One of the key challenges in federated learning (FL) is local data distribution heterogeneity across clients, which may cause inconsistent feature spaces across clients. To address this issue, we propose a novel method FedFM, which guides each client's features to match shared category-wise anchors (landmarks in feature space). This method attempts to mitigate the negative effects of data heterogeneity in FL by aligning each client's feature space. Besides, we tackle the challenge of varying objective function and provide convergence guarantee for FedFM. In FedFM, to mitigate the phenomenon of overlapping feature spaces across categories and enhance the effectiveness of feature matching, we further propose a more precise and effective feature matching loss called contrastive-guiding (CG), which guides each local feature to match with the corresponding anchor while keeping away from non-corresponding anchors. Additionally, to achieve higher efficiency and flexibility, we propose a FedFM variant, called FedFM-Lite, where clients communicate with server with fewer synchronization times and communication bandwidth costs. Through extensive experiments, we demonstrate that FedFM with CG outperforms several works by quantitative and qualitative comparisons. FedFM-Lite can achieve better performance than state-of-the-art methods with five to ten times less communication costs.


翻译:联合会学习(FL)的主要挑战之一是客户之间的本地数据分布差异性,这可能造成客户间不同特点空间的不一致。为了解决这一问题,我们提议采用新颖的方法FedFMM,指导每个客户的特性,以匹配共享的分类锚(功能空间中的标记),以指导每个客户的特征;这种方法试图通过调整每个客户的特征空间来减轻FL数据差异性的负面影响。此外,我们应对不同目标功能的挑战,并为FedFM提供趋同保证。在FedFM中,为了减少不同类别重叠特征空间的现象,提高功能匹配的有效性,我们进一步提议采用更准确、有效的特征匹配损失方法,称为对比式引导(CG),该方法指导每个客户的特征与相应的锚相匹配,同时远离非组合锚。此外,为了提高效率和灵活性,我们提出了FedFMMFM-Lite变量,即客户与服务器的同步时间和通信带宽成本较低。我们通过广泛的实验,能够通过定量和定性的比较,以10次的通信成本实现FedFDFM-FM-Lite的比C更佳的工作。

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