In this paper, we study a one-shot distributed learning algorithm via refitting Bootstrap samples, which we refer to as ReBoot. Given the local models that are fit on multiple independent subsamples, ReBoot refits a new model on the union of the Bootstrap samples drawn from these local models. The whole procedure requires only one round of communication of model parameters. Theoretically, we analyze the statistical rate of ReBoot for generalized linear models (GLM) and noisy phase retrieval, which represent convex and non-convex problems respectively. In both cases, ReBoot provably achieves the full-sample statistical rate whenever the subsample size is not too small. In particular, we show that the systematic bias of ReBoot, the error that is independent of the number of subsamples, is $O(n ^ {-2})$ in GLM, where n is the subsample size. This rate is sharper than that of model parameter averaging and its variants, implying the higher tolerance of ReBoot with respect to data splits to maintain the full-sample rate. Simulation study exhibits the statistical advantage of ReBoot over competing methods including averaging and CSL (Communication-efficient Surrogate Likelihood) with up to two rounds of gradient communication. Finally, we propose FedReBoot, an iterative version of ReBoot, to aggregate convolutional neural networks for image classification, which exhibits substantial superiority over FedAve within early rounds of communication.


翻译:本文研究了一种通过重抽Bootstrap样本的单轮分布式学习算法,我们将其称为ReBoot。给定基于多个独立子样本拟合的局部模型,ReBoot从这些局部模型中抽取Bootstrap样本,并在其并集上重新拟合新模型。整个过程仅需一轮模型参数通信。理论上,我们分析了ReBoot在广义线性模型(GLM)和有噪相位恢复中的统计速率,这两个问题分别代表凸优化与非凸优化场景。在两种情形下,只要子样本量足够大,ReBoot均可达到全样本统计速率。特别地,我们证明ReBoot的系统性偏差(即独立于子样本数量的误差)在GLM中为$O(n^{-2})$,其中n为子样本大小。该速率优于模型参数平均及其变体的结果,表明ReBoot在维持全样本速率时对数据划分具有更高容忍度。仿真实验显示,相比平均法和基于至多两轮梯度通信的CSL(通信高效代理似然)等竞争方法,ReBoot具有统计优势。最后,我们提出ReBoot的迭代版本FedReBoot,用于聚合卷积神经网络进行图像分类,在早期通信轮次中显著优于FedAve。

0
下载
关闭预览

相关内容

Meta最新WWW2022《联邦计算导论》教程,附77页ppt
专知会员服务
60+阅读 · 2022年5月5日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【Google-CMU】元伪标签的元学习,Meta Pseudo Labels
专知会员服务
32+阅读 · 2020年3月30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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+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
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
VIP会员
最新内容
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
1+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
4+阅读 · 7月20日
深入Project Maven:为何人工智能在战场上依然失灵
锻造未来士兵:外骨骼、基因工程与赛博格
专知会员服务
7+阅读 · 7月19日
《无人机蜂群通信技术研究》50页
专知会员服务
8+阅读 · 7月19日
相关VIP内容
Meta最新WWW2022《联邦计算导论》教程,附77页ppt
专知会员服务
60+阅读 · 2022年5月5日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【Google-CMU】元伪标签的元学习,Meta Pseudo Labels
专知会员服务
32+阅读 · 2020年3月30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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+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
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