Vertical federated learning (VFL) is a distributed learning paradigm, where computing clients collectively train a model based on the partial features of the same set of samples they possess. Current research on VFL focuses on the case when samples are independent, but it rarely addresses an emerging scenario when samples are interrelated through a graph. For graph-structured data, graph neural networks (GNNs) are competitive machine learning models, but a naive implementation in the VFL setting causes a significant communication overhead. Moreover, the analysis of the training is faced with a challenge caused by the biased stochastic gradients. In this paper, we propose a model splitting method that splits a backbone GNN across the clients and the server and a communication-efficient algorithm, GLASU, to train such a model. GLASU adopts lazy aggregation and stale updates to skip aggregation when evaluating the model and skip feature exchanges during training, greatly reducing communication. We offer a theoretical analysis and conduct extensive numerical experiments on real-world datasets, showing that the proposed algorithm effectively trains a GNN model, whose performance matches that of the backbone GNN when trained in a centralized manner.


翻译:垂直结合学习(VFL)是一种分布式学习模式,计算客户根据他们拥有的同一组样本的部分特征集体培训一个模型。目前对VFL的研究侧重于样本独立时的情况,但很少涉及样本通过图表相互关联时出现的情况。对于图表结构数据而言,图形神经网络(GNN)是竞争性机器学习模式,但在VFL设置中天真地实施,造成大量的通信间接费用。此外,对培训的分析面临偏差随机梯度造成的挑战。在本文中,我们提出一种模型分割法,将骨干GNNN和服务器分开,并采用通信效率算法(GLASU)来培训这种模型。GLASU采用懒惰的汇总和标准更新,在评价模型和在培训期间跳过特征交流时跳过汇总,大大减少了通信。我们提供了理论分析,并在真实世界数据集上进行了广泛的数字实验,表明拟议的算法有效地培训了GNNN模型,其性与中央培训时的脊椎相匹配。</s>

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