論文の概要: Invariant Federated Learning for Edge Intelligence: Mitigating Heterogeneity and Asynchrony via Exit Strategy and Invariant Penalty

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.06158v3
• Date: Wed, 16 Apr 2025 12:31:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-18 00:37:47.473321
• Title: Invariant Federated Learning for Edge Intelligence: Mitigating Heterogeneity and Asynchrony via Exit Strategy and Invariant Penalty
• Title（参考訳）: エッジインテリジェンスのための不変フェデレーション学習:排他的戦略と不変罰による不均一性と同時性の軽減
• Authors: Ziruo Hao, Zhenhua Cui, Tao Yang, Bo Hu, Xiaofeng Wu, Hui Feng,
• Abstract要約: 本稿では,資源制約付きエッジインテリジェンスのための不変なフェデレーション学習システムを提案する。 退避戦略と不変ペナルティを通じて異質性や非同期性の影響を軽減することができる。 その結果,本システムは分散処理性能を向上し,Out-Of-Distributionの一般化において最先端のアルゴリズムより優れていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.54196990763149
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This paper provides an invariant federated learning system for resource-constrained edge intelligence. This framework can mitigate the impact of heterogeneity and asynchrony via exit strategy and invariant penalty. We introduce parameter orthogonality into edge intelligence to measure the contribution or impact of heterogeneous and asynchronous clients. It is proved in this paper that the exit of abnormal edge clients can guarantee the effect of the model on most clients. Meanwhile, to ensure the models' performance on exited abnormal clients and those who lack training resources, we propose Federated Learning with Invariant Penalty for Generalization (FedIPG) by constructing the approximate orthogonality of the invariant parameters and the heterogeneous parameters. Theoretical proof shows that FedIPG reduces the Out-Of-Distribution prediction loss without increasing the communication burden. The performance of FedIPG combined with an exit strategy is tested empirically in multiple scales using four datasets. It shows our system can enhance In-Distribution performance and outperform the state-of-the-art algorithm in Out-Of-Distribution generalization while maintaining model convergence. Additionally, the results of the visual experiment prove that FedIPG contains preliminary causality in terms of ignoring confounding features.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,資源制約付きエッジインテリジェンスのための不変なフェデレーション学習システムを提案する。 このフレームワークは、出口戦略と不変ペナルティによる異種性と非同期性の影響を軽減することができる。 エッジインテリジェンスにパラメータ直交性を導入し、異種および非同期クライアントの寄与や影響を測定する。 本論文は, 異常なエッジクライアントの出口が, モデルがほとんどのクライアントに与える影響を保証できることを証明した。 一方,非変動パラメータと不均一パラメータの近似直交性を構築することにより,モデルが異常なクライアントやトレーニングリソースを欠いたユーザに対して,一般化のためのフェデレートラーニング(FedIPG)を提案する。 理論的には,FedIPGは通信負荷を増大させることなく,外部分布予測損失を低減する。 FedIPGと出口戦略を組み合わせた性能は、複数のスケールで4つのデータセットを用いて実験的に検証される。 本システムは,モデル収束性を維持しつつ,アウトオブオフ分布一般化における最先端のアルゴリズムよりも優れることを示す。 さらに,視覚実験の結果から,FedIPGは相反する特徴を無視した予備的因果性を有することが明らかとなった。

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