In this paper, we present a novel analysis of FedAvg with constant step size, relying on the Markov property of the underlying process. We demonstrate that the global iterates of the algorithm converge to a stationary distribution and analyze its resulting bias and variance relative to the problem's solution. We provide a first-order expansion of the bias in both homogeneous and heterogeneous settings. Interestingly, this bias decomposes into two distinct components: one that depends solely on stochastic gradient noise and another on client heterogeneity. Finally, we introduce a new algorithm based on the Richardson-Romberg extrapolation technique to mitigate this bias.


翻译:本文提出了一种基于底层过程马尔可夫性的、针对恒定步长FedAvg的新颖分析。我们证明了该算法的全局迭代收敛于一个平稳分布,并分析了其相对于问题解的偏差与方差。我们在同质与异质两种设定下给出了偏差的一阶展开。有趣的是,该偏差可分解为两个独立部分:一部分仅依赖于随机梯度噪声,另一部分则源于客户端异质性。最后,我们引入了一种基于Richardson-Romberg外推技术的新算法以减轻此偏差。

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