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专利号: 2021106358636
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于信用卡反欺诈的联邦学习方法,其特征在于,所述联邦学习方法包括以下步骤:

S1,搭建具有不同欺诈类别的K个联邦学习参与方对应的局部图卷积神经网络模型;每个参与方各自拥有的本地无向图结构数据为Gi(V,E,A)(i∈K),其中图结构中的节点集合为vi∈V,vi节点上的特征为xi∈X,每个节点包含有包括用户信息、贷款金额、存款金额和征信数据在内的多种关键特征信息,节点之间的边集合为ei,j=(vi,vj)∈E;A表示邻接矩阵,定义节点之间的相互连接关系;欺诈类别包括失窃卡欺诈、虚拟申请欺诈和无欺诈三种;

S2,使用局部图卷积神经网络模型进行联邦学习训练;其中,采用注意力机制对联邦学习参数的聚合过程进行改进,使得每个局部图卷积神经网络模型均有与之适配的权重来进行聚合;

S3,输出全局图卷积神经网络模型,所述全局图卷积神经网络模型用于对导入的用户数据进行处理,识别其对应的欺诈类别。

2.根据权利要求1所述的用于信用卡反欺诈的联邦学习方法,其特征在于,所述邻接矩阵包括用于表达地域距离或亲属关系的地域邻接矩阵和用于表达用户相关信息是否相似的属性邻接矩阵两种。

3.根据权利要求l所述的用于信用卡反欺诈的联邦学习方法,其特征在于,步骤S1中,所述搭建具有不同欺诈类别的K个联邦学习参与方对应的局部图卷积神经网络模型的过程包括以下步骤:

S11,采用下述公式对节点数据进行归一化预处理,获得待处理数据:其中xi为各个节点的特征原始数据,为特征均值,μ为方差S12,搭建嵌入层,根据下述公式通过图嵌入的方法对图中每个节点进行嵌入表示:其中N为一个图节点个数,上标0表示第0层即输入层,h表示各个节点的特征向量,ω表示对应层可训练权重矩阵;

S13,搭建图卷积层,根据下述公式聚合邻接节点特征,更新节点的特征向量:其中上标l表示层数, 在原始邻接矩阵上增加了单位矩阵,得到新的邻接矩阵,以此来包含自身节点,当λ=1时包含了完整的自身节点,是根据新的邻接矩阵得到度矩阵,σ表示激活函数;

S14,添加注意力机制模块;聚合时,根据下述公式为不同的节点分配不同的权重:l

其中 表示在第l层网络的第i个节点的特征向量, 表示 的相邻节点,W表示特征向量维度变换矩阵,att()表示注意力系数计算函数,即计算相关性系数;将两个邻居节点变换后的特征 矩阵横向拼接后与可训练参数 进行点积运算,构成一个隐藏层只有一个神经元的单层感知机,输入为拼接后的节点特征,输出为两节点间的相似度。符号·表示点积运算,符号||表示矩阵横向拼接;

S15,使用softmax函数归一化注意力系数:其中 为i节点的邻居节点的序号;

S16,分配注意力权重,多次使用公式(4)进行多次注意力系数计算求平均,对系数进行累加后求平均得到最终的注意力系数,添加到图卷积网络中,修改特征向量更新公式,得到:

其中num_att表示注意力系数计算次数。

4.根据权利要求3所述的用于信用卡反欺诈的联邦学习方法,其特征在于,步骤S14中,注意力机制只作用在一阶邻节点内,即仅考虑有直接连接的边的节点对。

5.根据权利要求1所述的用于信用卡反欺诈的联邦学习方法,其特征在于,步骤S2中,使用局部图卷积神经网络模型进行联邦学习训练的过程包括以下步骤:S21,初始化全局图卷积神经网络模型的模型参数;

S22,根据下述公式随机选择联邦学习参与方:其中num_fed为联邦学习参与方的数量,联邦学习共有K个参与方,每轮参与计算的参与方的比例为C,符号 的含义是向下取整,max()是在其中取最大;

S23,局部图卷积神经网络模型下载全局图卷积神经网络模型初始化后的待学习参数;

S24,根据下载到的待学习参数,局部图卷积神经网络模型开始训练:S241,设置损失函数,根据下述公式通过批量随机梯度下降法对局部图卷积神经网络模型的模型参数进行更新:

其中W表示各局部图卷积神经网络中待学习参数,η表示学习率, 表示损失函数用来计算图神经网络输出的预测值与真实标签之间的差距,表示求偏导数, 为图卷积神经网络最后一层的输出结果;

S242,对所有局部图卷积神经网络模型进行联邦注意力机制计算;其中,对第k个局部图卷积神经网络模型进行注意力机制计算,计算得到的注意力权重系数上传到全局图卷积神经网络模型并与其他局部图卷积神经网络模型进行聚合:其中 表示第l层第k个局部图卷积神经网络模型的注意力权重系数,且att()表示注意力机制计算函数,计算局部图卷积神经网络模型与全局图卷积神经网络模l

型之间的相关性, 表示第l层第k个局部图卷积神经网络模型的可训练参数,w 表示第l层全局图卷积神经网络模型的可训练参数;

S25,更新全局图卷积神经网络模型的模型参数,将计算得到的各个局部图卷积神经网络模型注意力权重系数连同计算得到的局部图卷积神经网络模型模型参数上传到全局图卷积神经网络模型中聚合:

其中 表示t时刻分配给第k个参与方模型的注意力权重系数, 表示t+1时刻聚合后的全局图卷积神经网络模型的第l层参数。

6.一种用于信用卡反欺诈的联邦学习装置,其特征在于,所述联邦学习装置包括:局部模型构建模块,用于搭建具有不同欺诈类别的K个联邦学习参与方对应的局部图卷积神经网络模型;每个参与方各自拥有的本地无向图结构数据为Gi(V,E,A)(i∈K),其中图结构中的节点集合为vi∈V,vi节点上的特征为xi∈X,每个节点包含有包括用户信息、贷款金额、存款金额和征信数据在内的多种关键特征信息,节点之间的边集合为ei,j=(vi,vj)∈E;A表示邻接矩阵,定义节点之间的相互连接关系;欺诈类别包括失窃卡欺诈、虚拟申请欺诈和无欺诈三种;

联邦学习训练模块,用于使用局部图卷积神经网络模型进行联邦学习训练;其中,采用注意力机制对联邦学习参数的聚合过程进行改进,使得每个局部图卷积神经网络模型均有与之适配的权重来进行聚合;

全局图卷积神经网络模型,所述全局图卷积神经网络模型用于对导入的用户数据进行处理,识别其对应的欺诈类别。