Unsupervised representation learning has achieved outstanding performances using centralized data available on the Internet. However, the increasing awareness of privacy protection limits sharing of decentralized unlabeled image data that grows explosively in multiple parties (e.g., mobile phones and cameras). As such, a natural problem is how to leverage these data to learn visual representations for downstream tasks while preserving data privacy. To address this problem, we propose a novel federated unsupervised learning framework, FedU. In this framework, each party trains models from unlabeled data independently using contrastive learning with an online network and a target network. Then, a central server aggregates trained models and updates clients' models with the aggregated model. It preserves data privacy as each party only has access to its raw data. Decentralized data among multiple parties are normally non-independent and identically distributed (non-IID), leading to performance degradation. To tackle this challenge, we propose two simple but effective methods: 1) We design the communication protocol to upload only the encoders of online networks for server aggregation and update them with the aggregated encoder; 2) We introduce a new module to dynamically decide how to update predictors based on the divergence caused by non-IID. The predictor is the other component of the online network. Extensive experiments and ablations demonstrate the effectiveness and significance of FedU. It outperforms training with only one party by over 5% and other methods by over 14% in linear and semi-supervised evaluation on non-IID data.


翻译:使用互联网上现有的中央数据进行不受监督的代表性学习,取得了杰出的成绩。然而,人们日益认识到隐私保护对分散的无标签图像数据共享的限制,这种分散的无标签图像数据在多个方面(例如移动电话和照相机)中爆炸性地增长。因此,自然的问题是如何利用这些数据来学习下游任务的视觉展示,同时保护数据隐私。为了解决这个问题,我们提议了一个创新的未经监督的联邦联合学习框架FedU。在这个框架内,每个当事方利用与在线网络和目标网络对比学习,独立地从无标签的数据中培养模型。然后,一个中央服务器集成经过培训的模型,并用综合模型更新客户的模型。它保护数据隐私,因为每个当事方只能获得原始数据。多个当事方之间的分散数据通常不独立,而且同样地分布(不IID),导致业绩退化。为了应对这一挑战,我们建议两种简单但有效的方法:1)我们设计通信协议,只上传服务器网络的分解器,并用汇总的线性编码器更新它们;2)我们引入一个新的模块,让每个当事方都能够使用其原始数据。

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