Federated Learning and RAG Integration: A Scalable Approach for Medical Large Language Models

本文是LLM系列文章,针对《Federated Learning and RAG Integration: A Scalable Approach for Medical Large Language Models》的翻译。

联邦学习和RAG集成:一种可扩展的医疗大型语言模型方法

摘要

本研究通过在联邦学习(FL)框架内集成检索增强生成(RAG)系统,分析了特定领域大型语言模型(LLM)在医学领域的性能。利用FL的固有优势,如保护数据隐私和实现分布式计算,本研究探索了RAG系统与在不同客户端配置下训练的模型的集成,以优化性能。实验结果表明,与RAG系统集成的基于FL的模型在所有评估指标上始终优于非集成模型。本研究强调了结合FL和RAG系统在医学领域开发特定领域LLM的潜力,为增强文本生成能力提供了一种可扩展和隐私保护的解决方案。

1 引言

2 相关工作

3 RAG系统集成:方法与工作流程

4 实验设置

5 实验结果

6 结论

本研究对将FL与RAG系统集成以开发医学领域特定领域LLM的潜力进行了实证分析。所提出的框架展示了其在保持数据隐私的同时提供稳健和可扩展性能的能力,这是分布式和异构客户端环境中的关键要求。
实验结果表明,将FL与RAG系统集成的模型在所有评估指标上始终优于集中式学习方法,在语义相似性和事实正确性方面有显著提高。此外,该研究强调了参与客户端数量与模型性能

### 轻量级多功能设计的安全聚合方案 联邦学习中的安全聚合技术旨在保护参与方的数据隐私,同时实现模型参数的有效更新。一种轻量级且多功能的设计通常会考虑通信效率、计算复杂度以及安全性之间的平衡。 #### 设计原则 为了满足轻量化需求并增强功能多样性,设计方案应遵循以下核心原则: - **低带宽消耗**:通过减少传输数据大小来降低网络负载[^1]。 - **高效加密机制**:采用基于同态加密或秘密共享的方法,在不牺牲性能的情况下提供安全保障。 - **灵活性支持多种场景**:适应不同规模的设备群体和异构环境下的训练过程。 #### 技术方法概述 以下是几种可能的技术路径: ##### 同态加密优化版 传统全同态加密虽然提供了强大的理论保障但其运算成本较高;因此可以探索部分同态加密算法(如Paillier),并通过引入近似计算进一步简化操作流程从而达到更优的时间表现。 ```python from phe import paillier def generate_keys(): public_key, private_key = paillier.generate_paillier_keypair() return public_key, private_key public_key, _ = generate_keys() # Example encryption function call encrypted_number = public_key.encrypt(7) print(f'Encrypted value of 7 is {encrypted_number}') ``` ##### 秘密分享改进型协议 利用门限签名或者Shamir's Secret Sharing等经典工具构建分布式验证体系结构,允许服务器仅当接收到足够数量的真实客户端贡献时才能解码最终结果,这样既防止恶意行为又能节省资源开销。 ##### 压缩与差分隐私结合策略 对于那些对精确度有一定容忍范围的应用场合来说,可以在本地更新前先执行向量裁剪再施加噪声扰动处理,以此方式既能削减上传体积又可抵御统计分析攻击风险。 #### 实际案例讨论 实际应用中已有不少研究成果展示了上述理念的实际可行性。例如有论文提出了一个名为LEAF (Lightweight Efficient Aggregation Framework) 的框架,它综合运用了压缩技术和有限域上的线性变换技巧实现了高性能的同时保持较低能耗水平。
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