Improving Accuracy and Convergence in Group-Based Federated Learning on Non-IID Data

计算机科学 趋同(经济学) 群(周期表) GSM演进的增强数据速率 机制(生物学) 数据挖掘 人工智能 机器学习 分布式计算 经济增长 认识论 哲学 经济 有机化学 化学
作者
Ziqi He,Lei Yang,Wanyu Lin,Weigang Wu
出处
期刊:IEEE Transactions on Network Science and Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (3): 1389-1404 被引量:13
标识
DOI:10.1109/tnse.2022.3163279
摘要

Federated learning (FL) enables a large number of edge devices to learn a shared model without data sharing collaboratively. However, the imbalanced data distribution among users poses challenges to the convergence performance of FL. Group-based FL is a novel framework to improve FL performance, which appropriately groups users and allows localized aggregations within the group before a global aggregation. Nevertheless, most existing Group-based FL methods are K-means-based approaches that need to explicitly specify the number of groups, which may severely reduce the efficacy and optimality of the proposed solutions. In this paper, we propose a grouping mechanism called Auto-Group, which can automatically group users without specifying the number of groups. Specifically, various grouping strategies with different numbers of groups are generated with our mechanism. In particular, equipped with an optimized Genetic Algorithm, Auto-Group ensures that the data distribution of each group is similar to the global distribution, further reducing the communication delay. We conduct extensive experiments in various settings to evaluate Auto-Group. Experimental results show that, compared with the baselines, our mechanism can significantly improve the model accuracy while accelerating the training speed.
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