联邦学习聚合参数操作详解

联邦学习中常见的模型聚合操作，具体用于对来自多个客户端的模型更新进行聚合，以得到全局模型。在联邦学习框架下，多个客户端在本地训练各自的模型后，会将模型更新（通常是模型的权重）发送到中央服务器，中央服务器需要对这些本地更新进行合并，生成一个新的全局模型。

1. 初始化方法 __init__：

• 该方法接受一个参数 n_classes，通常表示分类任务中的类别数目。初始化时将其存储为类的一个成员变量，供后续使用。该参数的具体用途在代码中未直接体现，但通常它与分类任务中的类别数量有关，可能用于处理某些特定的聚合操作（例如在处理分类层时可能涉及不同类别的权重更新）。

2. agg_my 方法：

这个方法的作用是进行模型的聚合，即将多个客户端的本地模型更新合并成一个全局模型。其输入参数有：

• w_local_models：包含所有客户端本地模型更新的字典。
• global_model：当前全局模型的权重。
• width_list：该列表的作用是为每个客户端指定一个权重，用于在聚合时加权不同客户端的更新。

聚合过程的核心步骤如下：

3. 遍历全局模型的各个参数：

在联邦学习中，模型通常由多个层组成，每一层都有若干个参数（例如卷积层的权重或全连接层的权重）。keys = list(w_cur.keys()) 提取全局模型 w_cur 的所有层的名称（即参数的键）。接下来，通过遍历这些键来处理每一层的聚合。

4. 初始化聚合结果的临时变量：

对于每一层的权重，首先初始化两个张量 tmp 和 count，它们的形状与当前全局模型中的权重相同。tmp 用于存储该层的加权聚合结果，而 count 用于记录每个客户端对该层权重的贡献次数。

5. 遍历本地模型的更新：

接下来，对每个客户端（w_local_models）进行遍历，并进行以下操作：

• 获取客户端的权重宽度：width = width_list[int(cur_clnt)] 表示为每个客户端指定一个宽度，这可能与数据量或客户端的权重有关。这个宽度将在后续的聚合过程中作为加权因素。
• 根据权重形状选择聚合策略：模型的不同层可能具有不同的形状（如卷积层的权重是四维的，线性层是二维的等），因此在聚合时会根据权重的形状选择不同的聚合方法：
  • 对于形状为四维的权重（通常是卷积层的权重），调用 agg_my_func_4 进行聚合。
  • 对于形状为二维的权重（通常是全连接层的权重），调用 agg_my_func_2 进行聚合。
  • 对于形状为一维的权重，调用 agg_my_func_1 进行聚合。
  • 对于其他类型的权重，则直接使用本地客户端的权重值。

6. 加权聚合：

对于每个客户端的权重更新，聚合时会使用该客户端的“宽度”（width）来加权。如果某个客户端的权重中没有该层的参数（如某些特定的层在某些客户端上没有被更新），则会用零填充以避免影响聚合结果。

7. 处理客户端数据缺失：

• 对于某些权重，在某些客户端中可能没有相应的更新（例如某个客户端在某些层上的训练不充分或者没有更新该层的参数）。此时，该层的权重更新将用零填充。
• count[count == 0] = 1 这一行的目的是防止在某些客户端没有贡献时，出现除以零的情况。在聚合过程中，如果某个权重的更新次数为零，则将其计数置为1，避免在后续计算时出现除零错误。

8. 最终权重更新：

每一层的权重更新结果是通过累积所有客户端的更新结果（即 tmp）并将其除以对应的计数（count）来实现的。这实际上是对每一层权重的加权平均，即全局模型的权重是由所有客户端的加权贡献形成的。

9. 返回新的全局模型：

最终，w_cur[k] = w_cur[k] / count 对全局模型的每一层进行更新，得到加权平均后的结果，最终返回更新后的全局模型。