Federated Learning (FL) has achieved significant achievements recently, enabling collaborative model training on distributed data over edge devices. Iterative gradient or model exchanges between devices and the centralized server in the standard FL paradigm suffer from severe efficiency bottlenecks on the server. While enabling collaborative training without a central server, existing decentralized FL approaches either focus on the synchronous mechanism that deteriorates FL convergence or ignore device staleness with an asynchronous mechanism, resulting in inferior FL accuracy. In this paper, we propose an Asynchronous Efficient Decentralized FL framework, i.e., AEDFL, in heterogeneous environments with three unique contributions. First, we propose an asynchronous FL system model with an efficient model aggregation method for improving the FL convergence. Second, we propose a dynamic staleness-aware model update approach to achieve superior accuracy. Third, we propose an adaptive sparse training method to reduce communication and computation costs without significant accuracy degradation. Extensive experimentation on four public datasets and four models demonstrates the strength of AEDFL in terms of accuracy (up to 16.3% higher), efficiency (up to 92.9% faster), and computation costs (up to 42.3% lower).


翻译:联邦学习(FL)近年来取得了显著成就,能够利用边缘设备上的分布式数据进行协同模型训练。标准FL范式中,设备与集中式服务器之间的迭代梯度或模型交换会在服务器端产生严重的效率瓶颈。现有去中心化FL方法虽然无需中央服务器即可实现协同训练,但要么采用同步机制导致FL收敛性能下降,要么采用异步机制却忽略设备陈旧性问题,从而造成FL精度降低。本文提出了一种面向异构环境的异步高效去中心化FL框架——AEDFL,其贡献包括三点:第一,提出一种异步FL系统模型及高效模型聚合方法以提升FL收敛性能;第二,提出一种动态的陈旧性感知模型更新方法以实现更优精度;第三,提出一种自适应稀疏训练方法,在降低通信与计算开销的同时避免显著精度损失。在四个公开数据集和四种模型上的大量实验表明,AEDFL在精度(最高提升16.3%)、效率(最高提升92.9%)和计算开销(最高降低42.3%)方面均表现出显著优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习系统设计系统评估标准
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员