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Une évaluation approfondie de l'impact des données non IID sur l'apprentissage fédéré

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  • Haebom

Auteur

Daniel M. Jimenez-Gutierrez, Mehrdad Hassanzadeh, Aris Anagnostopoulos, Ioannis Chatzigiannakis, Andrea Vitaletti

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Dans cet article, nous analysons en profondeur le problème de l'hétérogénéité des données (non-IID) en apprentissage fédéré (AF), qui permet l'entraînement collaboratif de modèles d'apprentissage automatique en utilisant les informations de clients distribués. Plus précisément, nous mesurons différents types d'hétérogénéité des données (étiquette, caractéristique, volume de données, asymétrie spatio-temporelle) qui n'avaient pas été systématiquement abordés dans les études précédentes à l'aide de la distance de Hellinger (HD), et comparons et analysons expérimentalement les performances de quatre stratégies de traitement de données non-IID de pointe. Plus précisément, nous analysons pour la première fois de manière exhaustive l'impact de l'asymétrie spatio-temporelle sur les performances de l'AF. Les résultats expérimentaux montrent que l'asymétrie d'étiquette et l'asymétrie spatio-temporelle ont un impact significatif sur les performances du modèle d'AF, et qu'une dégradation significative des performances se produit lorsqu'un certain seuil de HD est dépassé. Nous confirmons que les performances de l'AF sont significativement dégradées dans les situations extrêmes non-IID, et suggérons des pistes de recherche pour que l'AF puisse traiter efficacement l'hétérogénéité des données.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Nous analysons quantitativement l’impact de divers types d’hétérogénéité des données, tels que l’asymétrie des étiquettes et l’asymétrie spatio-temporelle, dans l’apprentissage fédéré et présentons clairement leur gravité.
En analysant l’impact des données non-IID en fonction de seuils de distance de Hellinger (HD) spécifiques, nous fournissons des conseils importants pour développer des stratégies efficaces de traitement des données non-IID.
Nous fournissons la première analyse complète de l’impact de l’asymétrie spatio-temporelle sur les performances FL, jetant les bases de recherches futures.
Nous avons confirmé que la dégradation des performances FL se produit de manière significative dans des situations extrêmes non IID et avons suggéré des orientations de recherche pour y remédier.
Limitations:
Cette étude est basée sur des résultats expérimentaux limités à un ensemble de données et à un contexte spécifiques, et peut donc ne pas être généralisée à d’autres ensembles de données ou contextes.
Une analyse comparative de stratégies de traitement de données non IID plus diverses peut être nécessaire.
Une analyse supplémentaire utilisant d’autres mesures de différence de distribution des données que la distance de Hellinger peut être nécessaire.
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