元学习框架实现联邦学习自适应鲁棒聚合

本文提出FedStrategist框架,通过元学习方法将联邦学习中的鲁棒聚合问题转化为实时成本感知控制问题。该框架采用轻量级上下文赌博机代理动态选择最优聚合规则,在异构数据环境和对抗攻击场景下展现优越性能,并支持通过风险容忍参数平衡性能与安全性。

FedStrategist:联邦学习中自适应与鲁棒聚合的元学习框架

联邦学习(FL)为隐私保护的协作式人工智能提供了新范式,但其去中心化特性使模型容易受到投毒攻击。虽然现有多种静态防御方案,但其效果高度依赖具体场景,在面对自适应攻击者或异构数据环境时往往失效。

本文提出FedStrategist,一个创新的元学习框架,将鲁棒聚合问题重新定义为实时成本感知控制问题。设计了一个轻量级上下文赌博机代理,能够基于实时诊断指标从防御库中动态选择最优聚合规则。

通过全面实验证明:不存在 universally optimal 的单一静态规则。该自适应代理能够在多样化场景中学习到优越策略,包括"Krum友好"环境以及针对专门设计用于中和特定诊断信号的"隐形"攻击者。关键发现是:在非鲁棒基线获得高精度但实际已受损的悖论场景中,该代理能够学习保守策略以优先保障模型完整性。

此外,研究证明代理策略可通过单一"风险容忍度"参数进行控制,使实践者能够显式管理性能与安全性之间的权衡。这项工作为构建弹性智能去中心化AI系统提供了新颖、实用且可分析的方法。

实验设计:24页论文包含8组图表实验,涵盖多种攻击场景和异构数据环境 技术贡献

  • 提出基于元学习的动态聚合框架
  • 设计实时诊断指标系统
  • 实现风险可控的安全策略学习
  • 验证框架在复杂对抗环境中的有效性

应用价值:为联邦学习系统提供可适配不同安全需求的智能防御机制,特别适用于医疗、金融等对数据隐私和安全要求严格的领域。

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