論文の概要: On the Impact of Data Heterogeneity in Federated Learning Environments with Application to Healthcare Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.18519v1
• Date: Mon, 29 Apr 2024 09:05:01 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-30 14:27:01.288731
• Title: On the Impact of Data Heterogeneity in Federated Learning Environments with Application to Healthcare Networks
• Title（参考訳）: フェデレーション学習環境におけるデータ不均一性の影響と医療ネットワークへの応用
• Authors: Usevalad Milasheuski. Luca Barbieri, Bernardo Camajori Tedeschini, Monica Nicoli, Stefano Savazzi,
• Abstract要約: Federated Learning(FL)は、プライバシに敏感なアプリケーションが、情報を開示することなく、グローバルモデル構築のためにデータセットを活用することを可能にする。 これらの領域の1つは医療であり、サイロのグループは、精度と一般化を改善したグローバルな予測器を生成するために協力する。 本稿では,医学データの複雑さに着目し,FL環境における不均一性の数学的形式化と分類を包括的に調査する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6904315184369154
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Federated Learning (FL) allows multiple privacy-sensitive applications to leverage their dataset for a global model construction without any disclosure of the information. One of those domains is healthcare, where groups of silos collaborate in order to generate a global predictor with improved accuracy and generalization. However, the inherent challenge lies in the high heterogeneity of medical data, necessitating sophisticated techniques for assessment and compensation. This paper presents a comprehensive exploration of the mathematical formalization and taxonomy of heterogeneity within FL environments, focusing on the intricacies of medical data. In particular, we address the evaluation and comparison of the most popular FL algorithms with respect to their ability to cope with quantity-based, feature and label distribution-based heterogeneity. The goal is to provide a quantitative evaluation of the impact of data heterogeneity in FL systems for healthcare networks as well as a guideline on FL algorithm selection. Our research extends beyond existing studies by benchmarking seven of the most common FL algorithms against the unique challenges posed by medical data use cases. The paper targets the prediction of the risk of stroke recurrence through a set of tabular clinical reports collected by different federated hospital silos: data heterogeneity frequently encountered in this scenario and its impact on FL performance are discussed.
• Abstract（参考訳）: フェデレートラーニング(FL)は、複数のプライバシに敏感なアプリケーションが、情報を開示することなく、自身のデータセットをグローバルモデル構築に活用することを可能にする。 これらの領域の1つは医療であり、サイロのグループは、精度と一般化を改善したグローバルな予測器を生成するために協力する。 しかし、本質的な課題は、医療データの高度不均一性であり、評価と補償のために高度な技術を必要とすることである。 本稿では,医学データの複雑さに着目し,FL環境における不均一性の数学的形式化と分類を包括的に調査する。 特に、量ベース、特徴およびラベル分布に基づく不均一性に対処する能力に関して、最も人気のあるFLアルゴリズムの評価と比較について述べる。 目的は、医療ネットワークにおけるFLシステムにおけるデータ不均一性の影響の定量的評価と、FLアルゴリズム選択に関するガイドラインを提供することである。 我々の研究は、医療データユースケースがもたらす固有の課題に対して、最も一般的なFLアルゴリズムの7つをベンチマークすることで、既存の研究を超えています。 本論文は,異なる病院サイロによって収集された表型臨床報告を用いて,脳卒中再発のリスクを予測することを目的としている。

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