Federated learning has attracted increasing attention with the emergence of distributed data. While extensive federated learning algorithms have been proposed for the non-convex distributed problem, federated learning in practice still faces numerous challenges, such as the large training iterations to converge since the sizes of models and datasets keep increasing, and the lack of adaptivity by SGD-based model updates. Meanwhile, the study of adaptive methods in federated learning is scarce and existing works either lack a complete theoretical convergence guarantee or have slow sample complexity. In this paper, we propose an efficient adaptive algorithm (i.e., FAFED) based on the momentum-based variance-reduced technique in cross-silo FL. We first explore how to design the adaptive algorithm in the FL setting. By providing a counter-example, we prove that a simple combination of FL and adaptive methods could lead to divergence. More importantly, we provide a convergence analysis for our method and prove that our algorithm is the first adaptive FL algorithm to reach the best-known samples $O(\epsilon^{-3})$ and $O(\epsilon^{-2})$ communication rounds to find an $\epsilon$-stationary point without large batches. The experimental results on the language modeling task and image classification task with heterogeneous data demonstrate the efficiency of our algorithms.


翻译:联邦学习随着分布式数据的出现而日益受到关注。尽管针对非凸分布式问题已提出大量联邦学习算法,但实际应用中的联邦学习仍面临诸多挑战,例如由于模型和数据集的规模不断增大,训练迭代次数巨大才能收敛,以及基于SGD的模型更新缺乏自适应性。与此同时,联邦学习中自适应方法的研究较为稀缺,现有工作要么缺乏完整的理论收敛保证,要么样本复杂度较高。在本文中,我们提出一种基于动量方差缩减技术的高效自适应算法(即FAFED),适用于跨孤岛联邦学习场景。我们首先探索如何在联邦学习场景中设计自适应算法。通过提供一个反例,我们证明简单组合联邦学习与自适应方法可能导致发散。更重要的是,我们为所提方法提供收敛性分析,并证明我们的算法是首个无需大批量数据即可达到最优已知样本复杂度$O(\epsilon^{-3})$和通信轮次$O(\epsilon^{-2})$以找到$\epsilon$-稳定点的自适应联邦学习算法。在异构数据上的语言建模任务和图像分类任务的实验结果表明了我们算法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3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
1+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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2021年7月20日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
最新内容
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
4+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
4+阅读 · 5月29日
“史诗怒火行动”中美军损失的作战飞机
专知会员服务
4+阅读 · 5月29日
ICML 2026 | 理解上下文持续学习中的泛化与遗忘
专知会员服务
5+阅读 · 5月28日
Agent Harness综述:大模型智能体执行器工程全景
专知会员服务
14+阅读 · 5月28日
《基于理论的威慑效能评估》
专知会员服务
8+阅读 · 5月28日
相关资讯
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
相关基金
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
1+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
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员