Federated learning (FL) has been widely adopted for collaborative training on decentralized data. However, it faces the challenges of data, system, and model heterogeneity. This has inspired the emergence of model-heterogeneous personalized federated learning (MHPFL). Nevertheless, the problem of ensuring data and model privacy, while achieving good model performance and keeping communication and computation costs low remains open in MHPFL. To address this problem, we propose a model-heterogeneous personalized Federated learning with Mixture of Experts (pFedMoE) method. It assigns a shared homogeneous small feature extractor and a local gating network for each client's local heterogeneous large model. Firstly, during local training, the local heterogeneous model's feature extractor acts as a local expert for personalized feature (representation) extraction, while the shared homogeneous small feature extractor serves as a global expert for generalized feature extraction. The local gating network produces personalized weights for extracted representations from both experts on each data sample. The three models form a local heterogeneous MoE. The weighted mixed representation fuses generalized and personalized features and is processed by the local heterogeneous large model's header with personalized prediction information. The MoE and prediction header are updated simultaneously. Secondly, the trained local homogeneous small feature extractors are sent to the server for cross-client information fusion via aggregation. Overall, pFedMoE enhances local model personalization at a fine-grained data level, while supporting model heterogeneity.


翻译:联邦学习(FL)已被广泛用于分散数据的协同训练。然而,它面临数据、系统和模型异构性的挑战。这激发了模型异构个性化联邦学习(MHPFL)的出现。尽管如此,如何在MHPFL中确保数据和模型隐私,同时实现良好的模型性能并保持较低的通信和计算成本,仍然是一个开放性问题。为解决此问题,我们提出了一种基于专家混合的模型异构个性化联邦学习方法(pFedMoE)。该方法为每个客户端为局部异构大模型配备一个共享的同构小型特征提取器和一个局部门控网络。首先,在局部训练中,局部异构模型的特征提取器充当局部专家,用于个性化特征(表示)提取,而共享的同构小型特征提取器作为全局专家,用于通用特征提取。局部门控网络为每个数据样本上两个专家提取的表示生成个性化权重。这三个模型构成一个局部异构MoE。加权混合表示融合了通用特征和个性化特征,并由携带个性化预测信息的局部异构大模型头处理。MoE和预测头同步更新。其次,训练后的局部同构小型特征提取器被发送到服务器,通过聚合实现跨客户端信息融合。总体而言,pFedMoE在细粒度数据级别增强了局部模型的个性化能力,同时支持模型异构性。

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
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
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
AutoML: A Survey of the State-of-the-Art
Arxiv
75+阅读 · 2019年8月14日
VIP会员
最新内容
美海军陆战队将三型无人机整合入统一战场网络
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:39
《无人机蜂群:释放人类-蜂群编队的潜能》
专知会员服务
3+阅读 · 今天9:12
《战略战术化:一项综合性述评》
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:08
美陆军-工业界协同推进反无人机系统技术发展
专知会员服务
1+阅读 · 今天8:46
《跨域指挥背景下的领导力发展》最新报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天8:40
俄乌无人机战争的六大启示
专知会员服务
10+阅读 · 8月3日
《无人机空中监控:通信实验洞察》
专知会员服务
8+阅读 · 8月3日
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
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
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
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