Transformer-based pre-trained models have become the de-facto solution for NLP tasks. Fine-tuning such pre-trained models for downstream tasks often requires tremendous amount of data that is both private and labeled. However, in reality: 1) such private data cannot be collected and is distributed across mobile devices, and 2) well-curated labeled data is scarce. To tackle those issues, we first define a data generator for federated few-shot learning tasks, which encompasses the quantity and distribution of scarce labeled data in a realistic setting. Then we propose AUG-FedPrompt, a prompt-based federated learning algorithm that carefully annotates abundant unlabeled data for data augmentation. AUG-FedPrompt can perform on par with full-set fine-tuning with very few initial labeled data.

Natural language processing (NLP) sees rich mobile applications. To support various language understanding tasks, a foundation NLP model is often fine-tuned in a federated, privacy-preserving setting (FL). This process currently relies on at least hundreds of thousands of labeled training samples from mobile clients; yet mobile users often lack willingness or knowledge to label their data. Such an inadequacy of data labels is known as a few-shot scenario; it becomes the key blocker for mobile NLP applications. For the first time, this work investigates federated NLP in the few-shot scenario (FedFSL). By retrofitting algorithmic advances of pseudo labeling and prompt learning, we first establish a training pipeline that delivers competitive accuracy when only 0.05% (fewer than 100) of the training data is labeled and the remaining is unlabeled. To instantiate the workflow, we further present a system FFNLP, addressing the high execution cost with novel designs. (1) Curriculum pacing, which injects pseudo labels to the training workflow at a rate commensurate to the learning progress; (2) Representational diversity, a mechanism for selecting the most learnable data, only for which pseudo labels will be generated; (3) Co-planning of a model's training depth and layer capacity. Together, these designs reduce the training delay, client energy, and network traffic by up to 46.0$\times$, 41.2$\times$ and 3000.0$\times$, respectively. Through algorithm/system co-design, FFNLP demonstrates that FL can apply to challenging settings where most training samples are unlabeled.

有效分布式参数的快速全局聚合对于联邦学习（FL）至关重要，这需要足够的带宽来进行参数通信和足够的用户数据以进行本地培训。否则，FL可能会花费过多的训练时间来收敛并产生不准确的模型。在本文中，我们提出了一个全新的FL框架，即Pressfl，该框架将联合模型培训取代联合的及时培训，即让联邦参与者培训提示而不是共享模型，以同时实现有效的全球聚合和本地培训通过以分布式方式利用基础模型（FM）的功率来利用数据不足。 ProSTERFL将现成的FM（即剪辑）运送到分布式客户端，这些客户将根据很少的本地数据进行合作培训共享的软提示。由于提示fl只需要更新提示而不是整个模型，因此本地培训和全局聚合都可以大大加速。经过大规模数据训练的FM可以通过训练有素的软提示为分布式用户任务提供强大的适应能力。我们通过广泛的实验对提示进行了经验分析，并在系统的可行性，用户隐私和性能方面表现出了优势。

联合学习（FL）通过汇总模型更新，以隐私的方式对分散数据进行了全球模型培训。但是，对于使用具有大量参数的预训练的语言模型（PLM）的许多自然语言处理（NLP）任务，与FL相关的沟通成本相当大。最近，迅速调整了一些不修改PLM的软提示的调音，它作为新的学习范式取得了出色的表现。因此，我们要组合两种方法，并探索在FL下迅速调整的效果。在本文中，我们提出“ FedPrompt”作为第一个工作研究促使使用FL以模型分开学习方式进行调整，并证明该研究大大降低了沟通成本，只有PLMS参数的0.01％，而准确性几乎没有降低。在IID和非IID数据分布上。这提高了FL方法的效率，同时还可以在及时调整中保护数据隐私。此外，PLMS，提示在公共平台和个人用户之间被上传和下载，因此我们试图弄清楚是否仍然只有使用后门威胁在FL场景中软提示。我们通过对FedPrompt的数据中毒进一步进行后门攻击。我们的实验表明，正常的后门攻击无法实现高攻击成功率，证明了FedPrompt的稳健性。我们希望这项工作能够促进FL的应用，并提高对可能的安全威胁的认识。

With increasing privacy concerns on data, recent studies have made significant progress using federated learning (FL) on privacy-sensitive natural language processing (NLP) tasks. Much literature suggests fully fine-tuning pre-trained language models (PLMs) in the FL paradigm can mitigate the data heterogeneity problem and close the performance gap with centralized training. However, large PLMs bring the curse of prohibitive communication overhead and local model adaptation costs for the FL system. To this end, we introduce various parameter-efficient tuning (PETuning) methods into federated learning. Specifically, we provide a holistic empirical study of representative PLMs tuning methods in FL. The experimental results cover the analysis of data heterogeneity levels, data scales, and different FL scenarios. Overall communication overhead can be significantly reduced by locally tuning and globally aggregating lightweight model parameters while maintaining acceptable performance in various FL settings. To facilitate the research of PETuning in FL, we also develop a federated tuning framework FedPETuning, which allows practitioners to exploit different PETuning methods under the FL training paradigm conveniently. The source code is available at \url{https://github.com/iezhuozhuo/FedETuning/tree/deltaTuning}.

联邦学习对分布式数据利用率和隐私保护表达了极大的潜力。大多数现有的联合学习方法侧重于监督设置，这意味着存储在每个客户端中的所有数据都有标签。但是，在现实世界应用中，客户数据无法完全标记。因此，如何利用未标记的数据应该是联邦学习的新挑战。虽然一些研究正在试图克服这一挑战，但它们可能会遭受信息泄漏或误导性信息使用问题。为了解决这些问题，在本文中，我们提出了一种名为Fedtrinet的新型联合半监督学习方法，该方法由两个学习阶段组成。在第一阶段，我们使用带有FADVG的标记数据预先列教Fedtrinet。在第二阶段，我们的目标是使大部分未标记的数据来帮助模型学习。特别是，我们建议使用三个网络和动态质量控制机制来为未标记数据产生高质量的伪标签，该数据被添加到训练集中。最后，Fedtrinet使用新的训练设置来重新培训模型。在三个公共数据集上的实验结果表明，提出的Fedtrinet在IID和非IID设置下优于最先进的基线。

空中接入网络已被识别为各种事物互联网（物联网）服务和应用程序的重要驾驶员。特别是，以无人机互联网为中心的空中计算网络基础设施已经掀起了自动图像识别的新革命。这种新兴技术依赖于共享地面真理标记的无人机（UAV）群之间的数据，以培训高质量的自动图像识别模型。但是，这种方法将带来数据隐私和数据可用性挑战。为了解决这些问题，我们首先向一个半监督的联邦学习（SSFL）框架提供隐私保留的UAV图像识别。具体而言，我们提出了模型参数混合策略，以改善两个现实场景下的FL和半监督学习方法的天真组合（标签 - 客户端和标签 - 服务器），其被称为联合混合（FEDMIX）。此外，在不同环境中使用不同的相机模块，在不同环境中使用不同的相机模块，在不同的相机模块，即统计异质性，存在显着差异。为了减轻统计异质性问题，我们提出了基于客户参与训练的频率的聚合规则，即FedFReq聚合规则，可以根据其频率调整相应的本地模型的权重。数值结果表明，我们提出的方法的性能明显优于当前基线的性能，并且对不同的非IID等级的客户数据具有强大。

Federated Learning（FL）是一种流行的分散和保护隐私的机器学习（FL）框架，近年来一直受到广泛的研究关注。现有的大多数作品都集中在监督学习（SL）问题上，在这些问题上假定客户在服务器没有数据时携带标签的数据集。但是，在现实的情况下，由于缺乏专业知识和动力，客户通常无法在服务器托管少量标记数据的情况下标记其数据。因此，如何合理地利用服务器标记的数据和客户端的未标记数据至关重要。在本文中，我们提出了一种新的FL算法，称为FEDSEAL，以解决该半监督联邦学习（SSFL）问题。我们的算法利用自我安装的学习和互补的负面学习来提高客户对未标记数据无监督学习的准确性和效率，并在服务器方和客户方面进行了模型培训。我们对SSFL设置中的时尚摄影和CIFAR10数据集的实验结果验证了我们方法的有效性，该方法的效率超过了最先进的SSFL方法。

Federated learning achieves joint training of deep models by connecting decentralized data sources, which can significantly mitigate the risk of privacy leakage. However, in a more general case, the distributions of labels among clients are different, called ``label distribution skew''. Directly applying conventional federated learning without consideration of label distribution skew issue significantly hurts the performance of the global model. To this end, we propose a novel federated learning method, named FedMGD, to alleviate the performance degradation caused by the label distribution skew issue. It introduces a global Generative Adversarial Network to model the global data distribution without access to local datasets, so the global model can be trained using the global information of data distribution without privacy leakage. The experimental results demonstrate that our proposed method significantly outperforms the state-of-the-art on several public benchmarks. Code is available at \url{https://github.com/Sheng-T/FedMGD}.

自从联合学习（FL）被引入具有隐私保护的分散学习技术以来，分布式数据的统计异质性是实现FL应用中实现稳健性能和稳定收敛性的主要障碍。已经研究了模型个性化方法来克服这个问题。但是，现有的方法主要是在完全标记的数据的先决条件下，这在实践中是不现实的，由于需要专业知识。由部分标记的条件引起的主要问题是，标记数据不足的客户可能会遭受不公平的性能增益，因为他们缺乏足够的本地分销见解来自定义全球模型。为了解决这个问题，1）我们提出了一个新型的个性化的半监督学习范式，该范式允许部分标记或未标记的客户寻求与数据相关的客户（助手代理）的标签辅助，从而增强他们对本地数据的认识； 2）基于此范式，我们设计了一个基于不确定性的数据关系度量，以确保选定的帮助者可以提供值得信赖的伪标签，而不是误导当地培训； 3）为了减轻助手搜索引入的网络过载，我们进一步开发了助手选择协议，以实现有效的绩效牺牲的有效沟通。实验表明，与其他具有部分标记数据的相关作品相比，我们提出的方法可以获得卓越的性能和更稳定的收敛性，尤其是在高度异质的环境中。

经常引用联合学习的挑战是数据异质性的存在 - 不同客户的数据可能遵循非常不同的分布。已经提出了几种联合优化方法来应对这些挑战。在文献中，经验评估通常从随机初始化开始联合培训。但是，在联合学习的许多实际应用中，服务器可以访问培训任务的代理数据，该数据可用于在开始联合培训之前用于预训练模型。我们从经验上研究了使用四个常见联合学习基准数据集从联邦学习中的预训练模型开始的影响。毫不奇怪，从预先训练的模型开始，比从随机初始化开始时，缩短了达到目标错误率所需的训练时间，并使训练更准确的模型（最高40 \％）。令人惊讶的是，我们还发现，从预先训练的初始化开始联合培训时，数据异质性的效果不那么重要。相反，从预先训练的模型开始时，使用服务器上的自适应优化器（例如\ textsc {fedadam}）始终导致最佳准确性。我们建议未来提出和评估联合优化方法的工作在开始随机和预训练的初始化时考虑性能。我们还认为，这项研究提出了几个问题，以进一步了解异质性在联合优化中的作用。

启用摄像头的移动设备的无处不在导致在边缘生产大量未标记的视频数据。尽管已经提出了各种自我监督学习（SSL）方法来收集其潜在的时空表征，以进行特定于任务的培训，但实际挑战包括隐私问题和沟通成本，可以阻止SSL在大规模上部署。为了减轻这些问题，我们建议将联合学习（FL）用于视频SSL的任务。在这项工作中，我们评估了当前最新ART（SOTA）视频-SSL技术的性能，并确定其在与Kinetics-400数据集模拟的大规模FL设置中集成到大规模的FL设置时的缺陷。我们遵循，为视频（称为FedVSSL）提出了一个新颖的Federated SSL框架，该框架集成了不同的聚合策略和部分重量更新。广泛的实验证明了FEDVSSL的有效性和意义，因为它在UCF-101上优于下游检索任务的集中式SOTA，而HMDB-51的效率为6.66％。

Massively multi-task learning with large language models has recently made substantial progress on few-shot generalization. However, this is usually performed in a centralized learning fashion, ignoring the privacy sensitivity issue of (annotated) data used in multiple tasks. To mitigate this issue, we propose FewFedWeight, a few-shot federated learning framework across multiple tasks, to achieve the best of both worlds: privacy preservation and cross-task generalization. FewFedWeight trains client models in isolated devices without sharing data. It broadcasts the global model in the server to each client and produces pseudo data for clients so that knowledge from the global model can be explored to enhance few-shot learning of each client model. An energy-based algorithm is further proposed to weight pseudo samples in order to reduce the negative impact of noise from the generated pseudo data. Adaptive model weights of client models are also tuned according to their performance. We use these model weights to dynamically aggregate client models to update the global model. Experiments on 118 NLP tasks show that FewFedWeight can significantly improve the performance of client models on 61% tasks with an average performance improvement rate of 30.5% over the baseline and substantially outperform FedAvg and other decentralized learning methods.

在皮肤病学诊断中，移动皮肤病学助理收集的私人数据存在于患者的分布式移动设备上。联合学习（FL）可以使用分散数据来训练模型，同时保持数据本地化。现有的FL方法假设所有数据都有标签。但是，由于高标签成本，医疗数据通常没有完整的标签。自我监督的学习（SSL）方法，对比度学习（CL）和蒙版自动编码器（MAE）可以利用未标记的数据来预先培训模型，然后用有限的标签进行微调。但是，组合SSL和FL有独特的挑战。例如，CL需要不同的数据，但每个设备仅具有有限的数据。对于MAE而言，尽管基于视觉变压器（VIT）的MAE在集中学习中具有更高的准确性，但尚未研究MAE在未标记数据的FL中的性能。此外，服务器和客户端之间的VIT同步与传统CNN不同。因此，需要设计特殊的同步方法。在这项工作中，我们提出了两个联邦自制的学习框架，用于具有有限标签的皮肤病学诊断。第一个具有较低的计算成本，适用于移动设备。第二个具有高精度，适合高性能服务器。根据CL，我们提出了与功能共享（FedClf）的联合对比度学习。共享功能可用于不同的对比信息，而无需共享原始数据以获得隐私。根据MAE，我们提出了Fedmae。知识拆分将所学的全球知识与每个客户分开。只有全球知识才能汇总为更高的概括性能。关于皮肤病学数据集的实验表明，所提出的框架的精度优于最先进的框架。

我们研究了在联合环境中从积极和未标记的（PU）数据中学习的问题，由于资源和时间的限制，每个客户仅标记其数据集的一小部分。与传统的PU学习中的设置不同，负面类是由单个类组成的，而由客户在联合设置中无法识别的否定样本可能来自客户未知的多个类。因此，在这种情况下，几乎无法应用现有的PU学习方法。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的框架，即使用正面和未标记的数据（FEDPU）联合学习，以通过利用其他客户的标记数据来最大程度地降低多个负面类别的预期风险。我们理论上分析了拟议的FedPU的概括结合。经验实验表明，FedPU比常规监督和半监督联盟的学习方法取得更好的性能。

高效联合学习是在边缘设备上培训和部署AI模型的关键挑战之一。然而，在联合学习中维护数据隐私提出了几种挑战，包括数据异质性，昂贵的通信成本和有限的资源。在本文中，我们通过（a）通过基于本地客户端的深度增强学习引入突出参数选择代理的上述问题，并在中央服务器上聚合所选择的突出参数，（b）分割正常的深度学习模型〜 （例如，CNNS）作为共享编码器和本地预测器，并通过联合学习训练共享编码器，同时通过本地自定义预测器将其知识传送到非IID客户端。所提出的方法（a）显着降低了联合学习的通信开销，并加速了模型推断，而方法（b）则在联合学习中解决数据异质性问题。此外，我们利用梯度控制机制来校正客户之间的梯度异质性。这使得训练过程更稳定并更快地收敛。实验表明，我们的方法产生了稳定的训练过程，并与最先进的方法相比实现了显着的结果。在培训VGG-11时，我们的方法明显降低了通信成本最高108 GB，并在培训Reset-20时需要7.6美元的通信开销，同时通过减少高达39.7 \％$ 39.7 \％$ vgg- 11.

联邦学习（FL）旨在以隐私的方式从大规模的分散设备中学习联合知识。但是，由于高质量标记的数据需要昂贵的人类智能和努力，因此带有错误标签的数据（称为嘈杂标签）无处不在，实际上不可避免地会导致性能退化。尽管提出了许多直接处理嘈杂标签的方法，但这些方法要么需要过多的计算开销，要么违反FL的隐私保护原则。为此，我们将重点放在FL上，目的是减轻嘈杂标签所产生的性能退化，同时保证数据隐私。具体而言，我们提出了一种局部自我调节方法，该方法通过隐式阻碍模型记忆噪声标签并明确地缩小了使用自我蒸馏之间的原始实例和增强实例之间的模型输出差异，从而有效地规范了局部训练过程。实验结果表明，我们提出的方法可以在三个基准数据集上的各种噪声水平中获得明显的抵抗力。此外，我们将方法与现有的最新方法集成在一起，并在实际数据集服装1M上实现卓越的性能。该代码可在https://github.com/sprinter1999/fedlsr上找到。

联合学习（FL）根据多个本地客户端协同聚合共享全球模型，同时保持培训数据分散以保护数据隐私。但是，标准的FL方法忽略了嘈杂的客户问题，这可能会损害聚合模型的整体性能。在本文中，我们首先分析了嘈杂的客户声明，然后用不同的噪声分布模型噪声客户端（例如，Bernoulli和截断的高斯分布）。要使用嘈杂的客户，我们提出了一个简单但有效的FL框架，名为联邦嘈杂的客户学习（FED-NCL），它是一个即插即用算法，并包含两个主要组件：动态的数据质量测量（DQM）量化每个参与客户端的数据质量，以及噪声鲁棒聚合（NRA），通过共同考虑本地训练数据和每个客户端的数据质量来自适应地聚合每个客户端的本地模型。我们的FED-NCL可以轻松应用于任何标准的流行流以处理嘈杂的客户端问题。各种数据集的实验结果表明，我们的算法提高了具有嘈杂客户端的不同现实系统的性能。

Existing federated classification algorithms typically assume the local annotations at every client cover the same set of classes. In this paper, we aim to lift such an assumption and focus on a more general yet practical non-IID setting where every client can work on non-identical and even disjoint sets of classes (i.e., client-exclusive classes), and the clients have a common goal which is to build a global classification model to identify the union of these classes. Such heterogeneity in client class sets poses a new challenge: how to ensure different clients are operating in the same latent space so as to avoid the drift after aggregation? We observe that the classes can be described in natural languages (i.e., class names) and these names are typically safe to share with all parties. Thus, we formulate the classification problem as a matching process between data representations and class representations and break the classification model into a data encoder and a label encoder. We leverage the natural-language class names as the common ground to anchor the class representations in the label encoder. In each iteration, the label encoder updates the class representations and regulates the data representations through matching. We further use the updated class representations at each round to annotate data samples for locally-unaware classes according to similarity and distill knowledge to local models. Extensive experiments on four real-world datasets show that the proposed method can outperform various classical and state-of-the-art federated learning methods designed for learning with non-IID data.

作为一种有希望的隐私机器学习方法，联合学习（FL）可以使客户跨客户培训，而不会损害其机密的本地数据。但是，现有的FL方法遇到了不均分布数据的推理性能低的问题，因为它们中的大多数依赖于联合平均（FIDAVG）基于联合的聚合。通过以粗略的方式平均模型参数，FedAvg将局部模型的个体特征黯然失色，这极大地限制了FL的推理能力。更糟糕的是，在每一轮FL培训中，FedAvg向客户端向客户派遣了相同的初始本地模型，这很容易导致对最佳全局模型的局限性搜索。为了解决上述问题，本文提出了一种新颖有效的FL范式，名为FEDMR（联合模型重组）。与传统的基于FedAvg的方法不同，FEDMR的云服务器将收集到的本地型号的每一层层混合，并重组它们以实现新的模型，以供客户端培训。由于在每场FL比赛中进行了细粒度的模型重组和本地培训，FEDMR可以迅速为所有客户找出一个全球最佳模型。全面的实验结果表明，与最先进的FL方法相比，FEDMR可以显着提高推理准确性而不会引起额外的通信开销。