人脸识别对抗系统——数据库设计心得

人脸识别对抗系统——数据库设计心得

项 目 名 称：人脸图像对抗系统

队 名：对抗小分队

队 员：梁虹 邱媛媛 窦婕芮 钱辰 丁嘉欣

指 导 老 师：周四望

撰稿人：窦婕芮 钱辰 梁虹

 

0 引言

　　历史经验证明，数据库技术是数据管理的最有效技术。数据库应用非常广泛，渗透到了社会的每个角落。数据库知识并不高深，真正领悟的人又缺少。对于一个系统，数据库的设计是非常重要的，数据库设计决定了以后数据好不好维护，后期需求好不好扩展。同时也决定了系统的性能。下面我们就来回忆一下对抗小队的数据库设计过程。

 

1 选题背景

　　我们小组的选题是人脸图像对抗系统，由于部分组员参加了相应课题的 SIT 项目，所以对这个选题已经有了一个初步的想法。

　　本项目的背景是，深度学习由于其良好的特征学习能力而被广泛应用，包括图像识别、语音识别、生物信息分析等。随着深度神经网络技术，GAN 人脸生成技术等衍生模型的发展：年龄、性别和种族等软生物特征也会被精准识别。该技术在国家公共安全、新闻舆论动员、企业经济运行、生物认证防护、社会伦理道德等都面存在重大信息安全风险。但由于深度学习模型高度线性的本质特征，深度神经网络存在脆弱性，极易受到对抗性样本的影响。

　　本项目参与人员希望可以从人脸图像源头去保护人脸图像数据。由于深度学习模型高度线性的本质特征，深度神经网络存在脆弱性，极易受到对抗性样本的影响。即通过对原始输入样本进行不可察觉的微小的扰动，可以使得深度神经网络以较高的置信度错误分类，即视觉上仍是人脸，但是机器识别并非人脸，以此确保用户的人脸信息的安全。

 

2 数据库设计的三大范式

第一范式

　　数据库表的每一列都是不可分割的原子数据项，而不能是集合，数组，记录等非原子数据项。如果实体中的某个属性有多个值时，必须拆分为不同的属性。

第二范式

　　属性完全依赖于主键。第二范式是在第一范式的基础上建立起来的，即满足第二范式必须先满足第一范式。当存在多个主键的时候，才会发生不符合第二范式的情况。比如有两个主键，不能存在这样的属性，它只依赖于其中一个主键，这就是不符合第二范式。

　　如果存在不符合第二范式的情况，那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。

第三范式

　　属性不能传递依赖于主属性(属性不依赖于其它非主键属性)。第三范式是在第二范式的基础上建立起来的，即满足第三范式必须先满足第二范式。

　　如果某一属性依赖于其他非主键属性，而其他非主键属性又依赖于主键，那么这个属性就是间接依赖于主键，这被称作传递依赖于主属性。

 

3 数据库设计历程

• 结合需求分析文档，根据系统功能讨论需要哪些表以及表中的字段，进行 E-R 关系模型的设计，建立 CDM1.0 版本(初步框架)
• 依据 Web 端网页，后端算法，用户信息三个模块重构 CDM，使其结构分明清晰
• 经讨论，由于web端网页模块包括的实体(entity) 和其他实体关联不大，和一些实体存在的非必要性，决定删除 Web 端网页模块
• 详细分析并设计实体之间的关联(relationship) 和联系(association)，包括一对一、一对多、多对多关系以及联系的属性等
• 修改每个实体的属性，使其 name、code 命名规范化，数据类型以及长度统一化
• 依据最新的项目需求在相应表格中增删字段，至此 CDM2.0 版本修改完毕，并依此导出 PDM1.0 版本
• 小班讨论课上根据老师建议，合并了一些 1 对 1 关系的表以减少冗余关联，生成 PDM2.0 版本
• 导出数据字典，撰写数据库设计文档

 

总体上刚开始还是蛮顺利的(都怪我们太单纯)，导致要 DDL 了才发现一些关键错误，所以也蛮坎坷的，主要是对一些概念不够清晰导致的，所以要好好学习，天天向上(学会成长)。

看起来我们的人脸图像对抗系统数据库已经设计完成，实际上也没完成。在开发过程中数据库可能会经历修改，以及后续项目运营过程中数据库需要维护，维护的主要任务包括：

1. 维护数据库的安全性与完整性
2. 监测并改善数据库性能
3. 重新组织和构造数据库

Tips：数据库 CDM 设计过程的小小心得

在设计 E-R 关系模型中的实体属性时，不要局限于物理模型的思维，把该实体涉及到的所有属性全部添加。而只需要提炼出该实体具有的属性，并和其他实体建立好关系即可，这样在生成的 PDM 中会自动为该实体添加字段。

 

4 全局结构图展示

　　当前我们的数据库设计共有 12 张表

 

5 总结与感想

• 数据库设计的整个过程需要团队所有人都参与进来，多次开会讨论、多次与项目老师进行沟通，才能得出最终的结果。数据库设计是在不断变更的，因此每一次的讨论都是对上一次结果的重塑，且现在所完成的数据库设计文档也可能并不是最终实现的项目的数据库设计。因此要做好不断讨论、不断更改的准备，在今后的项目版本迭代中及时修改数据库以及更新数据字典。

• 本次数据库的设计不仅是数据库设计理论知识的实践过程，以及 PowerDesigner 软件熟练使用过程，也是文档写作能力提升过程，更是小组成员思维碰撞、团队协作能力提高的过程。还可以巩固我们对数据库基本原理和基础理论的理解，掌握数据库应用系统设计开发的基本方法，进一步提高我们综合运用所学知识的能力。加油加油冲冲冲 (*^▽^*)