Algoritmo híbrido de otimização por enxame de partículas para o aprendizado federado de redes neurais artificiais

dc.creatorEliezer Timóteo da Silva Sanhá
dc.date.accessioned2025-02-12T15:14:50Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:33:39Z
dc.date.available2025-02-12T15:14:50Z
dc.date.issued2024-12-10
dc.description.abstractThe algorithms for managing Federated Learning (FL) training commonly overlook the balance between performance and communication cost. Therefore, in this study, we propose a new federated training method called FLPSO-SGD, based on the hybrid Particle Swarm Optimization-Stochastic Gradient Descent (PSO-SGD) algorithm, to address these aspects. In contrast to classical FL training techniques, the proposed method receives client errors instead of model parameters, while the PSO-SGD algorithm performs training on the client side. The algorithms were evaluated on classification problems using UC Irvine datasets for PSO-SGD, and the CIFAR-10 dataset was also used with both PSO-SGD and FLPSO-SGD across different convolutional neural network architectures. The results highlight the promising performance of the PSO-SGD algorithm. Moreover, the federated methodology FLPSO-SGD demonstrated better performance in training global models compared to the FedAvg and FedPSO techniques. These results are particularly notable in applications involving data that are not independent and identically distributed (non-IID data). The findings suggest that FLPSO-SGD is an effective alternative for FL training, especially in applications with communication networks that have restricted bandwidth on the client side.
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/79957
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia elétrica
dc.subjectAprendizado do computador
dc.subjectAlgoritmos
dc.subjectOtimização
dc.subjectRedes neurais (Computação)
dc.subjectRedes neurais convolucionais
dc.subject.otheraprendizado de máquina
dc.subject.otherredes neurais artificiais
dc.subject.otherredes neurais convolucionais
dc.subject.otheraprendizado federado
dc.subject.otherotimização por enxame de partículas
dc.titleAlgoritmo híbrido de otimização por enxame de partículas para o aprendizado federado de redes neurais artificiais
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Frederico Gadelha Guimarães
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2472681535872194
local.contributor.referee1Jaime Arturo Ramírez
local.contributor.referee1Marcelo Azevedo Costa
local.contributor.referee1Demostenes Zegarra Rodriguez
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6938448945768948
local.description.resumoOs algoritmos de gerenciamento do treinamento de Aprendizado Federado (FL) comumente desconsideram o equilíbrio entre desempenho e custo de comunicação. Portanto, neste estudo propomos um novo método de treinamento federado denominado FLPSO-SGD que é baseado no algoritmo híbrido de otimização por enxame de partículas-Gradiente Descendente Estocástico (PSO-SGD) visando considerar esses aspectos. Em contraste com as técnicas clássicas de treinamento de FL, o método proposto neste trabalho recebe os erros dos clientes em vez dos parâmetros dos modelos, enquanto o algoritmo PSO-SGD realiza o treinamento no cliente. Os algoritmos foram avaliados em problemas de classificação utilizando as bases de dados da UC Irvine para o PSO-SGD, e a base de dados CIFAR-10, também foi utilizada com PSO-SGD e FLPSO-SGD em diferentes arquiteturas de redes neurais convolucionais. Os resultados destacam o desempenho promissor do algoritmo PSO-SGD. Além disso, a metodologia federada FLPSO-SGD demonstrou melhores desempenhos nos treinamentos de modelos globais em comparação com as técnicas FedAvg e FedPSO. Esses resultados se destacam, sobretudo, nas aplicações com os dados cuja amostras não são independentes e identicamente distribuídos (dados não IID). Os resultados sugerem que FLPSO-SGD é uma alternativa eficaz para treinamentos em FL, especialmente em aplicações com redes de comunicação com largura de banda restrita nos clientes.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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