Despite recent advancements in federated learning (FL) for medical image diagnosis, addressing data heterogeneity among clients remains a significant challenge for practical implementation. A primary hurdle in FL arises from the non-IID nature of data samples across clients, which typically results in a decline in the performance of the aggregated global model. In this study, we introduce FedMRL, a novel federated multi-agent deep reinforcement learning framework designed to address data heterogeneity. FedMRL incorporates a novel loss function to facilitate fairness among clients, preventing bias in the final global model. Additionally, it employs a multi-agent reinforcement learning (MARL) approach to calculate the proximal term $(\mu)$ for the personalized local objective function, ensuring convergence to the global optimum. Furthermore, FedMRL integrates an adaptive weight adjustment method using a Self-organizing map (SOM) on the server side to counteract distribution shifts among clients' local data distributions. We assess our approach using two publicly available real-world medical datasets, and the results demonstrate that FedMRL significantly outperforms state-of-the-art techniques, showing its efficacy in addressing data heterogeneity in federated learning. The code can be found here~{\url{https://github.com/Pranabiitp/FedMRL}}.


翻译:尽管联邦学习(FL)在医学影像诊断领域取得了最新进展,但处理客户端间的数据异质性仍是实际应用中的重大挑战。FL的主要障碍源于各客户端数据样本的非独立同分布特性,这通常导致聚合全局模型的性能下降。本研究提出FedMRL,一种新颖的联邦多智能体深度强化学习框架,旨在解决数据异质性问题。FedMRL引入了一种创新的损失函数以促进客户端间的公平性,防止最终全局模型产生偏差。此外,该框架采用多智能体强化学习(MARL)方法计算个性化局部目标函数的邻近项$(\mu)$,确保收敛至全局最优解。进一步地,FedMRL在服务器端集成基于自组织映射(SOM)的自适应权重调整方法,以抵消客户端本地数据分布间的分布偏移。我们使用两个公开的真实世界医学数据集评估所提方法,结果表明FedMRL显著优于现有先进技术,验证了其在解决联邦学习中数据异质性问题的有效性。代码可见~{\url{https://github.com/Pranabiitp/FedMRL}}。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
47+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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
9+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
14+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
10+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
5+阅读 · 8月31日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
相关基金
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
47+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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员