你能给我一段用TFF运行EMNIST数据集并且考虑差分隐私的案例代码吗
时间: 2024-05-06 14:17:57 浏览: 130
当然可以,以下是一个简单的 TFF EMNIST 数据集的案例代码,并且考虑了差分隐私。
```python
import tensorflow as tf
import tensorflow_federated as tff
# 加载 EMNIST 数据集
emnist_train, emnist_test = tff.simulation.datasets.emnist.load_data()
# 定义模型
def create_compiled_keras_model():
model = tf.keras.models.Sequential([
tf.keras.layers.Conv2D(32, 5, padding='same', activation='relu', input_shape=(28, 28, 1)),
tf.keras.layers.MaxPooling2D(),
tf.keras.layers.Flatten(),
tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])
model.compile(
loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(),
optimizer=tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.02),
metrics=[tf.keras.metrics.SparseCategoricalAccuracy()])
return model
# 定义模型类型
model_type = tff.framework.type_from_tensors(create_compiled_keras_model().weights)
# 定义差分隐私参数
epsilon = 1e-3
delta = 1e-5
noise_multiplier = epsilon / delta
# 定义客户端计算函数
@tff.tf_computation(model_type, tf.float32)
def client_update(model, dataset, initial_weights):
# 定义损失函数
def loss_fn():
return tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy()(model(dataset['x']), dataset['y'])
# 定义优化器
optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.02)
# 添加差分隐私噪声
dp_aggregate_fn = tff.utils.build_dp_aggregate_fn(
noise_multiplier=noise_multiplier,
expected_total_weight=dataset.num_examples,
adaptive_clip_learning_rate=0.01,
target_unclipped_quantile=0.5)
weights_delta, _ = optimizer.minimize(
loss_fn, var_list=model.trainable_variables)
weights_delta = dp_aggregate_fn(weights_delta)
# 返回更新后的权重
return tff.structure.map_structure(
lambda v, d: v + d,
initial_weights.trainable,
weights_delta), dataset.num_examples
# 定义服务端计算函数
@tff.federated_computation(model_type.trainable, tff.type_at_clients(emnist_train.element_type))
def server_update(model_weights, federated_dataset):
# 客户端计算
client_results = tff.federated_map(
client_update,
(tff.federated_broadcast(model_weights), federated_dataset, model_weights))
# 计算客户端权重的加权平均值
weight_denom = tf.cast(
tff.federated_sum(client_results[1]), tf.float32)
weighted_client_updates = tff.federated_mean(
client_results[0], weight=client_results[1])
# 更新模型权重
return tff.structure.map_structure(
lambda v: v / weight_denom,
weighted_client_updates)
# 训练模型
iterative_process = tff.learning.build_federated_averaging_process(
model_fn=create_compiled_keras_model,
client_optimizer_fn=lambda: tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.02),
server_optimizer_fn=lambda: tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=1.0),
dp_sum_query=tff.utils.GaussianSumQuery(
l2_norm_clip=1.0,
stddev=0.1),
noise_multiplier=noise_multiplier)
state = iterative_process.initialize()
for i in range(10):
state, metrics = iterative_process.next(state, emnist_train)
print('round {:2d}, metrics={}'.format(i, metrics))
```
这段代码使用 TFF 构建了一个联邦学习的迭代过程,其中每个客户端在更新模型权重时会添加差分隐私噪声。具体来说,我们使用 `tff.utils.build_dp_aggregate_fn` 函数来添加差分隐私噪声,该函数使用了一种自适应的裁剪方法,以更好地控制噪声的大小。在上面的代码中,我们使用了高斯机制,即 `tff.utils.GaussianSumQuery`,来提供 dp_sum_query。
注意,这里的代码中只是一个简单的案例,实际上,差分隐私的设计需要考虑更多的因素,例如隐私预算的分配,裁剪因子的选择等。
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