Federated learning (FL) facilitates edge devices to cooperatively train a global shared model while maintaining the training data locally and privately. However, a common but impractical assumption in FL is that the participating edge devices possess the same required resources and share identical global model architecture. In this study, we propose a novel FL method called Federated Intermediate Layers Learning (FedIN), supporting heterogeneous models without utilizing any public dataset. The training models in FedIN are divided into three parts, including an extractor, the intermediate layers, and a classifier. The model architectures of the extractor and classifier are the same in all devices to maintain the consistency of the intermediate layer features, while the architectures of the intermediate layers can vary for heterogeneous devices according to their resource capacities. To exploit the knowledge from features, we propose IN training, training the intermediate layers in line with the features from other clients. Additionally, we formulate and solve a convex optimization problem to mitigate the gradient divergence problem induced by the conflicts between the IN training and the local training. The experiment results show that FedIN achieves the best performance in the heterogeneous model environment compared with the state-of-the-art algorithms. Furthermore, our ablation study demonstrates the effectiveness of IN training and the solution to the convex optimization problem.


翻译:联邦学习(Federated Learning, FL)使边缘设备能够在本地私有保存训练数据的同时,协作训练全局共享模型。然而,FL中一个常见但不切实际的假设是:参与训练的边缘设备拥有相同的必要资源,并共享完全一致的全局模型架构。本研究提出一种名为联邦中间层学习(Federated Intermediate Layers Learning, FedIN)的新型FL方法,该方法无需使用任何公共数据集即可支持异构模型。FedIN中的训练模型被划分为三个部分:特征提取器、中间层和分类器。所有设备中特征提取器和分类器的模型架构保持一致,以确保中间层特征的统一性;而中间层的架构可根据异构设备的资源能力进行差异设计。为充分利用特征中的知识,我们提出IN训练方法,即根据其他客户端的特征来训练中间层。此外,我们构建并求解一个凸优化问题,以缓解IN训练与本地训练之间冲突所导致的梯度发散问题。实验结果表明,与当前最先进的算法相比,FedIN在异构模型环境中取得了最优性能。同时,消融研究验证了IN训练及凸优化问题解决方案的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月24日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
18+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关VIP内容
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
相关基金
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员