PFKD:综合考虑数据异构和模型异构的个性化联邦学习框架
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1.①华北理工大学 理学院;2.②河北省数据科学与应用重点实验室(华北理工大学);3.③唐山市数据科学重点实验室(华北理工大学)

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基金项目:

国家自然科学基金项目(U20A20179)


PFKD: A personalized federated learning framework that integrates data heterogeneity and model heterogeneity
Author:
Affiliation:

North China University of Science and Technology

Fund Project:

The National Natural Science Foundation of China (U20A20179)

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    摘要:

    联邦学习是解决机器学习中数据共享和隐私保护两个关键难题的重要方法。然而,联邦学习本身也面临着数据异构和模型异构的挑战。现有研究往往只专注于解决其中一个方面的问题,忽视了两者之间的关联性。为此,本文提出了一个名为PFKD的框架,该框架通过知识蒸馏技术解决模型异构问题,通过个性化算法解决数据异构问题,以实现更具个性化的联邦学习。通过实验分析验证了所提出框架的有效性。实验结果显示,该框架能够突破模型的性能瓶颈,提高模型精度约1个百分点左右。此外,在调整适当的超参数后,该框架的性能进一步提升,模型精度提高约2个百分点左右。

    Abstract:

    Federated learning is an important method for addressing two critical challenges in machine learning: data sharing and privacy protection. However, federated learning itself faces challenges related to data heterogeneity and model heterogeneity. Existing research often focuses on addressing one of these issues, overlooking the correlation between them. To address this, this paper introduces a framework named PFKD. This framework utilizes knowledge distillation techniques to address model heterogeneity and personalized algorithms to tackle data heterogeneity, thereby achieving more personalized federated learning. Experimental analysis validates the effectiveness of the pro-posed framework. The experimental results demonstrate that the framework can overcome model performance bottlenecks, improving model accuracy by approximately 1 percentage point. Furthermore, with the appropriate hyperparameter adjustments, the framework's performance is further enhanced, resulting in an increase in model accuracy by approximately 2 percentage points.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

陈学斌①②③,任志强①②③. PFKD:综合考虑数据异构和模型异构的个性化联邦学习框架[J].南京信息工程大学学报,,():

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  • 收稿日期:2023-08-01
  • 最后修改日期:2023-10-19
  • 录用日期:2023-10-20
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