Data privacy preserving federated transfer learning in machinery fault diagnostics using prior distributions

联合学习 计算机科学 学习迁移 独立同分布随机变量 桥(图论) 断层(地质) 大数据 领域(数学分析) 机器学习 人工智能 数据挖掘 医学 数学分析 统计 数学 地震学 随机变量 内科学 地质学
作者
Zhang We,Xiang Li
出处
期刊:Structural Health Monitoring-an International Journal [SAGE Publishing]
卷期号:21 (4): 1329-1344 被引量:106
标识
DOI:10.1177/14759217211029201
摘要

Federated learning has been receiving increasing attention in the recent years, which improves model performance with data privacy among different clients. The intelligent fault diagnostic problems can be largely benefited from this emerging technology since the private data generally cannot leave local storage in the real industries. While promising federated learning performance has been achieved in the literature, most studies assume data from different clients are independent and identically distributed. In the real industrial scenarios, due to variations in machines and operating conditions, the data distributions are generally different across different clients, that significantly deteriorates the performance of federated learning. To address this issue, a federated transfer learning method is proposed in this article for machinery fault diagnostics. Under the condition that data from different clients cannot be communicated, prior distributions are proposed to indirectly bridge the domain gap. In this way, client-invariant features can be extracted for diagnostics while the data privacy is preserved. Experiments on two rotating machinery datasets are implemented for validation, and the results suggest the proposed method offers an effective and promising approach for federated transfer learning in fault diagnostic problems.
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