1. 联邦遗忘学习
1.1 机器遗忘的本质
在机器遗忘学习(Machine Unlearning)的语境下,所谓"遗忘数据",并非指在物理存储介质上删除原始数据文件,而是指对模型的权重参数进行定向修改,使模型的行为表现等价于从未在该数据上进行过训练。这一过程的核心目标是消除特定样本对模型参数分布的影响,同时尽可能保留模型在剩余数据上的泛化能力。
1.2 主流遗忘范式
学术界目前主流的遗忘方法大致可归纳为以下三类范式:
精确遗忘 / 重训练(Exact Unlearning / Retraining):将待遗忘样本从原始训练集中物理移除后,对模型从零开始重新训练。该方法遗忘效果最为彻底,理论上不存在任何残留影响,但在联邦学习场景下代价极高——每次遗忘请求都需要所有参与节点同步进行完整重训,通信开销与算力开销均难以承受。
近似遗忘(Approximate Unlearning):当前论文中最常见的方法路线,核心思想是"逆向消除梯度贡献"。模型训练阶段通过梯度下降记忆数据特征,遗忘阶段则对应地施加梯度上升(Gradient Ascent)或注入特定噪声,以反向抵消目标样本当初对模型参数造成的更新量。在公平性场景下,该范式还可通过构造针对敏感属性(如性别、种族)的公平性损失函数,向模型注入反向梯度,冲刷偏置权重,实现对敏感特征的脱敏处理。
分片隔离(Sharding / SISA):联邦学习场景下的专属优化方案。其核心思路是将训练数据与模型参数按一定策略切分为若干独立的"碎片(Shard)",避免所有数据混合训练。当某客户端发起遗忘请求时,服务端仅需对涉及该数据的特定碎片执行重训,其余碎片保持不变,从而在保证遗忘效果的同时大幅降低计算与通信开销。
2. 主动学习
2.1 主动学习的动机
在传统监督学习中,模型训练依赖大量已标注数据的一次性输入。然而在现实场景中,未标注数据(如互联网上的海量图片、文本)获取成本极低,而人工标注(如由医学专家逐一标注影像中的病灶位置)却代价高昂、耗时极长。
主动学习(Active Learning) 正是为了解决这一"标注成本"瓶颈而提出的学习范式:通过让模型主动挑选最有价值的样本交由专家标注,在有限的标注预算内最大化模型性能的提升。
2.2 主动学习的核心流程
主动学习可以类比为**“学生主动向老师提问”**的过程——模型不是被动地接受所有数据,而是主动挑出自己最困惑的问题寻求解答。其标准流程如下:
- 初始化:使用少量人工标注数据训练一个初始基础模型;
- 主动查询(Query Strategy):基础模型扫描海量未标注数据,依据特定策略(如熵值最大、置信度最低)挑选出信息量最大、对当前模型最具挑战性的少数样本;
- 专家标注(Oracle):将挑选出的样本交由人类专家(论文中称为 Oracle)打上真实标签;
- 模型更新:将新标注的高价值样本加入训练集,重新训练或微调模型;
- 循环迭代:重复步骤 2–4,直至模型性能达标或标注预算耗尽。
主动学习的核心假设是:并非所有数据对模型的贡献是等价的。少数关键样本所携带的信息量,可能远超大量普通样本。因此,有策略地选择标注对象,能够以远低于全量标注的成本达到相近甚至更优的模型效果。