GFedKRL: Graph Federated Knowledge Re-Learning for Effective Molecular Property Prediction via Privacy Protection

计算机科学 独立同分布随机变量 聚类系数 图形 差别隐私 机器学习 聚类分析 人工智能 信息隐私 数据挖掘 理论计算机科学 计算机安全 数学 统计 随机变量
作者
Yeyan Ning,Jinyan Wang,De Li,Dongqi Yan,Xianxian Li
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 卷期号:: 426-438
标识
DOI:10.1007/978-3-031-44213-1_36
摘要

Graph Neural Networks (GNNs) are one of the primary methods for molecular property prediction due to their ability to learn state-of-the-art level representations from graph-structured molecular data. In addition, the Federated Learning (FL) paradigm, which allows multiple ends to collaborate on machine learning training without sharing local data, is being considered for introduction to improve the performance of multiple ends. However, in FL, the molecular graph data among clients are not only Non-Independent Identically Distribution (Non-IID) but also skewed in quantity distribution. In this paper, we propose the GFedKRL framework to perform knowledge distillation and re-learning during the interaction between clients and servers in each cluster after clustering the graph embeddings uploaded. We also analyze the risk of privacy leakage in the GFedKRL and propose personalized local differential privacy to protect privacy while better controlling the amount of noise input and improving model performance. In addition, to resist the impact of noise data on the clients’ model, graph representation learning is enhanced by knowledge contrast learning at the local clients. Finally, our approach achieves better results in three experimental datasets compared with four public benchmark methods.

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