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工业生物催化剂的筛选与应用

工业生物催化剂的筛选与应用

引用

2018年第七届生物育种暨高通量筛选技术理论与应用研讨会、中国生物发酵产业协会微生物育种分会第四次学术会议

作者：郑裕国中国工程院浙江工业大学

工业生物催化剂的筛选、发现与改良是工业生物技术创新的源头，同时也是制约其大规模应用的瓶颈。传统的菌种筛选技术通常依赖色谱技术，处理量小、效率低、筛选周期长。

关键词：

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虚拟同步机在风电场的应用前景分析

虚拟同步机在风电场的应用前景分析

引用

2018智能电网新技术发展与应用研讨会

作者：袁冬冬赵彦飞牛虎葛林耀赵佳琪国网新源张家口风光储示范电站有限公司

随着风力发电大规模接入电网,惯性调节将影响电网的电压和频率稳定性,势必对电网稳定性造成影响。虚拟同步机与风力发电机组的结合,一定程度上能够解决此问题。从虚拟同步机的技术和经济层面出发,概述了虚拟同步机在风电场的应用前景。

关键词：风力发电虚拟同步机电网稳定性

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八段锦联合KOO深度呼吸训练器在COPD患者肺康复中的研究

八段锦联合KOO深度呼吸训练器在COPD患者肺康复中的研究

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2021年全国武术教育与健康大会暨民族传统体育进校园研讨会

作者：刘东仁孟庆华鲍春雨天津体育学院社会体育与健康科学学院天津体育学院天津市运动生理与运动医学重点实验室山东省运动康复研究中心

目的:探究八段锦联合K00深度呼吸训练应用于慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者膈肌训练和肺康复的价值及其对膈肌功能和肺功能指标的影响。为后疫情时代膈肌锻炼和肺功能康复提供基于传统武术和现代方... 详细信息

目的:探究八段锦联合K00深度呼吸训练应用于慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者膈肌训练和肺康复的价值及其对膈肌功能和肺功能指标的影响。为后疫情时代膈肌锻炼和肺功能康复提供基于传统武术和现代方法相结合的运动处方,助力"体医结合"和"全民健康"。方法:选取某疗养院收治的60例COPD患者并将其随机分为空白组、K00组、八段锦组和联合组(K00+八段锦联合使用),每组15例。空白组给予常规药物治疗和护理指导;K00组在空白组基础上给予K00深度呼吸训练器使用指导、制定K00训练计划(根据患者情况制定每天的训练组数和次数,每天分上下午进行,各在1h内完成)并指导训练;八段锦组在空白组基础上给予八段锦动作指导,制定八段锦训练集计划(根据患者情况制定每天的训练组数和次数,每天分上下午进行,各在1h内完成)并指导训练;联合组在两组训练强度都减半的情况下联合使用K00训练方案和八段锦组方案并指导训练。分析并比较4组干预前和干预后30d、60 d及90d的膈肌测试指标:膈肌厚度、膈肌活动度,和肺功能测试指标:肺活量(VC)、用力肺活量(FVC)、每分钟最大通气量(MVV),FVC、FEV1,呼吸频率(RR)。记录最大摄氧量、最大功率、最大心率。其中肺功能测试方法:利用CORTEX便携式心肺功能仪对受试者心率、通气量、摄氧量等指标并进行记录。膈肌厚度测试方法:用飞利浦医用彩超仪IU22测量膈肌厚度,飞利浦医用数字X线成像系统(DR)测量COPD患者深吸气相和深呼气相正位X光片,呼气相和吸气相各测量两次,取平均值后计算膈肌活动幅度。统计学方法:采用SPSS22.0进行配对样本t检验各变量之间的差异,P<0.05为差异显著。结果:干预后K00组、八段锦组和联合组的膈肌功能指标和肺功能指标较空白组都有了不同程度的改善。其中各组间,膈肌厚度变化尚没有统计学意义,这可能与实验时间不够长,或者训练强度不够大有关。联合组膈肌活动幅度增幅明显较K00组和八段锦组高,差异有统计学意义。K00组膈肌活动幅度变化较八段锦组稍大,但组间差异无统计学意义。肺功能各相关指标变化各组间差异均不相同。其中以联合组指标改善最大,其中与其他三组相比FVC、FEV1、RR和最大摄氧量均差异显著(P<0.05)。K00组和八段锦组组间比较仅VC、FVC差异有统计学意义。另,联合组步行距离(6WMD) COPD评估测试量表(CAT)评分等都有不同程度改善。结论:八段锦联合K00呼吸训练器对老年COPD患者进行干预训练,有助于膈肌训练和肺通气功能改善,能够调控血气指标,调节呼吸功能,改善运动耐力水平,提高临床疗效。且其效果明显优于单独使用K00或八段锦。八段锦联合K00可实现通过膈肌训练和肺功能康复,延缓老年COPD患者的衰弱状态,提高其膈肌功能和肺功能,也能改善其下肢肌力、平衡能力及睡眠质量等,也可为疗养院老年COPD患者的肺功能康复过程带来乐趣。由此可见,K00+八段锦是值得在老年COPD患者中进行处方化使用。

关键词：八段锦 K00呼吸训练器慢性阻塞性肺疾病肺功能指标膈肌训练肺康复

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磁性纳米材料设计及其在生物医学影像中的应用

磁性纳米材料设计及其在生物医学影像中的应用

引用

中国化学会2019年中西部地区无机化学化工学术研讨会

作者：侯仰龙汪志义磁电功能材料与器件北京市重点实验室北京大学工程科学与新兴技术高精尖创新中心材料科学与工程系北京大学工学院

磁性纳米材料具有独特的物理化学性能,在生物医学影像中具有巨大的应用潜力。本报告将重点介绍课题组近年来纳米材料设计的发展及其在肿瘤的生物成像中的应用。为了利用磁性纳米粒子的物理特性来提高对肿瘤的磁共振成像效果,因此合成了... 详细信息

磁性纳米材料具有独特的物理化学性能,在生物医学影像中具有巨大的应用潜力。本报告将重点介绍课题组近年来纳米材料设计的发展及其在肿瘤的生物成像中的应用。为了利用磁性纳米粒子的物理特性来提高对肿瘤的磁共振成像效果,因此合成了FeC纳米颗粒;随后,通过与具有靶向功能的Z进行配位接枝,FeC纳米探针可以在较低的细胞毒性下靶向肿瘤细胞,实现磁共振成像和光声成像介导的光热疗;此外,FeC纳米颗粒也可以通过递送抗癌药物阿霉素来构建磁共振成像介导的光热疗和化疗联合的多功能纳米治疗平台;再次,我们设计合成了单分散Au-FeC双面神纳米粒子,通过与Z结合,构建了一种通过磁共振成像/光声成像/计算机X线断层扫描的三模式成像介导肿瘤光热疗的肿瘤诊疗纳米探针;此外,我们还设计合成了单分散AuCu四枝状纳米晶,通过与功能化修饰,构建了可降解的荧光成像和光声成像介导的近红外二区的光热诊疗纳米探针;近年来,我们还利用Fe/FeO纳米颗粒与温敏型聚合物高分子PLGA-PEG-PNIPAM,构建了一种近红外光和肿瘤微环境双响应尺寸可切换纳米胶囊的诊疗纳米探针,实现了荧光成像和磁共振成像介导的光疗,化疗和化学动力学治疗的肿瘤协同治疗。今后,将继续开发磁性纳米颗粒的化学设计,探讨其在肿瘤生物医学影像中的应用。

关键词：磁性纳米材料生物医学影像诊疗纳米探针肿瘤协同治疗

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马尾藻细胞器基因组学及其在黄海金潮中的应用

马尾藻细胞器基因组学及其在黄海金潮中的应用

引用

第十三届全国生物多样性科学与保护研讨会

作者：刘峰栾伟金柘王瑜刘兴凤石士涛中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室和海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛 266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生物学与生物技术功能实验室山东青岛 266237 中国科学院海中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室和海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛 266071

马尾藻(Sargassum)是我国沿海广泛分布的大型褐藻，该属在全球分布有350多个物种。马尾藻生物量的大规模积累可以导致金潮的发生，对海洋生态健康和经济发展带来严重的破坏性影响。

关键词：马尾藻铜藻金潮细胞器基因组褐藻

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Pt系单晶电极溶液界面结构与过程探究

Pt系单晶电极溶液界面结构与过程探究

引用

作者：魏杰中国科学技术大学

学位级别：博士

以燃料电池、锂离子电池等为代表的电化学物质-能源转换技术具有清洁、高效等优点,若能大规模与利用风能、太阳能等的清洁燃料生产技术配套应用,将有效解决石油短缺的能源问题和城市雾霾污染等环境问题。电催化剂/电解质界面是决定电化... 详细信息

以燃料电池、锂离子电池等为代表的电化学物质-能源转换技术具有清洁、高效等优点,若能大规模与利用风能、太阳能等的清洁燃料生产技术配套应用,将有效解决石油短缺的能源问题和城市雾霾污染等环境问题。电催化剂/电解质界面是决定电化学物质-能源转换装置性能的核心。一方面,电催化剂/电解质界面的电子、几何结构是决定界面反应的电化学机理与动力学的重要因素;另一方面,电催化剂一侧的表面结构也很容易在反应过程中发生一系列变化,与之伴随的则是可能的反应机理与动力学改变。因此,了解催化剂/电解质界面,尤其是催化剂在反应状态下的结构与动态变化规律是正确揭示催化剂的构、效关系的前提。模型单晶电极由于表面结构确定,实验上的可控性与可重现性高,且对微观结构的细小变化相对较敏感,非常适合探究电催化剂的构、效关系以及电催化剂结构在反应过程中的动态变化规律。电化学扫描隧道显微镜技术(EC-STM)能在原子、分子水平上直接观察电极溶液界面的结构,其中快速扫描隧道显微镜技术(In situ Video-STM),还能在毫秒时间尺度上直接观察和跟踪电极溶液界面结构与动态变化行为以及相关界面过程的动力学行为。在本论文中,我主要采用原位(快速)扫描隧道显微镜技术并结合常规的电化学方法深入研究了 Pt(hkl)单晶电极的电化学界面结构与动态变化行为、Pt(hkl)电极上CO等吸附层的结构及其在氧化过程中的动态变化,以及Ir(hkl)单晶电极上的氧还原过程。得到的主要结果如下:(1)电解质水溶液中Pt(hkl)电极本身的表面结构及其表面CO与I-离子吸附层结构的电化学原位STM表征:在含碘化物或一氧化碳的0.5 M H2SO4溶液中,利用高分辨率电化学STM研究了不同电势下Pt(332)和Pt(997)的电极表面以及表面CO与I-离子吸附层的结构。我们观察发现,通过氢火焰退火,并在超纯水中淬火后转移到0.5 MH2SO4溶液中的电极,在0.1 VRHE下表面呈现粗糙的(111)台阶边缘,且其原子结构不太清楚。当两个电极上都吸附有CO后,(110)台阶边缘会变得平直并沿(111)方向对齐。相反,通过碘吸附会产生锯齿状的台阶线。这些表明,阶梯Pt电极的台阶边缘结构和Pt原子的迁移性受吸附物的影响很大。另外,Pt(997)和Pt(332)电极的(111)面分别为8个和5个Pt原子宽,分别在0.1 V下的硫酸溶液中形成了(√7>√7)R19.1°-I和(√3 × √3)R30°-I结构。相比之下,在这两个阶梯Pt电极上的(111)平台上都发现了和Pt(1 11)上一样的(2× 2)-3CO结构,但是在电极的(111)台阶上缘和下缘(槽底)分别观察到线性键合和三重键合的CO分子。原位STM显示,与台阶上缘相比,CO分子在台阶下缘的吸附更松散,从而有利于OH物种在这些位点的形成以及它们随后与CO分子在正电势下的反应。这些可能是阶梯Pt表面具有较高的CO氧化活性的原因。(2)硫酸溶液中Pt(111)上饱和CO吸附层随电极电势变化的动态相变过程:研究发现,饱和的(2 × 2)-3CO吸附层在氧化前会转化为(√19 ×√19)R23.4°-13CO吸附层结构。在这个相转变过程中有一个高度动态的表观(1× 1)-CO中间相结构,这在常规的STM观测中容易被确定为一个覆盖度为1 ML的高密度吸附相。但Video-STM结果表明这只是由表面CO吸附层预氧化产生的少量点缺陷引起的一种动态效应。结合DFT计算的结果,我们推断CO预氧化相变过程中电极表面CO吸附层的横向动力学很快。同时,即使在相转变后(√19 × √19)相特征开始出现的时候,表面的吸附层也还需要一段自重构的过程,最后才转化为稳定的(√19 ×√19)吸附层结构。吸附层中CO的快速横向迁移可视为为CO氧化动力学的平均场理论提供了重要实验的依据。另外,在表面高度动态迁移的CO吸附层中,偶尔我们还能观察到动力学相对较慢的表面空穴。经过仔细观察和分析发现,这种空穴属于Pt表面层原子中的缺陷,很可能起源于台阶边CO与台阶等高活性位的相互作用。这说明即使在较低的电位下,Pt(111)表面的CO吸附的高速动态横向迁移行为也能在一定程度上影响Pt电极的表面结构和稳定性。(3)Ir(hkI)电极的氧还原反应(ORR)动力学行为:通过循环伏安扫描和电势阶跃法研究了酸性介质中氧分子在Ir(111)和Ir(332)上的还原反应,发现i)Ir(111)上ORR的动力学明显慢于Pt(111)上的动力学,ORR的起始电势和半波电势分别比Pt(111)的大约负100 mV和370 mV;ii)在0.1 M HClO4中,当E>0.55 V时Ir(111)上氧还原仅形成H2O2;当E<0.4 V时,主要产物是H20,而在0.5 M H2SO4中,即使电位低至0.15 V,

关键词： Pt,Ir(hkl)单晶电极电界面表征 CO吸附氧化原位(快速)扫描隧道显微镜氧还原反应

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脱合金法制备高比能多孔硅基电池材料

脱合金法制备高比能多孔硅基电池材料

引用

中国化学会第三届中国能源材料化学研讨会

作者：安永灵刘帅冯金奎山东大学材料科学与工程学院

硅材料具有高能量密度的特点,使其成为目前锂电池负极材料的热点。然而大的体积效应导致的寿命衰减是制约其应用的关键问题。材料多孔化是缓冲体积效应的有效途径。我们采用廉价、可以大规模生产的化学脱合金和真空法制备了纳米多孔硅... 详细信息

硅材料具有高能量密度的特点,使其成为目前锂电池负极材料的热点。然而大的体积效应导致的寿命衰减是制约其应用的关键问题。材料多孔化是缓冲体积效应的有效途径。我们采用廉价、可以大规模生产的化学脱合金和真空法制备了纳米多孔硅基材料。将其应用于锂电池负极,较好的缓冲了体积效应,取得了良好的电化学性能。

关键词：高比能电池材料

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过渡金属硫族化合物基电催化剂的制备及其分解水性能研究

过渡金属硫族化合物基电催化剂的制备及其分解水性能研究

引用

作者：韩秀秀中国科学院大学

学位级别：博士

氢能源由于燃烧热值高、清洁无碳排放、可再生等优点，被认为是21世纪最具发展潜力的一种新能源。电化学催化水分解是一种高效的、环境友好型的制备氢气的途径。分解水包括两个半反应:阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)，传统的析... 详细信息

氢能源由于燃烧热值高、清洁无碳排放、可再生等优点，被认为是21世纪最具发展潜力的一种新能源。电化学催化水分解是一种高效的、环境友好型的制备氢气的途径。分解水包括两个半反应:阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)，传统的析氢和析氧技术使用的催化剂分别为Pt和IrO2、RuO2等贵金属材料。但是它们的高成本和低储量极大地提高了制氢成本，同时限制了电解水制氢技术的大规模应用。近年来，研究者开发出一系列高效的、廉价的、储量丰富的催化剂来代替贵金属，电解水技术也得到了飞速的发展。本论文以设计和发展非贵金属硫属族化合物和层状双金属氢氧化物组成的催化剂为出发点，通过形貌结构的调控、界面间电子结构的调控以及与导电载体的结合等途径优化催化剂的析氢、析氧或全解水性能，主要内容如下:　　1、对于电解水产氢来说，MoS2二维材料是一种非常受欢迎的非贵金属电催化剂。近年来，很多研究致力于增加活性位点或者提高导电性来提高MoS2的HER活性。但是，很少有研究会关注协同地调节MoS2的形貌结构和电子结构。因此我们引入二维氢化石墨烯(HG)，通过简单的溶剂热过程，得到垂直排列的MoS2超薄纳米片。由于HG载体能够协同的调节MoS2的形貌结构和界面间的电子性能，从而提高催化剂的导电性，增加析氢活性位点，并且优化氢吸附能。最终，优化的MoS2/HG催化剂在0.5M H2SO4电解液中，获得优异的HER活性和稳定性，例如:在电流密度为10mA cm-2时过电位为124mV;Tafel斜率为41mV dec-1;此外，在较大的过电位下持续反应24h，电流密度没有明显的降低。之后结合密度泛函理论计算，分析了优化的MoS2/HG催化剂的电子结构和氢吸附能。模拟结果表明，HG确实调节了MoS2的电子结构，增加活性位点数，同时优化了S边缘位点的氢吸附能，最终提高了催化剂的HER活性。　　2、对于电催化反应，除了催化剂的固有性质外，电极的微观结构也会影响催化剂的整体性能。以上粉体催化剂在组装成电极材料的过程中，需要使用有机粘接剂，如Nafion等。但是粘接剂不仅会降低催化剂的导电性，还会导致催化剂的脱落，影响稳定性，最终使催化剂不能达到预期的性能。而在三维导电载体上通过原位生长形成自支撑催化剂，可以避免使用粘接剂，从而充分展现催化剂的固有性能。另外，OER不仅作为电解水的半反应，参与电解水产氢的过程，而且在许多能源转换和存储体系中，扮演着重要角色。随着人们对柔性电子器件的需求日益增强，发展高效的、储量丰富的OER柔性电极材料成为必然趋势。基于此，我们以三维柔性材料碳纤维(CFs)为导电载体，通过简单的溶剂热处理，在其表面原位自组装形成NiSe纳米线阵列，获得了柔性催化剂NiSe/CFs。归因于特殊的结构特征以及原位形成的催化位点，该催化剂在1.0M KOH中表现出优异的OER性能。比如，在电流密度为50mA cm-2时，过电位仅为318mV，Tafel斜率是46mV dec-1。另外，经过70h持续的氧气析出之后，NiSe/CFs催化剂的性能没有明显的降低。更重要的是，该催化剂的OER性能甚至优于商业化的贵金属催化剂IrO2。　　3、以上两个工作集中于单电极催化剂的研究，两种催化剂在不同的电解液里才能达到其相应反应的最佳性能，这就为将阴极和阳极组合到同一个电解槽中带来了很大的挑战。为了解决这个问题，开发在相同的电解质中能展现其最佳析氢或析氧活性和稳定性的催化剂是非常有必要的。而实际工业中，分解水通常在碱性电解槽中进行，因此我们需要开发在碱性电解液中具有较高活性和良好稳定性的HER或OER催化剂。由于硫化镍丰富的物相组分，不同原子比的硫化镍具有不同的晶体结构和电化学性能;此外其在碱性电解液中具有极好的稳定性，因此在碱性分解水系统中展现出多样化的应用。另一方面，由于Ni-S相图非常复杂，因此导致硫化镍的物相和组分很难精确的控制。本论文中，我们通过改变硫源，利用简单的溶剂热合成法，可控的合成两种硫化镍催化剂。通过电化学测试发现，在1.0M KOH电解液中，NiS/CF催化剂更适合于析氧反应，而NiSx/CF催化剂更适合于析氢反应。基于此，将它们分别作为阳极和阴极组合成二电极体系，在1.0M KOH电解液中表现出非常优异的全解水性能，仅需要1.62V的电位就可以提供10mA cm-2的电流密度。　　4、以上三种电催化剂都是以碳材料为导电载体，虽然获得了很好的催化活性，但是，由于碳材料在碱性电解液中，尤其是强氧化条件下容易发生不可避免的腐蚀，无法满足工业上较长时间的持久性。因此我们引入导电性高、稳定性强的非碳材料载体泡沫镍(NF)，并以其为镍源，以FeS2为前驱体，通过简单的水热处理，获得了硫掺杂的NiFe层状双金属氢氧化物(LDH)组成的超薄纳米片。LDH的层状结构不仅有利于

关键词：电解水制氢电催化剂过渡金属硫族化合物层状双金属氢氧化物析氢反应析氧反应

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新型高效(光)电催化材料的开发与构建

新型高效(光)电催化材料的开发与构建

引用

中国化学会2019电催化与电合成国际研讨会

作者：李国强华南理工大学材料科学与工程学院

氢能具有能量密度高、可循环利用和绿色环保等优点,在国防科技、航天航空、工业生产中已经大量运用。其中,开发用于(光)电催化水分解的先进材料是可再生氢能源研究的核心。虽然贵金属铂(Pt)可作为高效的电解水制氢催化剂,但其高昂的价... 详细信息

氢能具有能量密度高、可循环利用和绿色环保等优点,在国防科技、航天航空、工业生产中已经大量运用。其中,开发用于(光)电催化水分解的先进材料是可再生氢能源研究的核心。虽然贵金属铂(Pt)可作为高效的电解水制氢催化剂,但其高昂的价格和资源的极度稀缺等缺点严重制约了其广泛应用。因此,开发高效的非铂电解水制氢催化剂成为一项十分紧迫的任务。另外,光电化学(PEC)水分解制氢技术能够同时利用太阳能和电能,以及半导体的光催化特性(光照下激发光生电子-空穴对),将太阳能转换为可以储存的化学能,降低了电解水的能耗,获得了较快的发展。本报告聚焦于高效非铂基电催化剂的开发、新型光电化学催化材料的构建、催化活性关键限制因素的探索,重点开展了以下研究内容:(1)非贵金属碳基电催化剂的制备与其电催化活性的研究,实现柔性、高效的三维碳基析氢电催化剂的构筑;(2)具类铂活性的过渡金属磷化物电催化剂的可控制备,解决具有类铂活性的过渡金属磷化物析氢电催化剂的绿色、安全、可控、可规模化合成等技术难点,并根据密度泛函理论中的量子化学计算,对催化剂的电催化机理进行深入的探究;(3)可见光响应InGaN纳米柱的生长调控及其PEC解水性能研究,并从材料生长、载流子传输动力学、表面工程、界面工程等整体层面进行纳米柱PEC解水性能的优化。

关键词：电催化剂金属磷化物催化材料新型高效

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本地差分隐私保护的数据统计分析研究

本地差分隐私保护的数据统计分析研究

引用

作者：王绍蔚中国科学技术大学

学位级别：博士

伴随着多形态通信网络（如Internet,移动通信网络,物联网）的广泛应用以及多样式终端设备（如智能手机,可穿戴设备）的普及,越来越丰富且精细的个人数据正在被服务提供方采集和记录,从而为服务提供商进行用户分析挖掘、服务质量改进等... 详细信息

伴随着多形态通信网络（如Internet,移动通信网络,物联网）的广泛应用以及多样式终端设备（如智能手机,可穿戴设备）的普及,越来越丰富且精细的个人数据正在被服务提供方采集和记录,从而为服务提供商进行用户分析挖掘、服务质量改进等提供大数据支持。与此同时,上述过程中的数据隐私问题逐渐凸显,例如,用户的定位数据可能会被用于推断住址、行为活动等,用户的服务使用记录可能会泄露性别、年龄以及疾病等信息。如何在保护用户数据隐私的同时满足服务提供方合理的数据使用需求是大数据时代的巨大挑战之一。近年来,差分隐私逐渐成为数据隐私保护领域的标准定义,相比于已有的隐私保护模型与定义,如k-匿名或l-多样性,差分隐私不需要对隐私敌手的先验知识做出假设,因而具有更严格的数据隐私保护效果。按照应用场景的不同,差分隐私可以细分为集中式的差分隐私（适用于数据库领域）、分布式的差分隐私（基于密码学工具,适用于分布式系统）和本地化差分隐私（基于数据扰动,适用于分布式环境）。其中本地化差分隐私无需假设可信的数据采集方或第三方且计算开销较小,因而适用场景更广和实用程度更高,在工业界的应用也较为流行,如Google将其应用于Chrome浏览器的数据采集,Apple将其应用于移动操作系统iOS的表情符号等的统计分析。在本地差分隐私的数据隐私定义框架下,存在诸多机制可以实现该定义,不同的实现机制在数据统计分析过程的性能（如统计有效性、计算复杂度、通信复杂度等）不一。目前,关于本地差分隐私的数据统计分析研究已经积累了不少成果,理论研究工作对其在隐私保护等级较高时的渐进数据统计有效性上界进行了分析,技术研究工作提出了多种本地差分隐私模型下面向类别数据的分布估计机制。但作为刚兴起的研究领域,当前工作对其理论局限性的研究不够充分,且随着大数据时代用户数据类型多样化、服务提供方数据分析需求复杂化的趋势,现有方案在场景、数据类型、统计分析类型、统计有效性等方面也仍有较大提升与扩展的空间。本论文的研究目标为:（1）从理论层面上分析本地差分隐私框架下数据统计有效性的上界:（2）在应用层面上设计针对多种数据类型的高效本地差分隐私保护机制,提出面向多样统计分析任务的统计估计方法。在本地差分隐私的框架下,本论文首先在理论层面从互信息、分布估计等角度分析了统计有效性的上界,接着从大数据时代数据本身类型多样性的角度出发,分别提出了面向离散量化数据（如传感器读数、位置数据）、集合类型数据的本地差分隐私保护机制,及其对应的统计分析方法（如分布估计、均值估计）,最后探讨了其在终端数据挖掘、大规模在线A/B测试等方面的应用。具体来说,本文主要完成了以下一些工作。·本地差分隐私的互信息上界、分布估计误差下界分析。当前理论研究工作对于数据统计有效性的结论只适用于隐私保护等级较高时且结果较为粗略,在此项研究中,以视图与真实数据之间的互信息量作为统计有效性的标准,利用无先验知识的随机类别变量的对称性,本文得到其在本地差分隐私约束下的精确互信息量上界。接着以类别数据的分布估计准确度为标准,本文提出了参数最优的差分隐私实现机制,该机制相较现有机制平均降低了20%的分布估计误差。·面向离散量化数据的本地差分隐私分布估计。采用考虑距离关系的本地差分隐私定义:几何不可区分性,针对当前机制以保持单个数据有效性为目标的缺陷,本文提出了为数据统计有效性优化的子集指数机制,使得评分、智能电表读数、位置数据等离散量化数据的分布估计误差平均降低了50%。·本地差分隐私的集合数据元素分布估计及集合势分布估计。针对较为复杂的集合类型数据,不同于现有机制中需要将集合类型数据进行切割并分别随机化的方法,本文将集合元素视作整体并设计合适的输出概率,通过视图中元素的真正率、假正率分析得到最优的随机化参数及其对应的分布估计理论误差界。理论分析和实验结果表明该方法相比现有机制估计误差通常能减小一半。·本地差分隐私的均值估计及其在A/B测试中的应用。在常见的数据均值估计问题的研究中,依据数据定义域和隐私保护等级等信息对有界量化数据进行自适应地离散化,接着对该离散化的数值进行本地差分隐私保护并做无偏估计处理。通过采用自适应离散化和随机化方法,该机制相较于已有机制可以有效的降低均值估计误差。在应用层面,考虑到A/B测试中指标通常是多维数据且重要程度不一,本文研究了优化的多维数据均值估计和用户分配方案,从而获得了较高的测试灵敏度。

关键词：数据隐私差分隐私分布估计均值估计类别数据位置数据

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