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FedCCM:Communication-Efficient Federated Learning via Clustered Client Momentum in Non-IID Settings
1
作者 Hang Wen Kai Zeng 《Computers, Materials & Continua》 2026年第3期1690-1707,共18页
Federated learning often experiences slow and unstable convergence due to edge-side data heterogeneity.This problem becomes more severe when edge participation rate is low,as the information collected from different e... Federated learning often experiences slow and unstable convergence due to edge-side data heterogeneity.This problem becomes more severe when edge participation rate is low,as the information collected from different edge devices varies significantly.As a result,communication overhead increases,which further slows down the convergence process.To address this challenge,we propose a simple yet effective federated learning framework that improves consistency among edge devices.The core idea is clusters the lookahead gradients collected from edge devices on the cloud server to obtain personalized momentum for steering local updates.In parallel,a global momentum is applied during model aggregation,enabling faster convergence while preserving personalization.This strategy enables efficient propagation of the estimated global update direction to all participating edge devices and maintains alignment in local training,without introducing extra memory or communication overhead.We conduct extensive experiments on benchmark datasets such as Cifar100 and Tiny-ImageNet.The results confirm the effectiveness of our framework.On CIFAR-100,our method reaches 55%accuracy with 37 fewer rounds and achieves a competitive final accuracy of 65.46%.Even under extreme non-IID scenarios,it delivers significant improvements in both accuracy and communication efficiency.The implementation is publicly available at https://github.com/sjmp525/CollaborativeComputing/tree/FedCCM(accessed on 20 October 2025). 展开更多
关键词 Federated learning distributed computation communication efficient momentum clustering non-independent and identically distributed(non-iid)
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解决联邦学习Non-IID问题的基础模型方法综述 被引量:1
2
作者 王鑫 陈坤 孙凌云 《计算机科学》 北大核心 2025年第12期302-313,共12页
联邦学习因具有隐私保护的天然特性,已经逐渐成为一个被广泛认可的分布式机器学习框架。但由于参与方数据分布的差异性,特别是呈现非独立同分布(Non-Independent and Identically Distributed,Non-IID)时,其面临着泛化性能不足、收敛性... 联邦学习因具有隐私保护的天然特性,已经逐渐成为一个被广泛认可的分布式机器学习框架。但由于参与方数据分布的差异性,特别是呈现非独立同分布(Non-Independent and Identically Distributed,Non-IID)时,其面临着泛化性能不足、收敛性能下降、数据倾斜等严峻挑战。用预训练基础模型缓解Non-IID问题作为一种新颖的方法,演变出了各种各样的解决方案。对此,从预训练基础模型的角度,对现有工作进行了综述。首先介绍了基础模型方法,对典型的基础模型编码结构进行对比分析。其次从修改输入、基础模型部分结构再训练,以及参数高效微调3个角度,提出了一种新的分类方法。最后探讨了该类工作的核心难题和未来研究方向。 展开更多
关键词 联邦学习 分布式系统 隐私计算 非独立同分布数据问题 基础模型
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低时延需求下基于改进联邦学习的Non-IID数据分类优化研究
3
作者 杨文彬 《自动化与仪器仪表》 2025年第11期211-215,220,共6页
边缘设备收集的数据存在非独立同分布的问题,导致设备无法满足低时延需求。针对此情况,研究提出了一个基于改进联邦学习的非独立同分布数据分类和优化方法。考虑到联邦学习任务中每个参与节点的资源和数据特性不同,研究设计了基于深度... 边缘设备收集的数据存在非独立同分布的问题,导致设备无法满足低时延需求。针对此情况,研究提出了一个基于改进联邦学习的非独立同分布数据分类和优化方法。考虑到联邦学习任务中每个参与节点的资源和数据特性不同,研究设计了基于深度强化学习的部署方法。之后引入结合嵌入向量和矩阵网络结构的卷积网络对设备间数据进行分类,并优化联邦学习参数。实验结果表明,在紧急任务中,研究提出方法的任务成功率超过了80%。研究提出方法在非独立同分布数据和独立同分布数据下的个性化联邦学习准确率均超过90%,且其通信开销仅为1.13 M。研究提出的方法实现在低时延需求下低通信开销、高准确率的边缘设备数据处理和模型训练。 展开更多
关键词 低时延 non-iid 分类 联邦学习 卷积网络
原文传递
面向Non-IID数据的联邦学习工业仪表定位与分类算法
4
作者 王瑞龙 闫坤 +1 位作者 宁振杰 肖霄 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第11期19-24,共6页
针对现有联邦学习算法在各客户端仅有单个类别的Non-IID仪表数据集上训练出的定位与分类模型性能不佳的问题,提出了一种改进的FedProx算法。在客户端本地训练时,使用预训练模型参数与客户端本地训练过程中的模型参数差值的L2范数作为正... 针对现有联邦学习算法在各客户端仅有单个类别的Non-IID仪表数据集上训练出的定位与分类模型性能不佳的问题,提出了一种改进的FedProx算法。在客户端本地训练时,使用预训练模型参数与客户端本地训练过程中的模型参数差值的L2范数作为正则化损失项添加到原始的损失函数中;在服务器端,使用训练出的模型在测试集上的精度作为各客户端参全局模型聚合的权重。实验结果表明:改进的FedProx算法训练出的模型的mAP0.5指标达到0.9720,仅比集中式训练出的模型的0.9994低了0.0274;该算法在各客户端仅有单个类别的Non-IID数据集上训练出的模型的mAP0.5指标为0.9392,比FedAvg和FedProx算法分别高出了0.0785和0.1289。实验结果充分证明了改进的FedProx算法的准确性和有效性。 展开更多
关键词 联邦学习 工业仪表 定位与分类 non-iid数据 FedAvg FedProx
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Blockchain-Enabled Federated Learning for Privacy-Preserving Non-IID Data Sharing in Industrial Internet
5
作者 Qiuyan Wang Haibing Dong +2 位作者 Yongfei Huang Zenglei Liu Yundong Gou 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第8期1967-1983,共17页
Sharing data while protecting privacy in the industrial Internet is a significant challenge.Traditional machine learning methods require a combination of all data for training;however,this approach can be limited by d... Sharing data while protecting privacy in the industrial Internet is a significant challenge.Traditional machine learning methods require a combination of all data for training;however,this approach can be limited by data availability and privacy concerns.Federated learning(FL)has gained considerable attention because it allows for decentralized training on multiple local datasets.However,the training data collected by data providers are often non-independent and identically distributed(non-IID),resulting in poor FL performance.This paper proposes a privacy-preserving approach for sharing non-IID data in the industrial Internet using an FL approach based on blockchain technology.To overcome the problem of non-IID data leading to poor training accuracy,we propose dynamically updating the local model based on the divergence of the global and local models.This approach can significantly improve the accuracy of FL training when there is relatively large dispersion.In addition,we design a dynamic gradient clipping algorithm to alleviate the influence of noise on the model accuracy to reduce potential privacy leakage caused by sharing model parameters.Finally,we evaluate the performance of the proposed scheme using commonly used open-source image datasets.The simulation results demonstrate that our method can significantly enhance the accuracy while protecting privacy and maintaining efficiency,thereby providing a new solution to data-sharing and privacy-protection challenges in the industrial Internet. 展开更多
关键词 Federated learning data sharing non-iid data differential privacy blockchain
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A Survey of Federated Learning on Non-IID Data
6
作者 HAN Xuming GAO Minghan +2 位作者 WANG Limin HE Zaobo WANG Yanze 《ZTE Communications》 2022年第3期17-26,共10页
Federated learning(FL) is a machine learning paradigm for data silos and privacy protection,which aims to organize multiple clients for training global machine learning models without exposing data to all parties.Howe... Federated learning(FL) is a machine learning paradigm for data silos and privacy protection,which aims to organize multiple clients for training global machine learning models without exposing data to all parties.However,when dealing with non-independently identically distributed(non-ⅡD) client data,FL cannot obtain more satisfactory results than centrally trained machine learning and even fails to match the accuracy of the local model obtained by client training alone.To analyze and address the above issues,we survey the state-of-theart methods in the literature related to FL on non-ⅡD data.On this basis,a motivation-based taxonomy,which classifies these methods into two categories,including heterogeneity reducing strategies and adaptability enhancing strategies,is proposed.Moreover,the core ideas and main challenges of these methods are analyzed.Finally,we envision several promising research directions that have not been thoroughly studied,in hope of promoting research in related fields to a certain extent. 展开更多
关键词 data heterogeneity federated learning non-iid data
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面向Non-IID数据的拜占庭鲁棒联邦学习 被引量:8
7
作者 马鑫迪 李清华 +4 位作者 姜奇 马卓 高胜 田有亮 马建峰 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期138-153,共16页
面向数据分布特征为非独立同分布的联邦学习拜占庭节点恶意攻击问题进行研究,提出了一种隐私保护的鲁棒梯度聚合算法。该算法设计参考梯度用于识别模型训练中“质量较差”的共享梯度,并通过信誉度评估来降低数据分布异质对拜占庭节点识... 面向数据分布特征为非独立同分布的联邦学习拜占庭节点恶意攻击问题进行研究,提出了一种隐私保护的鲁棒梯度聚合算法。该算法设计参考梯度用于识别模型训练中“质量较差”的共享梯度,并通过信誉度评估来降低数据分布异质对拜占庭节点识别的影响。同时,结合同态加密和随机噪声混淆技术来保护模型训练和拜占庭节点识别过程中的用户隐私。最后,在真实数据集中进行仿真测试,测试结果表明所提算法能够在保护用户隐私的条件下,准确、高效地识别拜占庭攻击节点,具有较好的收敛性和鲁棒性。 展开更多
关键词 联邦学习 拜占庭攻击 非独立同分布 隐私保护 同态加密
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联邦学习在非独立同分布超高维场景中关键技术综述
8
作者 于长钺 廉贵清 苏伟 《信息技术与标准化》 2026年第1期50-56,62,共8页
针对联邦学习在非独立同分布与超高维数据耦合场景的性能退化、通信开销及特征筛选等挑战,从数据预处理、模型优化、通信优化三维度综述关键技术进展;结合自动驾驶、医疗健康、金融科技领域案例,验证隐私合规下模型效能提升的可行性。... 针对联邦学习在非独立同分布与超高维数据耦合场景的性能退化、通信开销及特征筛选等挑战,从数据预处理、模型优化、通信优化三维度综述关键技术进展;结合自动驾驶、医疗健康、金融科技领域案例,验证隐私合规下模型效能提升的可行性。指出当前研究在跨客户端特征对齐、稀疏结构一致性与理论保障的短板,展望跨域关联挖掘、自适应联邦框架及可验证安全机制的发展方向,为联邦学习在复杂超高维异构场景的落地应用提供理论与实践参考。 展开更多
关键词 联邦学习 非独立同分布 超高维数据 稀疏建模 隐私保护
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FedReg^(*):Addressing Non-Independent and Identically Distributed Challenges in Federated Learning
9
作者 SHI Xiujin ZHU Xiaolong XIAO Wentao 《Journal of Donghua University(English Edition)》 2026年第1期41-49,共9页
In non-independent and identically distributed(non-IID)data environments,model performance often degrades significantly.To address this issue,two improvement methods are proposed:FedReg and FedReg^(*).FedReg is a meth... In non-independent and identically distributed(non-IID)data environments,model performance often degrades significantly.To address this issue,two improvement methods are proposed:FedReg and FedReg^(*).FedReg is a method based on hybrid regularization aimed at enhancing federated learning in non-IID scenarios.It introduces hybrid regularization to replace traditional L2 regularization,combining the advantages of L1 and L2 regularization to enable feature selection while preventing overfitting.This method better adapts to the diverse data distributions of different clients,improving the overall model performance.FedReg^(*)combines hybrid regularization with weighted model aggregation.In addition to the benefits of hybrid regularization,FedReg^(*)applies a weighted averaging method in the model aggregation process,calculating weights based on the cosine similarity between each client gradient and the global gradient to more reasonably distribute client contributions.By considering variations in data quality and quantity among clients,FedReg^(*)highlights the importance of key clients and enhances the model’s generalization performance.These improvement methods enhance model accuracy and communication efficiency. 展开更多
关键词 federated learning non-independent and identically distributed(non-iid)data hybrid regularization cosine similarity
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FedCW: Client Selection with Adaptive Weight in Heterogeneous Federated Learning
10
作者 Haotian Wu Jiaming Pei Jinhai Li 《Computers, Materials & Continua》 2026年第1期1551-1570,共20页
With the increasing complexity of vehicular networks and the proliferation of connected vehicles,Federated Learning(FL)has emerged as a critical framework for decentralized model training while preserving data privacy... With the increasing complexity of vehicular networks and the proliferation of connected vehicles,Federated Learning(FL)has emerged as a critical framework for decentralized model training while preserving data privacy.However,efficient client selection and adaptive weight allocation in heterogeneous and non-IID environments remain challenging.To address these issues,we propose Federated Learning with Client Selection and Adaptive Weighting(FedCW),a novel algorithm that leverages adaptive client selection and dynamic weight allocation for optimizing model convergence in real-time vehicular networks.FedCW selects clients based on their Euclidean distance from the global model and dynamically adjusts aggregation weights to optimize both data diversity and model convergence.Experimental results show that FedCW significantly outperforms existing FL algorithms such as FedAvg,FedProx,and SCAFFOLD,particularly in non-IID settings,achieving faster convergence,higher accuracy,and reduced communication overhead.These findings demonstrate that FedCW provides an effective solution for enhancing the performance of FL in heterogeneous,edge-based computing environments. 展开更多
关键词 Federated learning non-iid client selection weight allocation vehicular networks
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自适应聚合与元学习优化的联邦学习方法研究
11
作者 李宁 徐家磊 +2 位作者 李菲 陶丽霞 陈子烨 《计算机技术与发展》 2026年第3期178-185,共8页
联邦学习(Federated Learning,FL)能够在保护隐私的前提下实现多中心协作建模,但在非独立同分布(Non-IID)环境下往往存在收敛缓慢和泛化性能下降等问题。为此,该文提出了一种融合自适应聚合、自适应正则化与元学习优化机制的联邦学习算... 联邦学习(Federated Learning,FL)能够在保护隐私的前提下实现多中心协作建模,但在非独立同分布(Non-IID)环境下往往存在收敛缓慢和泛化性能下降等问题。为此,该文提出了一种融合自适应聚合、自适应正则化与元学习优化机制的联邦学习算法——FARMO(Federated learning with Adaptive aggregation,Regularization,and Meta-learning Optimization)。该方法通过样本数量、标签分布熵和更新一致性因子设计自适应聚合模块,实现客户端动态加权;在本地目标函数中引入自适应正则化,有效抑制低质量更新对全局模型的干扰;并基于MAML框架设计元学习模块,提升全局模型对新任务和新分布的快速适应能力。在MIMIC-Ⅲ、ChestX-ray14和PathMNIST三个典型医疗数据集上的实验结果表明,FARMO在分类准确率、收敛速度和通信效率方面均显著优于FedAvg、FedProx和SCAFFOLD等主流算法,验证了其在医疗Non-IID场景中的有效性与鲁棒性。 展开更多
关键词 联邦学习 非独立同分布 自适应聚合 自适应正则化 元学习
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基于指令调优与LLM的非独立同分布加密流量分类方法
12
作者 陈光 李炳龙 于世龙 《信息工程大学学报》 2026年第1期97-104,共8页
针对实际网络环境中流量数据呈现出显著的非独立同分布(Non-IID)特性,提出一种融合大语言模型(LLM)与指令调优的分类方法。该方法借助LLM对结构化数据的理解能力来实现加密流量分类,通过将流量数据转换为图结构以显式表征流间逻辑关联,... 针对实际网络环境中流量数据呈现出显著的非独立同分布(Non-IID)特性,提出一种融合大语言模型(LLM)与指令调优的分类方法。该方法借助LLM对结构化数据的理解能力来实现加密流量分类,通过将流量数据转换为图结构以显式表征流间逻辑关联,并在此基础上构建两阶段训练框架。首先,图结构指令调优使LLM掌握流量图语义理解能力;其次,流量任务指令调优将LLM的推理能力引导至分类任务。二者形成能力递进的协同关系。在USTC-TFC2016与CIC-IDS-2017数据集上的实验显示,该方法宏平均F1分数分别达到0.945和0.968,较主流基线模型提升显著。结果证明,该方法能够有效学习流量图中的复杂依赖关系,其分层学习机制为处理非独立同分布流量数据提供可行路径。 展开更多
关键词 加密流量分类 非独立同分布 大语言模型 指令调优 图结构
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Accelerating local SGD for non-IID data using variance reduction 被引量:2
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作者 Xianfeng LIANG Shuheng SHEN +4 位作者 Enhong CHEN Jinchang LIU Qi LIU Yifei CHENG Zhen PAN 《Frontiers of Computer Science》 SCIE EI CSCD 2023年第2期73-89,共17页
Distributed stochastic gradient descent and its variants have been widely adopted in the training of machine learning models,which apply multiple workers in parallel.Among them,local-based algorithms,including Local S... Distributed stochastic gradient descent and its variants have been widely adopted in the training of machine learning models,which apply multiple workers in parallel.Among them,local-based algorithms,including Local SGD and FedAvg,have gained much attention due to their superior properties,such as low communication cost and privacypreserving.Nevertheless,when the data distribution on workers is non-identical,local-based algorithms would encounter a significant degradation in the convergence rate.In this paper,we propose Variance Reduced Local SGD(VRL-SGD)to deal with the heterogeneous data.Without extra communication cost,VRL-SGD can reduce the gradient variance among workers caused by the heterogeneous data,and thus it prevents local-based algorithms from slow convergence rate.Moreover,we present VRL-SGD-W with an effectivewarm-up mechanism for the scenarios,where the data among workers are quite diverse.Benefiting from eliminating the impact of such heterogeneous data,we theoretically prove that VRL-SGD achieves a linear iteration speedup with lower communication complexity even if workers access non-identical datasets.We conduct experiments on three machine learning tasks.The experimental results demonstrate that VRL-SGD performs impressively better than Local SGD for the heterogeneous data and VRL-SGD-W is much robust under high data variance among workers. 展开更多
关键词 distributed optimization variance reduction local SGD federated learning non-iid data
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Federated learning on non-IID and long-tailed data viadual-decoupling 被引量:1
14
作者 Zhaohui WANG Hongjiao LI +2 位作者 Jinguo LI Renhao HU Baojin WANG 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第5期728-741,共14页
Federated learning(FL),a cutting-edge distributed machine learning training paradigm,aims to generate a global model by collaborating on the training of client models without revealing local private data.The co-occurr... Federated learning(FL),a cutting-edge distributed machine learning training paradigm,aims to generate a global model by collaborating on the training of client models without revealing local private data.The co-occurrence of non-independent and identically distributed(non-IID)and long-tailed distribution in FL is one challenge that substantially degrades aggregate performance.In this paper,we present a corresponding solution called federated dual-decoupling via model and logit calibration(FedDDC)for non-IID and long-tailed distributions.The model is characterized by three aspects.First,we decouple the global model into the feature extractor and the classifier to fine-tune the components affected by the joint problem.For the biased feature extractor,we propose a client confidence re-weighting scheme to assist calibration,which assigns optimal weights to each client.For the biased classifier,we apply the classifier re-balancing method for fine-tuning.Then,we calibrate and integrate the client confidence re-weighted logits with the re-balanced logits to obtain the unbiased logits.Finally,we use decoupled knowledge distillation for the first time in the joint problem to enhance the accuracy of the global model by extracting the knowledge of the unbiased model.Numerous experiments demonstrate that on non-IID and long-tailed data in FL,our approach outperforms state-of-the-art methods. 展开更多
关键词 Federated learning non-iid Long-tailed data Decoupling learning Knowledge distillation
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基于非独立同分布的联邦学习客户端选择方法
15
作者 黄勤凯 龙伟 +2 位作者 胡灵犀 蒋林华 张冠华 《智能计算机与应用》 2026年第1期178-184,共7页
联邦学习(FL)是一种分布式的机器学习方式,无需将原始数据传输到服务器,仅需要在本地设备上进行模型训练。然而现实客户端数据具有异构性,数据的异构性导致FL模型收敛缓慢。针对非独立同分布数据的问题,首先研究提出了一种根据客户端贡... 联邦学习(FL)是一种分布式的机器学习方式,无需将原始数据传输到服务器,仅需要在本地设备上进行模型训练。然而现实客户端数据具有异构性,数据的异构性导致FL模型收敛缓慢。针对非独立同分布数据的问题,首先研究提出了一种根据客户端贡献动态改变节点概率的节点选择方法(FedDPCS),该方法通过全局梯度和局部梯度筛选不利于全局更新的客户端,然后在每一轮训练中根据客户端贡献改变每个节点的概率。其次,从理论上分析了此方法相对于常用的Federated Averaging(FedAvg)算法的改进。最后通过实验证明,FedDPCS在CIFAR-10数据集上比FedAvg算法提高6.43%,比FedBn2算法提高了5.14%;在MNIST数据集上比FedAvg算法提高了5.24%,比FedBn2算法提高了4.36%。 展开更多
关键词 机器学习 联邦学习 非独立同分布 节点选择
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一种基于分层抽样的个性化联邦学习方法
16
作者 杨轲涵 谢承懋 王治国 《四川大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期486-493,共8页
联邦学习是一种保护数据隐私的分布式学习方法,通过聚合多个客户端的本地模型更新来训练全局共享模型。为了有效应对不同客户端的数据分布异质性问题,个性化联邦学习方法在传统联邦学习框架中引入了个性化组件,使每个客户端都能够根据... 联邦学习是一种保护数据隐私的分布式学习方法,通过聚合多个客户端的本地模型更新来训练全局共享模型。为了有效应对不同客户端的数据分布异质性问题,个性化联邦学习方法在传统联邦学习框架中引入了个性化组件,使每个客户端都能够根据其特定需求训练本地模型。本文结合分层抽样策略提出了一种新的个性化联邦学习方法,提高了模型训练的效率,同时减少了通信复杂度。本文建立了算法的收敛性。仿真实验表明,合理地选择分组数量和抽样策略能够显著加快算法的收敛速度,提高其精度。 展开更多
关键词 个性化联邦学习 分层抽样 非独立同分布 优化算法 收敛性分析
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联邦学习中基于条件生成对抗网络的数据增强方案
17
作者 菅银龙 陈学斌 +2 位作者 景忠瑞 钟琪 张镇博 《计算机应用》 北大核心 2026年第1期21-32,共12页
针对非独立同分布(Non-IID)场景下,联邦学习系统面临收敛缓慢和模型准确率降低等挑战,提出联邦学习中基于条件生成对抗网络的数据增强方案(FDA-GAN)。首先,设计一种类别选择的条件生成器为每个类别添加独立的网络模块,并将标签作为条件... 针对非独立同分布(Non-IID)场景下,联邦学习系统面临收敛缓慢和模型准确率降低等挑战,提出联邦学习中基于条件生成对抗网络的数据增强方案(FDA-GAN)。首先,设计一种类别选择的条件生成器为每个类别添加独立的网络模块,并将标签作为条件信息,以更精确地提取各类别的特定特征;其次,提出一种覆盖类别的客户端选择策略来基于客户端的综合奖励,选择包含尽可能多类别的客户端集合参与训练,确保生成对抗网络(GAN)能学习到完整的类别分布;最后,利用生成样本扩充客户端的本地数据集,以优化本地数据的特征构成,减小客户端之间的偏差。实验结果表明,FDA-GAN在狄利克雷数据划分下,相较于CAP-GAN(Collaborated gAme Parallel learning based on GAN)的MNIST Score(MNIST inception Score)和Mode Score指标上分别提升了2.67和1.08,在FID(Fréchet Inception Distance)和MMD(Maximum Mean Discrepancy)指标上分别降低了55.12和2.56;在不同的Non-IID场景下,FedAvg(Federated Averaging)和FedProx(Federated Proximal)算法在结合FDA-GAN后,在50轮通信轮次内达到收敛,并且准确率提升了至少30.36个百分点。可见,FDA-GAN可以提高生成样本的质量与多样性,而且与基线算法结合后可以大幅提高联邦模型的准确率和收敛速度。 展开更多
关键词 生成对抗网络 联邦学习 非独立同分布 客户端选择 数据增强
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DP-FedDRC:缓解维度坍塌的差分隐私个性化联邦学习
18
作者 王民利 张宇浩 胡昌慧 《网络与信息安全学报》 2026年第1期104-116,共13页
联邦学习在分布式隐私保护场景中面临数据异质性与隐私泄露双重挑战。个性化联邦学习通过约束局部模型更新方向缓解数据分布差异,而差分隐私则提供严格的隐私保障。然而,现有方法在同时解决这两个问题时,未能充分考量噪声对数据非独立... 联邦学习在分布式隐私保护场景中面临数据异质性与隐私泄露双重挑战。个性化联邦学习通过约束局部模型更新方向缓解数据分布差异,而差分隐私则提供严格的隐私保障。然而,现有方法在同时解决这两个问题时,未能充分考量噪声对数据非独立同分布场景下联邦学习训练过程的耦合影响,导致隐私-效用权衡不足。实验表明,差分隐私噪声会显著加剧数据异质性引发的维度坍塌问题。该问题导致特征空间的有效自由度衰减,并削弱了特征的判别性表达能力,成为模型性能下降的关键原因。为此,提出一种融合特征去相关与特征残差约束的差分隐私个性化联邦学习框架(DP-FedDRC)。该框架通过抑制特征冗余相关性并保留关键判别信息,缓解噪声和数据异质性共同导致的维度坍塌问题。在隐私保护方面,DPFedDRC在本地训练中采用DP-SGD机制实现梯度裁剪与高斯噪声注入,并基于Rényi差分隐私框架严格核算全局隐私预算。在MNIST、Fashion-MNIST和CIFAR-10数据集上的实验表明,在同等严格的隐私约束下,DP-FedDRC相比基线算法实现了更高的模型准确率,且计算开销仅增加8.3%~9.9%。 展开更多
关键词 联邦学习 差分隐私 维度坍塌 非独立同分布数据 特征去相关
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基于EMD最优匹配的分层联邦学习算法 被引量:2
19
作者 吴小红 李佩 +1 位作者 顾永跟 陶杰 《计算机工程》 北大核心 2025年第2期170-178,共9页
联邦学习允许多个客户端在不共享私有数据的情况下协同训练高性能的全局模型。在跨组织场景的水平联邦学习环境下,客户端本地数据分布中的统计异质性将降低全局模型的性能。为提升联邦学习的全局模型性能,同时避免牺牲客户端隐私和增加... 联邦学习允许多个客户端在不共享私有数据的情况下协同训练高性能的全局模型。在跨组织场景的水平联邦学习环境下,客户端本地数据分布中的统计异质性将降低全局模型的性能。为提升联邦学习的全局模型性能,同时避免牺牲客户端隐私和增加计算成本,提出一种新的混合联邦学习算法FedAvg-Match,其基本思路是通过改进联邦学习算法提升客户端的模型质量。该算法面向以不平衡标签分布为特征的数据异构性,在分层联邦学习框架下设计客户端分组聚合算法来减轻客户端数据异构性对模型性能的影响。针对客户端优化分组问题,设计一种基于动态规划的客户端匹配算法DP-ClientMatch,根据客户端的数据分布距离EMD得到最优的客户端分组匹配。在MNIST、Fashion-MNIST和CIFAR-103个数据集上的实验结果表明,与其他联邦学习算法相比,在高度统计异质性的联邦学习场景下,FedAvg-Match算法使全局模型测试精度最少可提高10百分点,可以显著提高联邦学习全局模型在图像分类任务上的性能。 展开更多
关键词 联邦学习 非独立同分布数据 最优匹配 EMD最优匹配 模型质量
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基于联邦时空图神经网络的新型电力系统多区域负荷预测研究
20
作者 李倩 《红水河》 2025年第4期101-107,共7页
针对新型电力系统多区域负荷预测中动态空间依赖建模、时间多尺度特征提取与非独立同分布(Non-IID)数据协同优化的核心挑战,笔者提出联邦时空图神经网络框架。首先,设计基于元学习的动态图结构生成器,通过多头注意力机制自适应捕捉电网... 针对新型电力系统多区域负荷预测中动态空间依赖建模、时间多尺度特征提取与非独立同分布(Non-IID)数据协同优化的核心挑战,笔者提出联邦时空图神经网络框架。首先,设计基于元学习的动态图结构生成器,通过多头注意力机制自适应捕捉电网拓扑演化与气象耦合效应;其次,构建双通路时序编码器,融合门控机制实现从分钟级至季节级的多尺度特征提取;最后,开发差异化联邦聚合算法,结合注意力权重分配与梯度稀疏化技术,在隐私保护前提下高效处理Non-IID数据问题。基于SGCC-East和CEPRI-South数据集的实验结果表明:1)72 h负荷预测的RMSE降至17.85 MW,相比基准模型提升7.3%;2)联邦学习总传输量降低99.8%,20个区域协同训练时间缩短65%;3)成员推理攻击成功率为31.6%(ε=0.3),预测精度损失为1.48%。该框架可为构建安全、高效的跨区域电力协同预测体系提供关键技术支撑。 展开更多
关键词 联邦时空图神经网络 动态空间依赖 非独立同分布数据 新型电力系统 多区域负荷预测
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