Federated Learning (FL) has been an emerging trend in machine learning and artificial intelligence. It allows multiple participants to collaboratively train a better global model and offers a privacy-aware paradigm for model training since it does not require participants to release their original training data. However, existing FL solutions for vertically partitioned data or decision trees require heavy cryptographic operations. In this paper, we propose a framework named FederBoost for private federated learning of gradient boosting decision trees (GBDT). It supports running GBDT over both vertically and horizontally partitioned data. Vertical FederBoost does not require any cryptographic operation and horizontal FederBoost only requires lightweight secure aggregation. The key observation is that the whole training process of GBDT relies on the ordering of the data instead of the values. We fully implement FederBoost and evaluate its utility and efficiency through extensive experiments performed on three public datasets. Our experimental results show that both vertical and horizontal FederBoost achieve the same level of accuracy with centralized training where all data are collected in a central server, and they are 4-5 orders of magnitude faster than the state-of-the-art solutions for federated decision tree training; hence offering practical solutions for industrial applications.


翻译:联邦学习已成为机器学习和人工智能领域的新兴趋势。它允许多个参与方协同训练更优的全局模型,且无需参与者公开原始训练数据,从而提供了一种隐私感知的模型训练范式。然而,现有面向纵向分区数据或决策树的联邦学习方案需要大量密码学运算。本文提出名为联邦增强的框架,用于实现梯度提升决策树的隐私保护联邦学习。该框架支持在纵向与横向分区数据上运行梯度提升决策树。纵向联邦增强无需任何密码学操作,横向联邦增强仅需轻量级安全聚合。关键发现在于:梯度提升决策树的整个训练过程依赖于数据排序而非具体数值。我们完整实现了联邦增强框架,通过在三个公开数据集上的大量实验评估了其实用性与效率。实验结果表明:纵向与横向联邦增强均能达到与集中式训练(所有数据汇集于中央服务器)相同的准确度,且比当前最先进的联邦决策树训练方案快4-5个数量级,从而为工业应用提供了实用解决方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

GBDT(Gradient Boosting Decision Tree) 又叫 MART(Multiple Additive Regression Tree),是一种迭代的决策树算法,该算法由多棵决策树组成,所有树的结论累加起来做最终答案。它在被提出之初就和SVM一起被认为是泛化能力较强的算法。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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 · 2014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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2024年4月16日
Arxiv
15+阅读 · 2022年1月24日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
Arxiv
15+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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 · 2014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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员