联合学习允许多方协作，在不共享本地数据的情况下协作培训联合模型。这使得机器学习在固有的分布式的，诸如医疗领域中的固有分布式的未差异数据的设置中的应用。在实践中，通常通过聚合当地模型来实现联合培训，其中当地培训目标必须与联合（全球）目标相似。然而，通常，当地数据集是如此之小，即当地目标从全球目标差异很大，导致联合学习失败。我们提出了一种新的方法，它与本地模型的排列交织在一起。排列将每个本地模型暴露给当地数据集的菊花链，导致数据稀疏域中的更有效培训。这使得能够培训极小的本地数据集，例如跨医院的患者数据，同时保留联合学习的培训效率和隐私效益。

在金融和医疗保健等高度监管域中的机构通常存在围绕数据共享的限制性规则。联合学习是一种分布式学习框架，可以实现对分散数据的多机构合作，并改善了每个合作师的数据隐私的保护。在本文中，我们提出了一种用于分散的联邦学习的通信有效的方案，称为ProxyFL或基于代理的联合学习。 ProxyFL中的每个参与者都维护了两个模型，私人模型和旨在保护参与者隐私的公开共享代理模型。代理模型允许参与者之间的高效信息交换，使用PushSum方法而无需集中式服务器。所提出的方法通过允许模型异质性消除了规范联合学习的显着限制;每个参与者都可以拥有任何架构的私有模型。此外，我们通过代理通信的协议导致使用差异隐私分析的隐私保障更强。对流行的图像数据集的实验，以及使用超过30,000多个高质量的千兆的千兆子痫组织的泛癌诊断问题整个幻灯片图像，表明ProxyFL可以优于现有的现有替代方案，越来越少的沟通开销和更强大的隐私。

Modern mobile devices have access to a wealth of data suitable for learning models, which in turn can greatly improve the user experience on the device. For example, language models can improve speech recognition and text entry, and image models can automatically select good photos. However, this rich data is often privacy sensitive, large in quantity, or both, which may preclude logging to the data center and training there using conventional approaches. We advocate an alternative that leaves the training data distributed on the mobile devices, and learns a shared model by aggregating locally-computed updates. We term this decentralized approach Federated Learning.We present a practical method for the federated learning of deep networks based on iterative model averaging, and conduct an extensive empirical evaluation, considering five different model architectures and four datasets. These experiments demonstrate the approach is robust to the unbalanced and non-IID data distributions that are a defining characteristic of this setting. Communication costs are the principal constraint, and we show a reduction in required communication rounds by 10-100× as compared to synchronized stochastic gradient descent.

联邦学习〜（FL）最近引起了学术界和行业的越来越多的关注，其最终目标是在隐私和沟通限制下进行协作培训。现有的基于FL算法的现有迭代模型需要大量的通信回合，以获得良好的模型，这是由于不同客户之间的极为不平衡和非平衡的I.D数据分配。因此，我们建议FedDM从多个本地替代功能中构建全球培训目标，这使服务器能够获得对损失格局的更全球视野。详细说明，我们在每个客户端构建了合成数据集，以在本地匹配从原始数据到分发匹配的损失景观。与笨拙的模型权重相比，FedDM通过传输更多信息和较小的合成数据来降低通信回合并提高模型质量。我们对三个图像分类数据集进行了广泛的实验，结果表明，在效率和模型性能方面，我们的方法可以优于其他FL的实验。此外，我们证明，FedDM可以适应使用高斯机制来保护差异隐私，并在相同的隐私预算下训练更好的模型。

我们介绍了一个新颖的联合学习框架FedD3，该框架减少了整体沟通量，并开放了联合学习的概念，从而在网络受限的环境中进行了更多的应用程序场景。它通过利用本地数据集蒸馏而不是传统的学习方法（i）大大减少沟通量，并（ii）将转移限制为一击通信，而不是迭代的多路交流来实现这一目标。 FedD3允许连接的客户独立提炼本地数据集，然后汇总那些去中心化的蒸馏数据集（通常以几个无法识别的图像，通常小于模型小于模型），而不是像其他联合学习方法共享模型更新，而是允许连接的客户独立提炼本地数据集。在整个网络上仅一次形成最终模型。我们的实验结果表明，FedD3在所需的沟通量方面显着优于其他联合学习框架，同时，根据使用情况或目标数据集，它为能够在准确性和沟通成本之间的权衡平衡。例如，要在具有10个客户的非IID CIFAR-10数据集上训练Alexnet模型，FedD3可以通过相似的通信量增加准确性超过71％，或者节省98％的通信量，同时达到相同的准确性与其他联合学习方法相比。

Federated learning is a collaborative method that aims to preserve data privacy while creating AI models. Current approaches to federated learning tend to rely heavily on secure aggregation protocols to preserve data privacy. However, to some degree, such protocols assume that the entity orchestrating the federated learning process (i.e., the server) is not fully malicious or dishonest. We investigate vulnerabilities to secure aggregation that could arise if the server is fully malicious and attempts to obtain access to private, potentially sensitive data. Furthermore, we provide a method to further defend against such a malicious server, and demonstrate effectiveness against known attacks that reconstruct data in a federated learning setting.

当客户具有不同的数据分布时，最新的联合学习方法的性能比其集中式同行差得多。对于神经网络，即使集中式SGD可以轻松找到同时执行所有客户端的解决方案，当前联合优化方法也无法收敛到可比的解决方案。我们表明，这种性能差异很大程度上可以归因于非概念性提出的优化挑战。具体来说，我们发现网络的早期层确实学习了有用的功能，但是最后一层无法使用它们。也就是说，适用于此非凸问题的联合优化扭曲了最终层的学习。利用这一观察结果，我们提出了一个火车征征训练（TCT）程序来避开此问题：首先，使用现成方法（例如FedAvg）学习功能；然后，优化从网络的经验神经切线核近似获得的共透性问题。当客户具有不同的数据时，我们的技术可在FMNIST上的准确性提高高达36％，而CIFAR10的准确性提高了 +37％。

Non-IID data distribution across clients and poisoning attacks are two main challenges in real-world federated learning systems. While both of them have attracted great research interest with specific strategies developed, no known solution manages to address them in a unified framework. To jointly overcome both challenges, we propose SmartFL, a generic approach that optimizes the server-side aggregation process with a small clean server-collected proxy dataset (e.g., around one hundred samples, 0.2% of the dataset) via a subspace training technique. Specifically, the aggregation weight of each participating client at each round is optimized using the server-collected proxy data, which is essentially the optimization of the global model in the convex hull spanned by client models. Since at each round, the number of tunable parameters optimized on the server side equals the number of participating clients (thus independent of the model size), we are able to train a global model with massive parameters using only a small amount of proxy data. We provide theoretical analyses of the convergence and generalization capacity for SmartFL. Empirically, SmartFL achieves state-of-the-art performance on both federated learning with non-IID data distribution and federated learning with malicious clients. The source code will be released.

联邦学习（FL）是利用属于患者，人，公司或行业的敏感数据的合适解决方案，这些数据在刚性隐私约束下工作的难题。 FL主要或部分地支持数据隐私和安全问题，并提供促进促进多个边缘设备或组织的模型问题的替代方案，以使用许多本地数据培训全局模型而不具有它们。由其分布式自然引起的FL的非IID数据具有显着的性能下降和稳定性偏斜。本文介绍了一种新颖的方法，通过增强图像动态平衡客户端的数据分布，以解决FL的非IID数据问题。介绍的方法非常稳定模型培训，并将模型的测试精度从83.22％提高到89.43％，对于高度IID FL设定中的胸部X射线图像的多胸疾病检测。 IID，非IID和非IID的结果，联合培训表明，该方法可能有助于鼓励组织或研究人员开发更好的系统，以获得与数据隐私的数据的价值不仅适用于医疗保健，而且领域。

联合学习是一种数据解散隐私化技术，用于以安全的方式执行机器或深度学习。在本文中，我们介绍了有关联合学习的理论方面客户次数有所不同的用例。具体而言，使用从开放数据存储库中获得的胸部X射线图像提出了医学图像分析的用例。除了与隐私相关的优势外，还将研究预测的改进（就曲线下的准确性和面积而言）和减少执行时间（集中式方法）。将从培训数据中模拟不同的客户，以不平衡的方式选择，即，他们并非都有相同数量的数据。考虑三个或十个客户之间的结果与集中案件相比。间歇性客户将分析两种遵循方法，就像在实际情况下，某些客户可能会离开培训，一些新的新方法可能会进入培训。根据准确性，曲线下的区域和执行时间的结果，结果的结果的演变显示为原始数据被划分的客户次数。最后，提出了该领域的改进和未来工作。

隐私和沟通效率是联邦神经网络培训中的重要挑战，并将它们组合仍然是一个公开的问题。在这项工作中，我们开发了一种统一高度压缩通信和差异隐私（DP）的方法。我们引入基于相对熵编码（REC）到联合设置的压缩技术。通过对REC进行微小的修改，我们获得了一种可怕的私立学习算法，DP-REC，并展示了如何计算其隐私保证。我们的实验表明，DP-REC大大降低了通信成本，同时提供与最先进的隐私保证。

联合学习（FL）可以通过各种不同远程数据源的机器学习模型的分布式计算，而无需将任何单独的数据传输到集中位置。这导致改进的模型的完全性，并且随着更多来源和较大的数据集被添加到联合中的计算和计算的有效缩放。然而，最近的成员攻击表明，当模型参数或摘要统计数据与中央站点共享时，有时可以泄露或推断出私有或敏感的个人数据，需要改进的安全解决方案。在这项工作中，我们提出了一种使用全同性全相治（FHE）的安全FL框架。具体而言，我们使用CKKS构造，近似浮点兼容方案，这些方案受益于密文包装和重新扫描。在我们对大型脑MRI数据集的评估中，我们使用建议的安全流动框架来培训深度学习模型，以预测分布式MRI扫描的一个人的年龄，一个共同的基准测试任务，并证明在学习表现中没有降级在加密和非加密的联合模型之间。

联合学习（FL）框架使Edge客户能够协作学习共享的推理模型，同时保留对客户的培训数据的隐私。最近，已经采取了许多启发式方法来概括集中化的自适应优化方法，例如SGDM，Adam，Adagrad等，以提高收敛性和准确性的联合设置。但是，关于在联合设置中的位置以及如何设计和利用自适应优化方法的理论原理仍然很少。这项工作旨在从普通微分方程（ODE）的动力学的角度开发新的自适应优化方法，以开发FL的新型自适应优化方法。首先，建立了一个分析框架，以在联合优化方法和相应集中优化器的ODES分解之间建立连接。其次，基于这个分析框架，开发了一种动量解耦自适应优化方法FedDA，以充分利用每种本地迭代的全球动量并加速训练收敛。最后但并非最不重要的一点是，在训练过程结束时，全部批处理梯度用于模仿集中式优化，以确保收敛并克服由自适应优化方法引起的可能的不一致。

联邦学习一直是一个热门的研究主题，使不同组织的机器学习模型的协作培训在隐私限制下。随着研究人员试图支持更多具有不同隐私方法的机器学习模型，需要开发系统和基础设施，以便于开发各种联合学习算法。类似于Pytorch和Tensorflow等深度学习系统，可以增强深度学习的发展，联邦学习系统（FLSS）是等效的，并且面临各个方面的面临挑战，如有效性，效率和隐私。在本调查中，我们对联合学习系统进行了全面的审查。为实现流畅的流动和引导未来的研究，我们介绍了联合学习系统的定义并分析了系统组件。此外，我们根据六种不同方面提供联合学习系统的全面分类，包括数据分布，机器学习模型，隐私机制，通信架构，联合集市和联合的动机。分类可以帮助设计联合学习系统，如我们的案例研究所示。通过系统地总结现有联合学习系统，我们展示了设计因素，案例研究和未来的研究机会。

联合学习（FL）是一种保护隐私的范式，其中多个参与者共同解决机器学习问题而无需共享原始数据。与传统的分布式学习不同，FL的独特特征是统计异质性，即，跨参与者的数据分布彼此不同。同时，神经网络解释的最新进展已广泛使用神经切线核（NTK）进行收敛分析。在本文中，我们提出了一个新颖的FL范式，该范式由NTK框架赋予了能力。该范式通过传输比常规FL范式更具表现力的更新数据来解决统计异质性的挑战。具体而言，通过样本的雅各布矩阵，而不是模型的权重/梯度，由参与者上传。然后，服务器构建了经验内核矩阵，以更新全局模型，而无需明确执行梯度下降。我们进一步开发了一种具有提高沟通效率和增强隐私性的变体。数值结果表明，与联邦平均相比，所提出的范式可以达到相同的精度，同时将通信弹的数量减少数量级。

The statistical heterogeneity of the non-independent and identically distributed (non-IID) data in local clients significantly limits the performance of federated learning. Previous attempts like FedProx, SCAFFOLD, MOON, FedNova and FedDyn resort to an optimization perspective, which requires an auxiliary term or re-weights local updates to calibrate the learning bias or the objective inconsistency. However, in addition to previous explorations for improvement in federated averaging, our analysis shows that another critical bottleneck is the poorer optima of client models in more heterogeneous conditions. We thus introduce a data-driven approach called FedSkip to improve the client optima by periodically skipping federated averaging and scattering local models to the cross devices. We provide theoretical analysis of the possible benefit from FedSkip and conduct extensive experiments on a range of datasets to demonstrate that FedSkip achieves much higher accuracy, better aggregation efficiency and competing communication efficiency. Source code is available at: https://github.com/MediaBrain-SJTU/FedSkip.

联合学习（FL），数据保留在联合客户端，并且仅与中央聚合器共享梯度更新是私人的。最近的工作表明，具有梯度级别访问权限的对手可以成功进行推理和重建攻击。在这种情况下，众所周知，差异化（DP）学习可以提供弹性。但是，现状中使用的方法（\ ie中央和本地DP）引入了不同的公用事业与隐私权衡权衡。在这项工作中，我们迈出了通过{\ em层次fl（HFL）}来缓解此类权衡的第一步。我们证明，通过引入一个新的中介层，可以添加校准的DP噪声，可以获得更好的隐私与公用事业权衡；我们称此{\ em层次结构DP（HDP）}。我们使用3个不同数据集的实验（通常用作FL的基准）表明HDP产生的模型与使用中央DP获得的模型一样准确，在中央聚集器处添加了噪声。这种方法还为推理对手提供了可比的好处，例如在本地DP案例中，在联合客户端添加了噪音。

Federated learning (FL) has been proposed as a privacy-preserving approach in distributed machine learning. A federated learning architecture consists of a central server and a number of clients that have access to private, potentially sensitive data. Clients are able to keep their data in their local machines and only share their locally trained model's parameters with a central server that manages the collaborative learning process. FL has delivered promising results in real-life scenarios, such as healthcare, energy, and finance. However, when the number of participating clients is large, the overhead of managing the clients slows down the learning. Thus, client selection has been introduced as a strategy to limit the number of communicating parties at every step of the process. Since the early na\"{i}ve random selection of clients, several client selection methods have been proposed in the literature. Unfortunately, given that this is an emergent field, there is a lack of a taxonomy of client selection methods, making it hard to compare approaches. In this paper, we propose a taxonomy of client selection in Federated Learning that enables us to shed light on current progress in the field and identify potential areas of future research in this promising area of machine learning.

联合学习通过与大量参与者启用学习统计模型的同时将其数据保留在本地客户中，从而提供了沟通效率和隐私的培训过程。但是，将平均损失函数天真地最小化的标准联合学习技术容易受到来自异常值，系统错误标签甚至对手的数据损坏。此外，由于对用户数据隐私的关注，服务提供商通常会禁止使用数据样本的质量。在本文中，我们通过提出自动加权的强大联合学习（ARFL）来应对这一挑战，这是一种新颖的方法，可以共同学习全球模型和本地更新的权重，以提供针对损坏的数据源的鲁棒性。我们证明了关于预测因素和客户权重的预期风险的学习，这指导着强大的联合学习目标的定义。通过将客户的经验损失与最佳P客户的平均损失进行比较，可以分配权重，因此我们可以减少损失较高的客户，从而降低对全球模型的贡献。我们表明，当损坏的客户的数据与良性不同时，这种方法可以实现鲁棒性。为了优化目标函数，我们根据基于块最小化范式提出了一种通信效率算法。我们考虑了不同的深层神经网络模型，在包括CIFAR-10，女权主义者和莎士比亚在内的多个基准数据集上进行实验。结果表明，我们的解决方案在不同的情况下具有鲁棒性，包括标签改组，标签翻转和嘈杂的功能，并且在大多数情况下都优于最先进的方法。

联邦学习（FL）是一种分布式学习方法，它为医学机构提供了在全球模型中合作的前景，同时保留患者的隐私。尽管大多数医疗中心执行类似的医学成像任务，但它们的差异（例如专业，患者数量和设备）导致了独特的数据分布。数据异质性对FL和本地模型的个性化构成了挑战。在这项工作中，我们研究了FL生产中间半全球模型的一种自适应分层聚类方法，因此具有相似数据分布的客户有机会形成更专业的模型。我们的方法形成了几个群集，这些集群由具有最相似数据分布的客户端组成；然后，每个集群继续分开训练。在集群中，我们使用元学习来改善参与者模型的个性化。我们通过评估我们在HAM10K数据集上的建议方法和极端异质数据分布的HAM10K数据集上的我们提出的方法，将聚类方法与经典的FedAvg和集中式培训进行比较。我们的实验表明，与标准的FL方法相比，分类精度相比，异质分布的性能显着提高。此外，我们表明，如果在群集中应用，则模型会更快地收敛，并且仅使用一小部分数据，却优于集中式培训。