我们提出了一种新的用于分布式训练神经网络模型的联邦学习方法,其中服务器在每一轮随机选择的设备子集的协调合作。我们主要从通信的角度来看待联邦学习问题,并允许更多的设备级计算来节省传输成本。20指出了一个基本的困境,即局部设备级经验损失的最小值与全局经验损失的最小值不一致。与最近尝试不精确最小化或利用设备来并行梯度计算的工作不同,我们在每一轮为每个设备提出了一个动态正则化,这样在极限情况下全局解决方案和设备解决方案是对齐的。我们通过对真实数据和合成数据的实证结果以及分析结果证明,我们的方案能够在凸和非凸设置下实现高效的训练,同时完全不知道设备的异构性,对大量设备、部分参与和不平衡数据具有鲁棒性。

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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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