经常引用联合学习的挑战是数据异质性的存在 - 不同客户的数据可能遵循非常不同的分布。已经提出了几种联合优化方法来应对这些挑战。在文献中，经验评估通常从随机初始化开始联合培训。但是，在联合学习的许多实际应用中，服务器可以访问培训任务的代理数据，该数据可用于在开始联合培训之前用于预训练模型。我们从经验上研究了使用四个常见联合学习基准数据集从联邦学习中的预训练模型开始的影响。毫不奇怪，从预先训练的模型开始，比从随机初始化开始时，缩短了达到目标错误率所需的训练时间，并使训练更准确的模型（最高40 \％）。令人惊讶的是，我们还发现，从预先训练的初始化开始联合培训时，数据异质性的效果不那么重要。相反，从预先训练的模型开始时，使用服务器上的自适应优化器（例如\ textsc {fedadam}）始终导致最佳准确性。我们建议未来提出和评估联合优化方法的工作在开始随机和预训练的初始化时考虑性能。我们还认为，这项研究提出了几个问题，以进一步了解异质性在联合优化中的作用。

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。

联合学习（FL）是一种新兴技术，用于协作训练全球机器学习模型，同时将数据局限于用户设备。FL实施实施的主要障碍是用户之间的非独立且相同的（非IID）数据分布，这会减慢收敛性和降低性能。为了解决这个基本问题，我们提出了一种方法（comfed），以增强客户端和服务器侧的整个培训过程。舒适的关键思想是同时利用客户端变量减少技术来促进服务器聚合和全局自适应更新技术以加速学习。我们在CIFAR-10分类任务上的实验表明，Comfed可以改善专用于非IID数据的最新算法。

在大多数有关联合学习（FL）的文献中，神经网络都是随机重量初始化的。在本文中，我们介绍了一项关于预训练对FL的影响的实证研究。具体而言，我们旨在调查当客户的分散数据是非IID时，预训练是否可以减轻急剧精度下降。我们专注于FedAvg，这是基本和最广泛使用的FL算法。我们发现，在非IID数据下，预培训确实在很大程度上缩小了FedAvg和集中学习之间的差距，但这并不是由于减轻了FedAvg的本地培训中众所周知的模型漂移问题。相反，预培训如何通过使FedAvg的全球聚合更加稳定来帮助FedAvg。当使用真实数据的预训练对于FL不可行时，我们提出了一种新型的方法，可以预先培训合成数据。在各种图像数据集（包括用于分割的一个）上，我们使用合成预训练的方法导致了显着的增益，这实质上是为扩大现实世界应用程序的联合学习而迈出的关键步骤。

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.

Federated learning is a popular paradigm for machine learning. Ideally, federated learning works best when all clients share a similar data distribution. However, it is not always the case in the real world. Therefore, the topic of federated learning on heterogeneous data has gained more and more effort from both academia and industry. In this project, we first do extensive experiments to show how data skew and quantity skew will affect the performance of state-of-art federated learning algorithms. Then we propose a new algorithm FedMix which adjusts existing federated learning algorithms and we show its performance. We find that existing state-of-art algorithms such as FedProx and FedNova do not have a significant improvement in all testing cases. But by testing the existing and new algorithms, it seems that tweaking the client side is more effective than tweaking the server side.

可扩展性和隐私是交叉设备联合学习（FL）系统的两个关键问题。在这项工作中，我们确定了FL中的客户端更新的同步流动聚合不能高效地缩放到几百个并行培训之外。它导致ModelPerforce和训练速度的回报递减，Ampanysto大批量培训。另一方面，FL（即异步FL）中的客户端更新的异步聚合减轻了可扩展性问题。但是，聚合个性链子更新与安全聚合不兼容，这可能导致系统的不良隐私水平。为了解决这些问题，我们提出了一种新颖的缓冲异步聚合方法FedBuff，这是不可知的优化器的选择，并结合了同步和异步FL的最佳特性。我们经验证明FEDBuff比同步FL更有效，比异步FL效率更高3.3倍，同时兼容保留保护技术，如安全聚合和差异隐私。我们在平滑的非凸设置中提供理论融合保证。最后，我们显示在差异私有培训下，FedBuff可以在低隐私设置下占FEDAVGM并实现更高隐私设置的相同实用程序。

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。

联合学习是一种在不违反隐私限制的情况下对分布式数据集进行统计模型培训统计模型的最新方法。通过共享模型而不是客户和服务器之间的数据来保留数据位置原则。这带来了许多优势，但也带来了新的挑战。在本报告中，我们探讨了这个新的研究领域，并执行了几项实验，以加深我们对这些挑战的理解以及不同的问题设置如何影响最终模型的性能。最后，我们为这些挑战之一提供了一种新颖的方法，并将其与文献中的其他方法进行了比较。

由于参与客户的异构特征，联邦学习往往受到不稳定和缓慢的收敛。当客户参与比率低时，这种趋势加剧了，因为从每个轮的客户收集的信息容易更加不一致。为了解决挑战，我们提出了一种新的联合学习框架，这提高了服务器端聚合步骤的稳定性，这是通过将客户端发送与全局梯度估计的加速模型来引导本地梯度更新来实现的。我们的算法自然地聚合并将全局更新信息与没有额外的通信成本的参与者传达，并且不需要将过去的模型存储在客户端中。我们还规范了本地更新，以进一步降低偏差并提高本地更新的稳定性。我们根据各种设置执行了关于实际数据的全面实证研究，与最先进的方法相比，在准确性和通信效率方面表现出了拟议方法的显着性能，特别是具有低客户参与率。我们的代码可在https://github.com/ninigapa0 / fedagm获得

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％。

在点击率（CTR）预测的联合学习（FL）中，用户的数据未共享以保护隐私。学习是通过在客户端设备上本地培训进行的，并仅将模型更改传达给服务器。有两个主要的挑战：（i）客户异质性，制作使用加权平均来汇总客户模型更新的FL算法的进步缓慢且学习结果不令人满意； （ii）由于每个实验所需的大量计算时间和资源，因此使用反复试验方法调整服务器学习率的困难。为了应对这些挑战，我们提出了一种简单的在线元学习方法，以学习汇总模型更新的策略，该方法根据客户属性适应客户的重要性并调整更新的步骤大小。我们在公共数据集上进行广泛的评估。我们的方法在收敛速度和最终学习结果的质量方面都大大优于最先进的方法。

Federated learning is a distributed machine learning paradigm in which a large number of clients coordinate with a central server to learn a model without sharing their own training data. Standard federated optimization methods such as Federated Averaging (FEDAVG) are often difficult to tune and exhibit unfavorable convergence behavior. In non-federated settings, adaptive optimization methods have had notable success in combating such issues. In this work, we propose federated versions of adaptive optimizers, including ADAGRAD, ADAM, and YOGI, and analyze their convergence in the presence of heterogeneous data for general nonconvex settings. Our results highlight the interplay between client heterogeneity and communication efficiency. We also perform extensive experiments on these methods and show that the use of adaptive optimizers can significantly improve the performance of federated learning.

联合学习（FL）是分布式学习范例，可以从边缘设备上的分散数据集中学习全局或个性化模型。然而，在计算机视觉域中，由于统一的流行框架缺乏探索，FL的模型性能远远落后于集中培训。在诸如物体检测和图像分割之类的高级计算机视觉任务中，FL很少有效地说明。为了弥合差距并促进电脑视觉任务的流动，在这项工作中，我们提出了一个联邦学习库和基准框架，命名为FEDCV，评估了三个最具代表性的计算机视觉任务：图像分类，图像分割，和物体检测。我们提供非I.I.D。基准测试数据集，模型和各种参考FL算法。我们的基准研究表明，存在多种挑战值得未来的探索：集中式培训技巧可能不会直接申请fl;非i.i.d。 DataSet实际上将模型精度降级到不同的任务中的某种程度;给出了联合培训的系统效率，具有挑战性，鉴于大量参数和每个客户端记忆成本。我们认为，这种图书馆和基准以及可比的评估设置是必要的，以便在计算机视觉任务中进行有意义的进展。 Fedcv公开可用：https://github.com/fedml-ai/fedcv。

With increasing privacy concerns on data, recent studies have made significant progress using federated learning (FL) on privacy-sensitive natural language processing (NLP) tasks. Much literature suggests fully fine-tuning pre-trained language models (PLMs) in the FL paradigm can mitigate the data heterogeneity problem and close the performance gap with centralized training. However, large PLMs bring the curse of prohibitive communication overhead and local model adaptation costs for the FL system. To this end, we introduce various parameter-efficient tuning (PETuning) methods into federated learning. Specifically, we provide a holistic empirical study of representative PLMs tuning methods in FL. The experimental results cover the analysis of data heterogeneity levels, data scales, and different FL scenarios. Overall communication overhead can be significantly reduced by locally tuning and globally aggregating lightweight model parameters while maintaining acceptable performance in various FL settings. To facilitate the research of PETuning in FL, we also develop a federated tuning framework FedPETuning, which allows practitioners to exploit different PETuning methods under the FL training paradigm conveniently. The source code is available at \url{https://github.com/iezhuozhuo/FedETuning/tree/deltaTuning}.

联合学习（FL）可以从云到资源限制的边缘设备分发机器学习工作负载。遗憾的是，当前的深网络不仅对边缘设备的推理和培训造成了太重，而且对于在带宽约束网络上传送更新，也太大了。在本文中，我们开发，实施和实验验证了所谓的联合动态稀疏训练（FEDDST）的新型FL框架，通过该训练可以通过该培训和培训复杂的神经网络，在设备上计算和网络内通信中具有基本上提高的效率。在FEDDST的核心是一个动态过程，可以从目标完整网络中提取和列出稀疏子网。通过这个方案，“两只鸟类用一块石头杀死：”而不是完整的模型，每个客户端都会对自己的稀疏网络进行有效的培训，并且在设备和云之间仅传输稀疏网络。此外，我们的结果表明，在流动训练期间的动态稀疏性更灵活地容纳比固定的共用稀疏面具的局部异质性。此外，动态稀疏性自然地引入了培训动态的“时间自化效应”，即使通过密集训练也会提高流程。在一个现实和挑战的非I.I.D。 FL Setting，FEDDST始终如一地优于我们的实验中的竞争算法：例如，在非IID CIFAR-10上的任何固定上传数据帽时，在给定相同的上传数据帽时，它会在FedVGM上获得令人印象深刻的精度优势;即使在上传数据帽2倍，也可以进一步展示FEDDST的疗效，即使FEDAVGM为2X，即使将FEDAVGM提供精度差距也会保持3％。代码可用：https://github.com/bibikar/feddst。

聚集的联合学习（FL）已显示通过将客户分组为群集，从而产生有希望的结果。这在单独的客户群在其本地数据的分布方面有显着差异的情况下特别有效。现有的集群FL算法实质上是在试图将客户群体组合在一起，以便同一集群中的客户可以利用彼此的数据来更好地执行联合学习。但是，先前的群集FL算法试图在培训期间间接学习这些分布相似性，这可能会很耗时，因为可能需要许多回合的联合学习，直到群集的形成稳定为止。在本文中，我们提出了一种新的联合学习方法，该方法直接旨在通过分析客户数据子空间之间的主要角度来有效地识别客户之间的分布相似性。每个客户端都以单一的方式在其本地数据上应用截断的奇异值分解（SVD）步骤，以得出一小部分主向量，该量提供了一个签名，可简洁地捕获基础分布的主要特征。提供了一组主要的主向量，以便服务器可以直接识别客户端之间的分布相似性以形成簇。这是通过比较这些主要向量跨越的客户数据子空间之间主要角度的相似性来实现的。该方法提供了一个简单而有效的集群FL框架，该框架解决了广泛的数据异质性问题，而不是标签偏斜的更简单的非iids形式。我们的聚类FL方法还可以为非凸目标目标提供融合保证。我们的代码可在https://github.com/mmorafah/pacfl上找到。

联合学习是一种分布式的机器学习方法，其中单个服务器和多个客户端在不共享客户端数据集的情况下协作构建机器学习模型。联合学习的一个具有挑战性的问题是数据异质性（即，数据分布在客户端可能有所不同）。为了应对这个问题，众多联合学习方法旨在为客户提供个性化的联合学习，并为客户建立优化的模型。尽管现有研究通过经验评估了自己的方法，但这些研究中的实验环境（例如比较方法，数据集和客户设置）彼此不同，目前尚不清楚哪种个性化的联邦学习方法可以实现最佳性能，以及取得多少进展，可以进行多大进展。通过使用这些方法而不是标准（即非个人化）联合学习来制作。在本文中，我们通过全面的实验基准了现有的个性化联合学习的性能，以评估每种方法的特征。我们的实验研究表明，（1）没有冠军方法，（2）大数据异质性通常会导致高准确的预测，并且（3）具有微调的标准联合学习方法（例如FedAvg）通常超过了个性化的联邦学习方法。我们为研究人员开放基准工具FedBench，以通过各种实验环境进行实验研究。

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％。

跨不同边缘设备（客户）局部数据的分布不均匀，导致模型训练缓慢，并降低了联合学习的准确性。幼稚的联合学习（FL）策略和大多数替代解决方案试图通过加权跨客户的深度学习模型来实现更多公平。这项工作介绍了在现实世界数据集中遇到的一种新颖的非IID类型，即集群键，其中客户组具有具有相似分布的本地数据，从而导致全局模型收敛到过度拟合的解决方案。为了处理非IID数据，尤其是群集串数据的数据，我们提出了FedDrl，这是一种新型的FL模型，它采用了深厚的强化学习来适应每个客户的影响因素（将用作聚合过程中的权重）。在一组联合数据集上进行了广泛的实验证实，拟议的FEDDR可以根据CIFAR-100数据集的平均平均为FedAvg和FedProx方法提高了有利的改进，例如，高达4.05％和2.17％。