Federated Learning (FL) has surged in prominence due to its capability of collaborative model training without direct data sharing. However, the vast disparity in local data distributions among clients, often termed the non-Independent Identically Distributed (non-IID) challenge, poses a significant hurdle to FL's generalization efficacy. The scenario becomes even more complex when not all clients participate in the training process, a common occurrence due to unstable network connections or limited computational capacities. This can greatly complicate the assessment of the trained models' generalization abilities. While a plethora of recent studies has centered on the generalization gap pertaining to unseen data from participating clients with diverse distributions, the divergence between the training distributions of participating clients and the testing distributions of non-participating ones has been largely overlooked. In response, our paper unveils an information-theoretic generalization framework for FL. Specifically, it quantifies generalization errors by evaluating the information entropy of local distributions and discerning discrepancies across these distributions. Inspired by our deduced generalization bounds, we introduce a weighted aggregation approach and a duo of client selection strategies. These innovations aim to bolster FL's generalization prowess by encompassing a more varied set of client data distributions. Our extensive empirical evaluations reaffirm the potency of our proposed methods, aligning seamlessly with our theoretical construct.


翻译:联邦学习因能在不直接共享数据的情况下协同训练模型而备受关注。然而,客户端间本地数据分布的显著差异(即非独立同分布难题)严重制约了联邦学习的泛化能力。当部分客户端因网络连接不稳定或计算能力限制而无法参与训练时(这是常见场景),情况将更为复杂,这极大增加了训练模型泛化性能评估的难度。现有研究多聚焦于参与客户端中不同分布数据对应的未见过样本的泛化差距,但鲜有考虑参与客户端训练分布与非参与客户端测试分布之间的差异。为此,本文提出了一种基于信息论的联邦学习泛化框架:通过评估本地分布的信息熵并识别这些分布间的差异来量化泛化误差。基于推导的泛化界,我们进一步提出了加权聚合策略与两种客户端选择方案。这些创新方法通过覆盖更多样化的客户端数据分布来增强联邦学习的泛化能力。大量实验验证了我们方法的有效性,其结果与理论框架高度吻合。

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
《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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
0+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
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
0+阅读 · 2023年11月28日
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
Arxiv
32+阅读 · 2021年3月29日
Attentive Graph Neural Networks for Few-Shot Learning
Arxiv
40+阅读 · 2020年7月14日
Arxiv
10+阅读 · 2020年6月12日
VIP会员
最新内容
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
3+阅读 · 今天8:04
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:59
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
4+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
11+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
10+阅读 · 7月26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
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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
0+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
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