論文の概要: Decentralized Gossip Learning and Federated Averaging for Histopathology Image Classification
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.16448v1
- Date: Tue, 15 Sep 2026 00:09:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.272553
- Title: Decentralized Gossip Learning and Federated Averaging for Histopathology Image Classification
- Title(参考訳): 病理画像分類のための分散型ゴシップ学習とフェデレーション
- Abstract要約: 本研究は, 完全分散型ゴシップ学習であるサーバベースフェデレート平均化(FedAvg)と, 浸潤性胆管癌に対するHybrid Gossip-FedAvgの比較を行った。
実験では、277,524のカラーイメージパッチと、患者分離トレーニング、検証、テストパーティション、ワークロードバランスの取れた6つのノード間のDirichlet誘導アロケーションを使用していた。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 6.766475414507422
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Breast histopathology analysis increasingly relies on distributed learning because direct data pooling across institutions is often restricted by privacy, governance, and communication constraints. This study compares server-based Federated Averaging (FedAvg), fully decentralized gossip learning, and Hybrid Gossip-FedAvg for invasive ductal carcinoma (IDC) patch classification. Experiments used 277,524 color image patches with patient-disjoint training, validation, and test partitions and a workload-balanced, Dirichlet-guided allocation across six nodes. Ring, random degree-3, and fully connected gossip topologies were evaluated together with sensitivity analyses for statistical heterogeneity, mixing coefficient, learning rate, model drift, prediction disagreement, calibration, clinically motivated operating points, communication payload, and patient-level IDC burden, together with auxiliary backbone robustness analyses. In the principal alpha=0.3 experiment, Hybrid Gossip-FedAvg achieved a test area under the receiver operating characteristic curve (ROC-AUC) of 0.8811, closely followed by FedAvg at 0.8801 and fully connected gossip at 0.8751. Across three independent patient-level repetitions, FedAvg and Hybrid Gossip-FedAvg obtained the same mean ROC-AUC of 0.9082, with standard deviations of 0.0037 and 0.0043, respectively. Hybrid achieved the highest mean area under the precision-recall curve of 0.8240, whereas FedAvg produced the lowest mean Brier score of 0.1335. Denser gossip graphs improved discrimination but increased theoretical model payload, while ring gossip remained sensitive to learning rate and mixing strength. Overall, FedAvg provided the most consistently reliable server-based baseline, topology-aware gossip offered a viable decentralized alternative, and Hybrid Gossip-FedAvg provided a balanced compromise between peer-to-peer diffusion and periodic global coordination.
- Abstract(参考訳): 機関間の直接的なデータプールは、プライバシ、ガバナンス、通信の制約によって制限されることが多いため、乳房の病理組織学的分析は分散学習にますます依存している。
本研究は, 浸潤性胆管癌 (IDC) の分類において, サーバベースFederated Averaging (FedAvg), 完全分散型ゴシップ学習, ハイブリッドゴシップFedAvgを比較した。
実験では、277,524のカラーイメージパッチと、患者分離トレーニング、バリデーション、テストパーティション、ワークロードバランスの取れた6つのノード間のDirichlet誘導アロケーションを使用した。
Ring, random degrees-3, and full connected gossip topologies with sensitivity analysis for statistical heterogeneity, mix coefficient, learning rate, model drift, prediction disagreement, calibration, clinically-motivated operating point, communication payload, and patient-level IDC burden, with also with sensitivity analysis for statistical heterogeneity, mix coefficient, learning rate, model drift, prediction disagreement, calibration。
主アルファ=0.3実験では、Hybrid Gossip-FedAvgは0.8811の受信機動作特性曲線(ROC-AUC)の下で試験領域を達成し、FedAvgは0.8801で、完全に接続されたゴシップは0.8751で追従した。
3つの独立した患者レベルの反復、FedAvgとHybrid Gossip-FedAvgはそれぞれ0.9082、標準偏差0.0037、標準偏差0.0043である。
ハイブリッドは精度-リコール曲線0.8240で最高平均領域を達成し、FedAvgは平均ブライアスコア0.1335を達成した。
デザーゴシップグラフは識別を改善したが, 理論モデルペイロードは増加し, リングゴシップは学習速度や混合強度に敏感であった。
全体として、FedAvgは、最も一貫性のあるサーバベースのベースラインを提供し、トポロジを意識したゴシップは、分散化可能な代替手段を提供し、Hybrid Gossip-FedAvgは、ピアツーピア拡散と周期的グローバルコーディネーションのバランスのとれた妥協を提供した。
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