四個亞種群的島嶼模型;

2.該文提出了兩種基于集合的算子,即基于集合的變異算子和基于集合的交叉算子,將傳統(tǒng)差分進化中的連續(xù)域轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)庫碎片問題中的離散域;

3.在基于集合的變異算子中,每個個體的變異策略根據(jù)進化性能自適應(yīng)選擇;

4.實驗結(jié)果表明,該文提出的S-ADDE明顯優(yōu)于文中比較的方法,驗證了提出的算子的有效性。

實驗效果

如圖1所示,描述了一個樣本數(shù)據(jù)庫,包含九個屬性和六個記錄。其中數(shù)據(jù)庫分為三個片段,這三個片段構(gòu)成圖底部所示的片段解決方案。所提出的S-ADDE算法中的每個個體代表一個數(shù)據(jù)庫碎片解決方案。因此,個體中的每個位表示數(shù)據(jù)庫中的一個屬性,其值表示選擇相應(yīng)屬性進行分配的片段。

圖1. S-ADDE算法中的個體表示的示例

如圖2所示,描述了島嶼模型的一個示例,其中每個大圓表示一個子種群。在大圓中,小三角形和圓代表最好的個體和個體其他亞群體個體。子種群中的最佳個體以預(yù)定義的遷移間隔被發(fā)送到通信拓撲上的鄰域子種群。然后,隨機選擇每個子群體中的一個個體,并由接收到的精英個體代替。

圖2. S-ADDE算法中的孤島模型的示例

如表1所示,描述了其他方法在實驗中獲得的平均值和標(biāo)準偏差值,最佳結(jié)果用黑體標(biāo)出。可以看到,S-ADDE算法在所有測試用例上都優(yōu)于其他方法,可以在探索性搜索和開發(fā)性搜索之間實現(xiàn)更好的平衡。但是在復(fù)雜的測試用例(如和)中,S-ADDE更容易陷入局部最優(yōu)。

表1. S-ADDE算法與其他方法的比較

如圖3所示,描述了四個典型測試用例的收斂曲線。其中,HA是一種針對數(shù)據(jù)庫碎片問題的最先進的啟發(fā)式算法,DE用作基線算法,S-DDE算法中數(shù)據(jù)庫碎片問題通過基于集合的變異和交叉算子進行優(yōu)化。

一開始,這三種算法都收斂得很快。HA很快陷入局部最優(yōu)并停滯。由于DE和S-ADDE的探索能力,它們可以在搜索過程中不斷提高匿名度。S-ADDE的綠線和DE的紅線之間的差異驗證了孤島模型和所提出的基于集合的算子在S-ADDE中的有效性。

圖3. 四個典型測試用例上競爭方法的收斂曲線 

如表2所示,描述了S-ADDE算法結(jié)果對原始數(shù)據(jù)集的影響。其中,AD表示每個數(shù)據(jù)集的匿名程度,min(AD)、avg(AD)和max(AD)表示由S-ADDE中的片段獲得的匿名度的最小值、平均值和最大值。

表2. S-ADDE結(jié)果對原始數(shù)據(jù)集的影響

如圖4所示,描述了16個測試用例的S-ADDE加速比。隨著S-ADDE的并行粒度不斷增加,加速比也顯著增加。不同測試用例中的加速比曲線各不相同,這是因為不同的測試用例具有不同的復(fù)雜性,需要不同的評估時間。

圖4. 所有測試用例的S-ADDE加速比

結(jié)語

該文定義了一個匿名驅(qū)動的數(shù)據(jù)庫碎片問題。為了解決這個問題,該文提出了S-ADDE 算法。S-ADDE算法利用孤島模型來提高種群多樣性,這在復(fù)雜性高的搜索問題中至關(guān)重要。該文提出了兩種基于集合的算子,即具有自適應(yīng)變異策略選擇的基于集合的變異算子和基于集合的交叉算子。S-ADDE的計算效率驗證了所提出算子的有效性。此外,該文對數(shù)據(jù)庫分片的隱私問題(即匿名度)進行了優(yōu)化。在未來工作中,作者計劃進一步研究和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫碎片的效用問題。

作者簡介

Yong-Feng Ge,分別于 2015 年和 2018 年在中國廣州中山大學(xué)獲得計算機科學(xué)學(xué)士、碩士學(xué)位,在華南理工大學(xué)計算機專業(yè)攻讀博士學(xué)位。主要研究方向包括進化計算算法及其應(yīng)用、大規(guī)模優(yōu)化算法,分布式進化算法及其應(yīng)用。
Jinli Cao,1997年獲得澳大利亞南昆士蘭大學(xué)計算機科學(xué)博士學(xué)位。目前是澳大利亞拉籌伯大學(xué)計算機科學(xué)和信息技術(shù)系的全職高級講師。她在國際會議和期刊上發(fā)表了115多篇研究論文。主要研究方向是數(shù)據(jù)工程和信息系統(tǒng),包括大數(shù)據(jù)分析、推薦系統(tǒng)和數(shù)據(jù)隱私保護。
王樺,2004年獲得南昆士蘭大學(xué) (USQ) 計算機科學(xué)學(xué)士學(xué)位。2011年至2013年擔(dān)任南昆士蘭大學(xué)教授。他目前是維多利亞大學(xué)應(yīng)用信息學(xué)中心的全職教授。主要研究方向包括人工智能、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、訪問控制、隱私和 Web 服務(wù),以及它們在電子健康和電子環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。
陳貞翔,工學(xué)博士,濟南大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,濟南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院院長,網(wǎng)絡(luò)工程國家一流專業(yè)負責(zé)人,山東省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師,山東省高等學(xué)校青創(chuàng)科技團隊帶頭人,濟南市高校自主創(chuàng)新團隊領(lǐng)軍人才。主要從事計算機網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、智能信息處理等領(lǐng)域研究,主持國家自然科學(xué)基金項目2項、山東省重點研發(fā)計劃等省部級項目10余項。

張彥春,廣州大學(xué)/鵬城實驗室特聘教授,澳大利亞維多利亞大學(xué)名譽教授。多年來一直從事社會計算和電子健康,大數(shù)據(jù)與AI算法與應(yīng)用研究工作,在信息技術(shù)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)表國際期刊和學(xué)術(shù)會議文400余篇。已經(jīng)出版,編輯書刊和專輯20余部,完成指導(dǎo)相關(guān)方向40多名博士生和博士后。

 

 

期刊簡介

Data Science and Engineering(DSE)是由中國計算機學(xué)會(CCF)主辦、數(shù)據(jù)庫專業(yè)委員會承辦、施普林格自然(Springer Nature)出版的Open Access期刊。為了迎合相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展需求,DSE致力于出版所有和數(shù)據(jù)科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)的關(guān)鍵科學(xué)問題與前沿研究熱點,以大數(shù)據(jù)作為研究重點,征稿范疇主要包括4方面:(1)數(shù)據(jù)本身,(2)數(shù)據(jù)信息提取方法,(3)數(shù)據(jù)計算理論,和(4)用來分析與管理數(shù)據(jù)的技術(shù)和系統(tǒng)。

目前期刊已被EI、ESCI與SCOPUS收錄,CiteScore 2021為6.4,在Computer Science Applications領(lǐng)域排名# 157/747(位列前21%)。稿件處理費由贊助商中新賽克(Sinovatio)承擔(dān),歡迎大家免費下載閱讀期刊全文,并積極投稿。

 

 

論文原文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s41019-021-00170-4


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