Recent advancements in deep learning methods bring computer-assistance a step closer to fulfilling promises of safer surgical procedures. However, the generalizability of such methods is often dependent on training on diverse datasets from multiple medical institutions, which is a restrictive requirement considering the sensitive nature of medical data. Recently proposed collaborative learning methods such as Federated Learning (FL) allow for training on remote datasets without the need to explicitly share data. Even so, data annotation still represents a bottleneck, particularly in medicine and surgery where clinical expertise is often required. With these constraints in mind, we propose FedCy, a federated semi-supervised learning (FSSL) method that combines FL and self-supervised learning to exploit a decentralized dataset of both labeled and unlabeled videos, thereby improving performance on the task of surgical phase recognition. By leveraging temporal patterns in the labeled data, FedCy helps guide unsupervised training on unlabeled data towards learning task-specific features for phase recognition. We demonstrate significant performance gains over state-of-the-art FSSL methods on the task of automatic recognition of surgical phases using a newly collected multi-institutional dataset of laparoscopic cholecystectomy videos. Furthermore, we demonstrate that our approach also learns more generalizable features when tested on data from an unseen domain.

近年来，随着深度神经网络方法的普及，手术计算机视觉领域经历了相当大的突破。但是，用于培训的标准全面监督方法需要大量的带注释的数据，从而实现高昂的成本；特别是在临床领域。已经开始在一般计算机视觉社区中获得吸引力的自我监督学习（SSL）方法代表了对这些注释成本的潜在解决方案，从而使仅从未标记的数据中学习有用的表示形式。尽管如此，SSL方法在更复杂和有影响力的领域（例如医学和手术）中的有效性仍然有限且未开发。在这项工作中，我们通过在手术计算机视觉的背景下研究了四种最先进的SSL方法（Moco V2，Simclr，Dino，SWAV），以解决这一关键需求。我们对这些方法在cholec80数据集上的性能进行了广泛的分析，以在手术环境理解，相位识别和工具存在检测中为两个基本和流行的任务。我们检查了它们的参数化，然后在半监督设置中相对于训练数据数量的行为。如本工作所述和进行的那样，将这些方法的正确转移到手术中，可以使SSL的一般用途获得可观的性能 - 相位识别率高达7％，而在工具存在检测方面，则具有20％ - 半监督相位识别方法高达14％。该代码将在https://github.com/camma-public/selfsupsurg上提供。

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。

联合学习（FL）是一个分布式的机器学习范式，可从分散的私人数据集中进行学习模型，在该数据集中将标签工作委托给客户。尽管大多数现有的FL方法都假定用户的设备很容易获得高质量的标签。实际上，标签噪声自然会发生在FL中，并遵循非i.i.d。客户之间的分布。由于非IID的挑战，现有的最先进的集中式方法表现出不令人满意的性能，而先前的FL研究依靠数据交换或重复的服务器端援助来提高模型的性能。在这里，我们提出了Fedln，这是一个框架，可以在不同的FL训练阶段处理标签噪声；即，FL初始化，设备模型培训和服务器模型聚合。具体而言，FedLN在单个联合回合中计算每客户噪声级估计，并通过纠正（或限制）噪声样本的效果来改善模型的性能。与其他现有方法相比，对各种公开视觉和音频数据集的广泛实验平均提高了24％，标签噪声水平为70％。我们进一步验证了FedLN在人类通知的现实世界嘈杂数据集中的效率，并报告了模型的识别率平均增长了9％，这强调了FEDLN对于改善提供给日常用户的FL服务很有用。

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。

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％。

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。

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。

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.

本文介绍了无监督的联合学习框架FEDX。我们的模型从分散和异质的局部数据中学习无偏的表示。它采用对比度学习作为核心组件的双面知识蒸馏，使联合系统可以在不要求客户共享任何数据功能的情况下运行。此外，它的适应性体系结构可以用作联合设置中现有无监督算法的附加模块。实验表明，我们的模型可显着提高五种无监督算法的性能（1.58--5.52pp）。

物联网中的智能汽车，智能手机和其他设备（物联网）通常具有多个传感器，会产生多模式数据。联合学习支持从不同设备收集大量多模式数据，而无需共享原始数据。转移学习方法有助于将知识从某些设备传输到其他设备。联合转移学习方法受益于联合学习和转移学习。这个新提出的联合转移学习框架旨在将数据岛与隐私保护联系起来。我们的构建基于联合学习和转移学习。与以前的联合转移学习相比，每个用户应具有相同模式的数据（所有单峰或全模式），我们的新框架更为通用，它允许使用用户数据的混合分布。核心策略是为我们的两种用户使用两种不同但固有连接的培训方法。仅对单峰数据（类型1）的用户采用监督学习，而自我监督的学习则用于使用多模式数据（类型2）的用户，以适用于每种模式的功能及其之间的连接。类型2的这种联系知识将在培训的后期阶段有助于1键入1。新框架中的培训可以分为三个步骤。在第一步中，将具有相同模式的数据的用户分组在一起。例如，仅具有声音信号的用户在第一组中，只有图像的用户在第二组中，并且具有多模式数据的用户在第三组中，依此类推。在第二步中，在小组内执行联合学习，在该小组中，根据小组的性质，使用监督的学习和自学学习。大多数转移学习发生在第三步中，从前步骤获得的网络中的相关部分是汇总的（联合）。

联合学习是一种新兴的范式，允许大规模分散学习，而无需在不同的数据所有者中共享数据，这有助于解决医学图像分析中数据隐私的关注。但是，通过现有方法对客户的标签一致性的要求很大程度上缩小了其应用程序范围。实际上，每个临床部位只能以部分或没有与其他站点重叠的某些感兴趣的器官注释某些感兴趣的器官。将这种部分标记的数据纳入统一联邦是一个未开发的问题，具有临床意义和紧迫性。这项工作通过使用新型联合多重编码U-NET（FED-MENU）方法来应对挑战，以进行多器官分割。在我们的方法中，提出了一个多编码的U-NET（菜单网络），以通过不同的编码子网络提取器官特异性功能。每个子网络都可以看作是特定风琴的专家，并为该客户培训。此外，为了鼓励不同子网络提取的特定器官特定功能具有信息性和独特性，我们通过设计辅助通用解码器（AGD）来规范菜单网络的训练。四个公共数据集上的广泛实验表明，我们的Fed-Menu方法可以使用具有优越性能的部分标记的数据集有效地获得联合学习模型，而不是由局部或集中学习方法培训的其他模型。源代码将在纸质出版时公开提供。

随着物联网，AI和ML/DL算法的出现，数据驱动的医疗应用已成为一种有前途的工具，用于从医学数据设计可靠且可扩展的诊断和预后模型。近年来，这引起了从学术界到工业的广泛关注。这无疑改善了医疗保健提供的质量。但是，由于这些基于AI的医疗应用程序在满足严格的安全性，隐私和服务标准（例如低延迟）方面的困难，因此仍然采用较差。此外，医疗数据通常是分散的和私人的，这使得在人群之间产生强大的结果具有挑战性。联邦学习（FL）的最新发展使得以分布式方式训练复杂的机器学习模型成为可能。因此，FL已成为一个积极的研究领域，尤其是以分散的方式处理网络边缘的医疗数据，以保护隐私和安全问题。为此，本次调查论文重点介绍了数据共享是重大负担的医疗应用中FL技术的当前和未来。它还审查并讨论了当前的研究趋势及其设计可靠和可扩展模型的结果。我们概述了FL将军的统计问题，设备挑战，安全性，隐私问题及其在医疗领域的潜力。此外，我们的研究还集中在医疗应用上，我们重点介绍了全球癌症的负担以及有效利用FL来开发计算机辅助诊断工具来解决这些诊断工具。我们希望这篇评论是一个检查站，以彻底的方式阐明现有的最新最新作品，并为该领域提供开放的问题和未来的研究指示。

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。

Left-ventricular ejection fraction (LVEF) is an important indicator of heart failure. Existing methods for LVEF estimation from video require large amounts of annotated data to achieve high performance, e.g. using 10,030 labeled echocardiogram videos to achieve mean absolute error (MAE) of 4.10. Labeling these videos is time-consuming however and limits potential downstream applications to other heart diseases. This paper presents the first semi-supervised approach for LVEF prediction. Unlike general video prediction tasks, LVEF prediction is specifically related to changes in the left ventricle (LV) in echocardiogram videos. By incorporating knowledge learned from predicting LV segmentations into LVEF regression, we can provide additional context to the model for better predictions. To this end, we propose a novel Cyclical Self-Supervision (CSS) method for learning video-based LV segmentation, which is motivated by the observation that the heartbeat is a cyclical process with temporal repetition. Prediction masks from our segmentation model can then be used as additional input for LVEF regression to provide spatial context for the LV region. We also introduce teacher-student distillation to distill the information from LV segmentation masks into an end-to-end LVEF regression model that only requires video inputs. Results show our method outperforms alternative semi-supervised methods and can achieve MAE of 4.17, which is competitive with state-of-the-art supervised performance, using half the number of labels. Validation on an external dataset also shows improved generalization ability from using our method. Our code is available at https://github.com/xmed-lab/CSS-SemiVideo.

联合学习（FL）使分布式客户端能够学习共享模型以进行预测，同时保留每个客户端的培训数据本地。然而，现有的FL需要完全标记的培训数据，这是由于高标签成本和专业要求的要求而不方便或有时不可行。在许多现实设置中，缺乏标签会使流行不切实际。自我监督学习可以通过从未标记的数据学习来解决这一挑战，从而可以广泛使用FL。对比学习（CL）是一种自我监督的学习方法，可以有效地学习来自未标记数据的数据表示。然而，Clipers上收集的分布式数据通常在客户端之间通常不是独立和相同分布（非IID），并且每个客户端只有很少的数据类，这会降低CL和学习的表示的性能。为了解决这个问题，我们提出了由两种方法组成的联邦对比学习框架：特征融合和邻居匹配，通过该邻居匹配，以便获得更好的数据表示来实现客户端之间的统一特征空间。特征融合提供远程功能，作为每个客户端的准确对比信息，以获得更好的本地学习。邻域匹配进一步将每个客户端的本地功能对齐至远程功能，从而可以了解客户端之间的群集功能。广泛的实验表明了拟议框架的有效性。它在IID数据上以11 \％的方式表达了其他方法，并匹配集中学习的性能。

有监督的深度学习需要大量标记的数据才能实现高性能。但是，在医学成像分析中，每个站点可能只有有限的数据和标签，这使得学习无效。联合学习（FL）可以从分散数据中学习共享模型。但是传统的FL需要全标签的数据进行培训，这非常昂贵。自我监督的对比学习（CL）可以从未标记的数据中学习进行预训练，然后进行微调，以有限的注释。但是，在FL中采用CL时，每个站点上的数据多样性有限，使联合对比度学习（FCL）无效。在这项工作中，我们提出了两个联合自制的学习框架，用于体积医学图像分割，并有限注释。第一个具有高精度，并适合高性能服务器，并具有高速连接。第二个具有较低的通信成本，适用于移动设备。在第一个框架中，在FCL期间交换了功能，以向每个站点提供各种对比度数据，以使本地CL保持原始数据的私密性。全局结构匹配将不同站点之间的统一特征空间保持一致。在第二个框架中，为了降低功能交换的通信成本，我们提出了一种优化的方法FCLOPT，该方法不依赖于负样本。为了减少模型下载的通信，我们提出了预测目标网络参数的预测目标网络更新（PTNU）。基于PTNU，我们建议距离预测（DP）以删除目标网络的大多数上传。在心脏MRI数据集上的实验表明，与最先进的技术相比，提出的两个框架显着改善了分割和泛化性能。

Previous work on action representation learning focused on global representations for short video clips. In contrast, many practical applications, such as video alignment, strongly demand learning the intensive representation of long videos. In this paper, we introduce a new framework of contrastive action representation learning (CARL) to learn frame-wise action representation in a self-supervised or weakly-supervised manner, especially for long videos. Specifically, we introduce a simple but effective video encoder that considers both spatial and temporal context by combining convolution and transformer. Inspired by the recent massive progress in self-supervised learning, we propose a new sequence contrast loss (SCL) applied to two related views obtained by expanding a series of spatio-temporal data in two versions. One is the self-supervised version that optimizes embedding space by minimizing KL-divergence between sequence similarity of two augmented views and prior Gaussian distribution of timestamp distance. The other is the weakly-supervised version that builds more sample pairs among videos using video-level labels by dynamic time wrapping (DTW). Experiments on FineGym, PennAction, and Pouring datasets show that our method outperforms previous state-of-the-art by a large margin for downstream fine-grained action classification and even faster inference. Surprisingly, although without training on paired videos like in previous works, our self-supervised version also shows outstanding performance in video alignment and fine-grained frame retrieval tasks.

在全球范围内，皮肤癌是最致命的疾病之一。每年有数百万人被诊断出患有这种癌症。窗台，早期检测可以大大降低药物成本和死亡率。最近使用深度学习方法的自动癌症分类的改进已经达到了需要在一个位置组装的大量注释数据的人级性能，但发现这种情况通常是不可行的。最近，已经提出联合学习（FL）以隐私保存的方式培训分散模型，具体取决于客户端的标记数据，通常不可用且昂贵。为了解决这个问题，我们提出了一个半监督联合学习方法的Fedperl。我们的方法是通过从教育心理学和委员会机器的平均的同伴学习的启发。 FedPerl基于客户的相似性构建社区。然后它鼓励社区成员彼此学习，以为未标记的数据生成更准确的伪标签。我们还提出了对PEER匿名化（PA）技术来提高隐私。作为我们方法的核心组件，PA与其他方法正交而无需额外复杂性并且在增强性能的同时降低通信成本。最后，我们提出了一种动态的同伴学习策略，可以控制学习流，以避免性能下的任何劣化，特别是对于各个客户端。我们的实验设置由来自5个公共数据集收集的71,000个皮肤病变图像组成。凭借很少的注释数据，Fedperl分别优于最先进的SSFL和基线，分别为1.8％和15.8％。此外，它将更好地概括为一个看不见的客户，同时对噪音不太敏感。

半监控视频动作识别倾向于使深神经网络能够实现显着性能，即使具有非常有限的标记数据。然而，现有方法主要从当前的基于图像的方法转移（例如，FixMatch）。不具体利用时间动态和固有的多模式属性，它们的结果可能是次优。为了更好地利用视频中的编码的时间信息，我们将时间梯度引入了本文中的更多细小特征提取的额外模态。具体而言，我们的方法明确地蒸馏从时间梯度（TG）的细粒度运动表示，并施加不同方式的一致性（即RGB和TG）。在推理期间，没有额外的计算或参数，在没有额外的计算或参数的情况下显着提高了半监督动作识别的性能。我们的方法在若干典型的半监督设置（即标记数据的不同比率）下实现三个视频动作识别基准（即动态-400，UCF-101和HMDB-51）的最先进的性能。