Federated learning (FL) is a hot collaborative training framework via aggregating model parameters of decentralized local clients. However, most existing models unreasonably assume that data categories of FL framework are known and fxed in advance. It renders the global model to signifcantly degrade recognition performance on old categories (i.e., catastrophic forgetting), when local clients receive new categories consecutively under limited memory of storing old categories. Moreover, some new local clients that collect novel categories unseen by other clients may be introduced to the FL training irregularly, which further exacerbates the catastrophic forgetting on old categories. To tackle the above issues, we propose a novel Local-Global Anti-forgetting (LGA) model to address local and global catastrophic forgetting on old categories, which is a pioneering work to explore a global class-incremental model in the FL feld. Specifcally, considering tackling class imbalance of local client to surmount local forgetting, we develop a category-balanced gradient-adaptive compensation loss and a category gradient-induced semantic distillation loss. They can balance heterogeneous forgetting speeds of hard-to-forget and easy-to-forget old categories, while ensure intrinsic class relations consistency within different incremental tasks. Moreover, a proxy server is designed to tackle global forgetting caused by Non-IID class imbalance between different clients. It collects perturbed prototype images of new categories from local clients via prototype gradient communication under privacy preservation, and augments them via self-supervised prototype augmentation to choose the best old global model and improve local distillation gain. Experiments on representative datasets verify superior performance of our model against other comparison methods.


翻译:联邦学习(FL)是一种通过聚合分散本地客户端模型参数的热门协同训练框架。然而,现有模型大多不合理地假设FL框架的数据类别是预先已知且固定不变的。当本地客户端在存储旧类别数据的有限内存条件下连续接收新类别时,这会导致全局模型对旧类别的识别性能显著下降(即灾难性遗忘)。此外,一些收集其他客户端未见新类别的新本地客户端可能会不定期引入FL训练,进一步加剧对旧类别的灾难性遗忘。为解决上述问题,我们提出了一种新颖的局部-全局抗遗忘(LGA)模型,用于处理旧类别上的局部和全局灾难性遗忘,这是探索FL领域全局类增量模型的先驱性工作。具体而言,针对解决局部客户端的类别不平衡以克服局部遗忘,我们开发了类别平衡梯度自适应补偿损失和类别梯度诱导语义蒸馏损失。它们能够平衡难遗忘与易遗忘旧类别的异质遗忘速度,同时确保不同增量任务间内在类别关系的一致性。此外,我们设计了一个代理服务器来解决由不同客户端间非独立同分布类别不平衡导致的全局遗忘。它在隐私保护条件下通过原型梯度通信收集本地客户端新类别的扰动原型图像,并通过自监督原型增强对其进行扩充,以选择最佳旧全局模型并提升局部蒸馏增益。在代表性数据集上的实验验证了我们模型相较于其他对比方法的优越性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
127+阅读 · 2020年11月20日
专知会员服务
124+阅读 · 2020年9月8日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月22日
Arxiv
13+阅读 · 2023年2月7日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
4+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:33
相关VIP内容
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
127+阅读 · 2020年11月20日
专知会员服务
124+阅读 · 2020年9月8日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员