Learning Critically: Selective Self-Distillation in Federated Learning on Non-IID Data

计算机科学 联合学习 可靠性 稳健性(进化) Boosting(机器学习) 水准点(测量) 机器学习 人工智能 加权 趋同(经济学) 数据挖掘 放射科 地理 法学 化学 经济 大地测量学 基因 医学 生物化学 经济增长 政治学
作者
Yuting He,Yiqiang Chen,Xiaodong Yang,Hanchao Yu,Yihua Huang,Yang Gu
出处
期刊:IEEE Transactions on Big Data [IEEE Computer Society]
卷期号:: 1-12 被引量:17
标识
DOI:10.1109/tbdata.2022.3189703
摘要

Federated learning (FL) enables multiple clients to collaboratively train a global model while keeping local data decentralized. Data heterogeneity (non-IID) across clients has imposed significant challenges to FL, which makes local models re-optimize towards their own local optima and forget the global knowledge, resulting in performance degradation and convergence slowdown. Many existing works have attempted to address the non-IID issue by adding an extra global-model-based regularizing item to the local training but without an adaption scheme, which is not efficient enough to achieve high performance with deep learning models. In this paper, we propose a Selective Self-Distillation method for Federated learning (FedSSD), which imposes adaptive constraints on the local updates by self-distilling the global model's knowledge and selectively weighting it by evaluating the credibility at both the class and sample level. The convergence guarantee of FedSSD is theoretically analyzed and extensive experiments are conducted on three public benchmark datasets, which demonstrates that FedSSD achieves better generalization and robustness in fewer communication rounds, compared with other state-of-the-art FL methods.

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