Federated Fine-tuning of Large Language Models under Heterogeneous Language Tasks and Client

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本文介绍了FlexLoRA,一种用于解决大型语言模型(LLM)在异构资源和任务下联合微调的挑战的方法。通过动态调整局部LoRA等级,FlexLoRA缓解了传统联合学习中的‘桶效应’,并在多个NLP任务上实现了性能提升。该方法利用奇异值分解优化客户端资源,为LLM提供了隐私保护的联邦调整路径。

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本文是LLM系列文章,针对《Federated Fine-tuning of Large Language Models under Heterogeneous Language Tasks and Client Resources》的翻译。

异构语言任务和客户端资源下大型语言模型的联合微调

摘要

联合学习(FL)最近被应用于大型语言模型(LLM)的参数有效微调。尽管前景广阔,但由于客户端的异构资源和数据分布,它带来了重大挑战。本研究引入了FlexLoRA,这是一种简单而有效的LLM微调聚合方案,通过将资源充足的客户与资源最少的参与者的能力联系起来,缓解了传统FL中的“桶效应”,即限制了他们的潜力。FlexLoRA允许动态调整当地的LoRA等级,促进开发一个充满更广泛、更少特定任务知识的全球模型。通过从单个客户贡献中合成全尺寸的LoRA权重,并采用奇异值分解(SVD)进行权重再分配,FlexLoRA充分利用了异构客户资源。我们的实验涉及1600多个执行不同NLP任务的客户,验证了FlexLoRA的有效性,联合全局模型在下游NLP任务性能方面实现了3.1%的平均改进。FlexLoRA与现有的基于LoRA的FL方法和理论分析的无缝集成进一步强调了其实用性,为LLM提供了一条可扩展、保护隐私的联邦调整之路。

1 引言

2 相关工作

3 方法

4 实验

5 结论

在这项工作中,我们提出了一种简单而有效的方法FlexLoRA,以解决LLM联合微调过程

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<think>好的,用户想了解FedSSA方法及其在个性化联邦学习中的应用,特别是关于基于语义相似性的聚合模型在异质联邦学习中的情况。首先,我需要回顾一下联邦学习的基本概念,尤其是个性化联邦学习(PFL)的相关知识。个性化联邦学习的目标是在保护数据隐私的同时,为不同客户端定制适合各自数据分布的模型,这与传统的联邦学习不同,传统方法通常训练一个全局模型,可能无法适应各客户端的局部数据特性。 接下来,用户提到的FedSSA,全称是Semantic Similarity-based Aggregation,即基于语义相似性的聚合方法。我需要查阅相关文献,看看这个方法是如何处理模型异质性的。在异质联邦学习中,各个客户端的模型结构可能不同,这增加了聚合的难度,因为传统的联邦平均(FedAvg)等方法需要模型参数结构一致才能进行平均。FedSSA可能通过分析模型之间的语义相似性,而不是直接聚合参数,来解决这个问题。 根据引用内容[^1],FedMF在处理冷启动推荐时忽略了高阶交互,而FedSSA可能通过语义相似性来捕捉这些高阶特征。例如,在推荐系统中,用户和项目的交互可能不仅仅是直接的,还可能通过社交网络或其他隐含关系形成高阶交互。FedSSA可能利用这些语义信息来改进模型聚合,提升个性化推荐的性能。 然后,我需要分析FedSSA的具体机制。语义相似性可能指的是模型在特征空间或输出空间中的相似性。例如,通过比较不同客户端模型的特征表示或预测结果,计算它们之间的相似度,然后基于这些相似度进行模型聚合或参数调整。这种方法允许异质模型之间进行有效的知识传递,而无需统一模型结构,从而支持个性化学习。 另外,用户提到的模型异质性问题,FedSSA可能采用模型无关的聚合策略,比如通过知识蒸馏或迁移学习,将不同模型的知识整合到一个共享的表示空间中,再根据相似性进行聚合。例如,每个客户端模型生成嵌入向量,服务器计算这些嵌入的相似性,并据此调整聚合权重,使得相似客户端对彼此的模型更新贡献更大,从而提升个性化效果。 还需要考虑FedSSA在实验中的表现,尤其是在冷启动场景下的推荐效果。引用中提到的FedGNN、FedSog等方法通过图扩展改进,而FedSSA可能通过语义相似性聚合来补充这一点,特别是在数据稀疏或新用户/项目出现时,利用语义信息弥补数据不足的问题。 最后,综合这些信息,我需要以清晰的结构将FedSSA的工作原理、在异质联邦学习中的优势以及应用场景整理出来,确保回答准确且符合用户需求。同时,生成的相关问题应围绕FedSSA的机制、对比其他方法、性能评估和应用挑战展开,帮助用户深入理解该模型。</think>### FedSSA方法及其在个性化联邦学习中的应用 FedSSA(基于语义相似性的聚合)是一种面向**模型异质性**的个性化联邦学习方法,旨在解决传统联邦学习中客户端数据分布差异大、模型结构不一致导致的聚合效率低的问题。其核心是通过分析客户端模型的**语义相似性**而非参数对齐来实现知识共享,从而提升个性化模型的性能[^1]。 #### 1. FedSSA的核心机制 - **语义相似性度量**:计算不同客户端模型在特征空间或预测结果上的相似度(如余弦相似度),识别语义相近的客户端。 $$ \text{Similarity}(M_i, M_j) = \frac{\phi(M_i) \cdot \phi(M_j)}{\|\phi(M_i)\| \|\phi(M_j)\|} $$ 其中$\phi(\cdot)$表示模型的特征提取函数。 - **动态聚合权重**:根据相似度动态调整聚合权重,相似度高的客户端对全局模型的贡献更大。 $$ w_{i} = \frac{\exp(\text{Similarity}(M_i, M_{\text{global}}))}{\sum_j \exp(\text{Similarity}(M_j, M_{\text{global}}))} $$ - **异质模型兼容**:支持不同结构的本地模型(如CNN、RNN),通过语义对齐实现知识迁移,无需统一模型架构。 #### 2. 在个性化联邦学习中的优势 - **冷启动优化**:通过语义相似性捕捉用户-项目的高阶交互(如社交关系、隐含偏好),缓解数据稀疏性问题,提升冷启动推荐效果。 - **隐私保护**:仅共享模型语义信息(如嵌入向量),避免原始数据传输,符合联邦学习的隐私要求。 - **计算效率**:相比传统参数聚合方法(如FedAvg),减少通信开销,尤其适用于资源受限的边缘设备。 #### 3. 典型应用场景 - **推荐系统**:在联邦环境下,为不同用户提供个性化推荐(如新闻、商品),解决数据孤岛问题。 - **医疗诊断**:各医院使用不同结构的本地模型,通过FedSSA共享疾病预测的语义知识,同时保护患者隐私。 - **智能物联网**:异质设备(传感器、摄像头)协同训练,适应动态变化的边缘环境。 ```python # FedSSA聚合伪代码示例 def aggregate(models, global_model): similarities = [] for model in models: # 提取模型语义特征(如最后一层嵌入) local_embedding = extract_embedding(model) global_embedding = extract_embedding(global_model) # 计算相似度 sim = cosine_similarity(local_embedding, global_embedding) similarities.append(sim) # 归一化为权重 weights = softmax(similarities) # 加权聚合全局模型 new_global_model = weighted_sum(models, weights) return new_global_model ```
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