Federated learning makes it possible for all parties with data isolation to train the model collaboratively and efficiently while satisfying privacy protection. To obtain a high-quality model, an incentive mechanism is necessary to motivate more high-quality workers with data and computing power. The existing incentive mechanisms are applied in offline scenarios, where the task publisher collects all bids and selects workers before the task. However, it is practical that different workers arrive online in different orders before or during the task. Therefore, we propose a reverse auction-based online incentive mechanism for horizontal federated learning with budget constraint. Workers submit bids when they arrive online. The task publisher with a limited budget leverages the information of the arrived workers to decide on whether to select the new worker. Theoretical analysis proves that our mechanism satisfies budget feasibility, computational efficiency, individual rationality, consumer sovereignty, time truthfulness, and cost truthfulness with a sufficient budget. The experimental results show that our online mechanism is efficient and can obtain high-quality models.


翻译:联邦学习使所有拥有数据孤立的各方有可能在满足隐私保护的同时合作和高效地培训模型。为了获得高质量的模型,有必要建立一个激励机制,以激励拥有数据和计算能力的更高质量的工人。现有的激励机制适用于离线情景,任务出版商收集所有投标并在任务完成之前就挑选工人。然而,实际上,不同工人在任务完成之前或期间以不同的订单上网。因此,我们提议了一个基于逆向拍卖的在线激励机制,用于有预算限制的横向联合学习。工人在抵达时提交标书。预算有限的任务出版商利用已抵达工人的信息来决定是否选择新工人。理论分析证明,我们的机制符合预算可行性、计算效率、个人合理性、消费者主权、时间真实性以及预算充足成本真实性。实验结果表明,我们的在线机制效率很高,可以获得高质量的模型。

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联邦学习(Federated Learning)是一种新兴的人工智能基础技术,在 2016 年由谷歌最先提出,原本用于解决安卓手机终端用户在本地更新模型的问题,其设计目标是在保障大数据交换时的信息安全、保护终端数据和个人数据隐私、保证合法合规的前提下,在多参与方或多计算结点之间开展高效率的机器学习。其中,联邦学习可使用的机器学习算法不局限于神经网络,还包括随机森林等重要算法。联邦学习有望成为下一代人工智能协同算法和协作网络的基础。
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