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CS 2243 - 数据科学算法（秋季'24）
这是现代机器学习和数据科学中算法挑战的研究生主题课。我们将介绍许多域（生成建模，深度学习理论，稳健的统计，贝叶斯推论）和算法设计框架（频谱/张量方法，梯度下降，消息传递，MCMC，扩散），重点介绍可提供的可预期保证。该理论借鉴了随机演算，谐波分析，统计物理，代数等的一系列技术。我们还将探讨在建立这一理论和突出的范式（平均案例复杂性，平滑的复杂性，甲壳）方面所面临的无数建模挑战，以超越传统的最坏情况分析。以下是暂定时间表。标有星号的主题是今年提供的课程。
轻量级分组密码的量子搜索：GIFT、SKINNY......
N ）在给定足够数量的明文-密文对的情况下搜索大小为 N 的密钥空间。Jaques 等人 (EUROCRYPT 2020) 的最新成果展示了在 NIST 的 PQC 标准化过程中定义的不同安全类别下针对 AES 的量子密钥搜索攻击的成本估算。在这项工作中，我们将他们的方法扩展到轻量级分组密码，以估算在电路深度限制下量子密钥搜索攻击的成本。我们给出了轻量级分组密码 GIFT、SKINNY 和 SATURNIN 的量子电路。在 NIST 的最大深度约束下，我们给出了门数和深度乘以宽度成本指标的总体成本。我们还为所有版本的 GIFT、SKINNY 和 SATURNIN 提供了完整的 Grover 预言机的 Q# 实现，用于单元测试和自动资源估算。
威慑、破坏性技术和裁军......
4 过去曾有人担心“扩散连锁反应”，但总体而言，这些担忧被证明是夸大其词。见 Benoit Pelopidas，“扩散的预言：专家如何保持偏见的历史解读，限制政策创新”，《不扩散评论》，18:1（2011 年），第 297-314 页。 5 例如，见 Ariel E. Levite，“走向第四核时代”，《扩散论文》，（法国国际关系研究所：2009 年），https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/42/050/42050140.pdf 6 Colin Gray，《第二次核时代》，（伦敦，Lynne Rienner 出版社：1999 年）；保罗·布雷肯，《第二核时代：战略、危险和新强权政治》（纽约：时代图书，2012 年）；基思·佩恩，《第二核时代的威慑》（肯塔基大学出版社：1996 年）。
基于数字孪生的信息物理系统测试
背景：信息物理系统对测试人员提出了挑战，为安全关键和协作环境带来了复杂性和规模。数字孪生通过与物理系统耦合的数据驱动和基于模拟的模型增强了这些系统，以提供可视化、预测未来状态和通信。由于数字世界和物理世界之间的耦合，数字孪生为信息物理系统测试提供了一个新的视角。 目标：本研究的目的是总结现有的基于数字孪生的测试文献。我们旨在发现新兴的采用领域、这些领域中使用的测试技术并确定未来的研究领域。 方法：我们进行了系统的文献综述，回答了以下研究问题：数字孪生目前用于测试哪些信息物理系统？如何为信息物理系统定义测试预言？在测试环境中，用于数字孪生的白盒、黑盒和灰盒建模技术的分布情况如何？如何定义测试用例以及这会如何影响测试输入？结果：我们通过精心挑选的搜索查询从 480 项研究中发现了 26 项相关研究。这些研究表明，在数字孪生引入行业后，人们开始采用基于数字孪生的测试，并且该技术的可访问性不断提高。测试中使用的预言机就是数字孪生本身，因此依赖于这两个系统
技术恐慌、生成式人工智能和监管谨慎的必要性
但印刷和造纸技术的进步带来了更多的书籍。例如，欧洲在 18 世纪的印刷量比前三个世纪的总和还要多。11 19 世纪的创新飞跃更大——每小时可印刷的页面从本世纪初的 480 页增加到几十年后的 2,400 页（到本世纪末增加到 90,000 页）。12 这些进步使书籍价格暴跌，并引发了人们对印刷机对社会影响的担忧。正如英国诗人和文学评论家塞缪尔·泰勒·柯尔律治在他颇具影响力的《文学传记》（1817 年）中所哀叹的那样，“书籍的浩如烟海和文学的普遍传播，在文学界产生了其他更可悲的影响；”曾经被尊为“宗教神谕”的书籍“已沦为举手制止一切
用内核方法的信息理论
我们通过重现Hilbert空间的相关协方差操作员来考虑概率分布的分析。我们表明，这些操作员的冯·诺伊曼熵和相对熵与香农熵和相对熵的通常概念密切相关，并具有许多特性。它们与概率分布的各种牙文的有效估计算法一起出现。我们还考虑了产品空间，并表明对于张量产品内核，我们可以定义互信息和联合熵的概念，然后可以完美地表征独立性，但只有部分条件的独立性。我们最终展示了这些新的相对熵的新概念如何导致日志分区函数上的新上限，这些概念可以与变异推理方法中的凸优化一起使用，从而提供了新的概率推理方法家族。
DNA构象平衡能够不断更改o p m n b o -f -o s a
在这项工作中，我们研究了用于解决双重优化（BO）的第一阶算法，其中目标函数平滑但在两个级别上可能非凸，并且变量仅限于封闭的凸集集。作为第一个步骤，我们通过惩罚方法研究BO的景观，其中将上层和下层目标组合成具有惩罚参数σ> 0的加权总和。特别是，我们通过明确表征两者的值和衍生物必须为o（σ） - 可锁定的条件，从而建立了惩罚函数与超物体之间的牢固联系。我们分析的副产品是当低级问题在轻度的规律性条件下具有多个解决方案时，高目标梯度的明确公式，这可能具有独立的利益。接下来，将罚款公式视为原始BO的O（σ） - 对象，我们提出的第一阶算法通过使用σ= o（✏）优化惩罚公式，从而发现了✏殖民地解决方案。当扰动的低级问题均匀地满足小近端错误结合（EB）条件时，我们提出了一种第一阶算法，该算法将使用总计O（✏-7）访问者在惩罚函数的tone惩罚点上，以实现pocterient ockess-fimsterster-first forder-Forder-Forder-Forder-Forper-Storder-Storder-Storder-Storder-Storder-Sentchostical Oracles。在随机甲壳的额外假设下，我们表明该算法可以完全单循环的方式，即在迭代中使用O（1）样品，并实现O（✏-5）的改善的Oracle-complexity。
后量子明文感知 - 密码学电子印刷档案
摘要。本文在叠加访问模型中形式化了明文感知概念，在该模型中，量子对手可以在量子设备中实现加密预言机并对解密预言机进行叠加查询。由于对手可以通过各种可能的方式访问解密预言机，我们提出了六种安全定义来捕捉每种访问方式的明文感知概念。我们研究了这些定义之间的关系，并提出了各种蕴涵和非蕴涵。经典地，最强的明文感知概念 (PA2) 伴随着选择明文攻击下的不可区分性 (IND-CPA) 概念，产生了选择密文攻击下的不可区分性 (IND-CCA) 概念。我们表明，当针对 IND-qCCA 概念（Boneh-Zhandry 定义，Crypto 2013）时，PA2 概念不足以显示上述关系。然而，我们提出的具有叠加解密查询的后量子 PA2 概念实现了这一含义。关键词。明文感知，后量子安全，公钥加密
QICS：量子信息圆锥求解器
我们介绍了 QICS（量子信息锥函数求解器），这是一个完全用 Python 实现的开源原始对偶内点求解器，专注于解决量子信息理论中出现的优化问题。QICS 能够解决涉及量子相对熵、算子凸函数的非交换视角和相关函数的优化问题。它还包括一个利用稀疏性的高效半定规划求解器，以及对 Hermitian 矩阵的支持。QICS 目前也受 Python 优化建模软件 PICOS 的支持。本文旨在记录 QICS 中使用的算法和锥函数的实现细节，并作为该软件的参考指南。此外，我们展示了大量数值实验，这些实验表明 QICS 优于最先进的量子相对熵规划求解器，并且具有与最先进的半定规划求解器相当的性能。
通过模拟算法说服通过模拟算法说服
我们研究了贝叶斯说服游戏，发件人想说服接收者采取二进制操作，例如购买产品。发件人被告知（实际上）世界状态，例如产品的质量，但只有有关接收者信念和公用事业的信息有限。以客户调查，用户研究和AI的最新进展激发，我们允许发件人通过查询模拟接收者行为的Oracle来了解有关接收器的更多信息。在固定数量的查询后，发件人对消息策略进行了提交，并且接收者采取了根据她收到的消息最大化她的预期实用程序的措施。，我们表征了发件人的最佳消息传递策略，但给定对接收器类型的任何分布。然后，我们设计了一种多项式查询算法，该算法优化了该游戏中发件人的预期实用程序。我们还考虑了近似甲骨文，更通用的查询结构和昂贵的查询。