FEDGKD :Toward Heterogeneous Federated Learning via Global Knowledge Distillation

本文探讨了联邦学习中的client-drift问题,提出通过在本地模型训练时添加正则化来限制知识飘逸。方法利用历史全局模型作为教师,通过KL散度优化知识转移,使得全局模型的知识能有效地传递给各个客户端。

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读这篇文章更主要的是对联邦学习有更多的了解。

这篇文章中主要解决了一个问题,就是 “client-drift” issue。

联邦学习的经典算法是 FedAvg。

在联邦学习中,有两个主要的问题
(1) data heterogeneity 数据异构性,每个训练节点上的训练数据并不是独立同分布的
(2) client unreliability.

client-drift 不仅会降低模型的性能,而且会增加通信的轮数

与FedDistill和FedGen不同,我们不需要从客户端传输敏感信息(标签或logits信息),并且客户端和服务器之间的通信仅涉及模型而没有任何其他敏感信息。我们的系统与许多加密算法兼容。

本文提的方法,对client本地模型训练时进行正则化。就可以限制本地训练过程中的飘逸情况。

知识蒸馏是利用一个教师模型训练学生模型。

教师模型,由 server 端最近保存的历史上M个全局模型聚合而成,聚合的方式也很粗暴,采用的求平均策略。这样得到的模型称为 “global knowledge” 将参数记为 wt‾\overline{w_t}wt

为什么选择使用历史全局模型进行聚合呢?他说训练的参与者较少的时候,全局模型的性能可能会波动,因此使用了历史全局模型进行聚合得到了教师模型

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client节点本地训练
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Optimizing the additional KL divergence loss between the outputs of global model wt and local model w helps the global model to transfer its knowledge to the local model.

优化全局模型 wt 和局部模型 w 的输出之间的额外 KL 散度损失有助于全局模型将其知识转移到局部模型。

得到结果 wt+1kw_{t+1}^kwt+1k k是client的编号,t+1是训练轮次。然后将训练结果发送给server

这就是这篇文章的思想

system overview

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当前提供的参考资料主要集中在宏基因组学、微生物数据分析工具以及相关领域的综述文章,并未直接涉及遗传扰动结果预测的子任务分解学习和基准测试的具体内容。然而,可以基于现有资料构建一个合理的解释框架来探讨这一主题。 ### STAMP 子任务分解学习 在处理复杂的生物信息学问题时,如遗传扰动结果预测,采用子任务分解的方法有助于提高模型训练效率并增强泛化能力。通过将整个预测过程划分为多个更易于管理的小任务,每个子任务专注于特定方面或阶段的数据特征提取与模式识别[^1]。例如,在遗传扰动背景下,可能涉及到不同类型的分子机制解析,包括但不限于转录调控网络重建、蛋白质相互作用预测等。 对于这些子任务的学习,通常依赖于监督式机器学习算法,其中标签化的数据集用于指导模型参数调整直至达到最优性能表现。值得注意的是,随着深度神经网络技术的发展,端到端架构也被广泛应用于此类场景之中,能够自动完成从原始输入到最终输出之间的映射关系建立工作[^2]。 ### 基准测试的重要性 为了评估所开发方法的有效性和可靠性,必须实施严格的基准测试程序。这不仅限于内部验证(即利用同一数据集中预留部分作为测试样本),还需要考虑外部独立验证——借助其他实验室公开发布的相似性质数据来进行交叉检验。理想情况下,应当设立一系列评价指标体系,涵盖准确性、敏感度、特异性等多个维度,从而全面衡量各个候选方案的实际应用价值[^3]。 ```python from sklearn.model_selection import train_test_split, cross_val_score from sklearn.metrics import accuracy_score, precision_score, recall_score, f1_score # Example of splitting dataset and evaluating model performance using multiple metrics X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42) model.fit(X_train, y_train) predictions = model.predict(X_test) print(f'Accuracy: {accuracy_score(y_test, predictions)}') print(f'Precision: {precision_score(y_test, predictions)}') print(f'Recall: {recall_score(y_test, predictions)}') print(f'F1 Score: {f1_score(y_test, predictions)}') scores = cross_val_score(model, X, y, cv=5) print(f'Cross-validation scores: {scores}') ```
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