Federated Learning (FL) is a distributed and privacy-preserving machine learning paradigm that coordinates multiple clients to train a model while keeping the raw data localized. However, this traditional FL poses some challenges, including privacy risks, data heterogeneity, communication bottlenecks, and system heterogeneity issues. To tackle these challenges, knowledge distillation (KD) has been widely applied in FL since 2020. KD is a validated and efficacious model compression and enhancement algorithm. The core concept of KD involves facilitating knowledge transfer between models by exchanging logits at intermediate or output layers. These properties make KD an excellent solution for the long-lasting challenges in FL. Up to now, there have been few reviews that summarize and analyze the current trend and methods for how KD can be applied in FL efficiently. This article aims to provide a comprehensive survey of KD-based FL, focusing on addressing the above challenges. First, we provide an overview of KD-based FL, including its motivation, basics, taxonomy, and a comparison with traditional FL and where KD should execute. We also analyze the critical factors in KD-based FL in the appendix, including teachers, knowledge, data, and methods. We discuss how KD can address the challenges in FL, including privacy protection, data heterogeneity, communication efficiency, and personalization. Finally, we discuss the challenges facing KD-based FL algorithms and future research directions. We hope this survey can provide insights and guidance for researchers and practitioners in the FL area.


翻译:联邦学习(Federated Learning, FL)是一种分布式且保护隐私的机器学习范式,它协调多个客户端协同训练模型,同时保持原始数据本地化。然而,这种传统的联邦学习带来了一些挑战,包括隐私风险、数据异质性、通信瓶颈以及系统异质性问题。为应对这些挑战,知识蒸馏(Knowledge Distillation, KD)自2020年起被广泛应用于联邦学习中。KD是一种经过验证且高效的模型压缩与增强算法。其核心概念在于通过交换中间层或输出层的逻辑值(logits)来促进模型间的知识迁移。这些特性使得KD成为解决联邦学习中长期存在挑战的优秀方案。迄今为止,少有综述性工作系统总结与分析当前如何将KD高效应用于联邦学习的趋势与方法。本文旨在对基于KD的联邦学习进行全面综述,重点关注如何应对上述挑战。首先,我们概述基于KD的联邦学习,包括其动机、基础、分类体系,并与传统联邦学习进行比较,同时探讨KD应在何处执行。附录中我们还分析了基于KD的联邦学习中的关键因素,包括教师模型、知识类型、数据及方法。我们讨论了KD如何应对联邦学习中的挑战,包括隐私保护、数据异质性、通信效率与个性化。最后,我们探讨了基于KD的联邦学习算法面临的挑战及未来研究方向。我们希望本综述能为联邦学习领域的研究者与实践者提供见解与指导。

0
下载
关闭预览

相关内容

通过学习、实践或探索所获得的认识、判断或技能。
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
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
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
VIP会员
最新内容
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
3+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
4+阅读 · 9月23日
《航电任务系统框架(FAMOS)》50页报告
专知会员服务
4+阅读 · 9月22日
《对抗行动中的人工智能与自主性》智库报告
专知会员服务
7+阅读 · 9月22日
《从数据到胜利:战争中的分析优势之争》
专知会员服务
9+阅读 · 9月22日
战争不仅需要机器人:人类仍不可或缺
专知会员服务
5+阅读 · 9月21日
《描绘美国防部创新基础设施的未来蓝图》100页
专知会员服务
10+阅读 · 9月21日
相关资讯
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
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