Federated learning (FL) was recently proposed to securely train models with data held over multiple locations ("clients") under the coordination of a central server. Two major challenges hindering the performance of FL algorithms are long training times caused by straggling clients, and a decline in model accuracy under non-iid local data distributions ("client drift"). In this work, we propose and analyze Asynchronous Exact Averaging (AREA), a new stochastic (sub)gradient algorithm that utilizes asynchronous communication to speed up convergence and enhance scalability, and employs client memory to correct the client drift caused by variations in client update frequencies. Moreover, AREA is, to the best of our knowledge, the first method that is guaranteed to converge under arbitrarily long delays, without the use of delay-adaptive stepsizes, and (i) for strongly convex, smooth functions, asymptotically converges to an error neighborhood whose size depends only on the variance of the stochastic gradients used with respect to the number of iterations, and (ii) for convex, non-smooth functions, matches the convergence rate of the centralized stochastic subgradient method up to a constant factor, which depends on the average of the individual client update frequencies instead of their minimum (or maximum). Our numerical results validate our theoretical analysis and indicate AREA outperforms state-of-the-art methods when local data are highly non-iid, especially as the number of clients grows.


翻译:联邦学习(FL)最近被提出,旨在中央服务器的协调下,利用分布在多个地点(“客户端”)的数据安全地训练模型。阻碍联邦学习算法性能的两大挑战是:由滞后客户端导致的训练时间过长,以及在非独立同分布(non-iid)本地数据分布下模型准确性的下降(“客户端漂移”)。本文提出并分析了一种新的随机(次)梯度算法——异步精确平均(AREA),该算法利用异步通信来加速收敛并增强可扩展性,同时采用客户端记忆机制来校正因客户端更新频率差异引起的客户端漂移。此外,据我们所知,AREA是第一种在任意长延迟下保证收敛且无需使用延迟自适应步长的方法,并且(i)对于强凸、光滑函数,渐近收敛于一个误差邻域,其大小仅取决于所用随机梯度方差相对于迭代次数的关系;(ii)对于凸、非光滑函数,其收敛速率与集中式随机次梯度方法相匹配,仅相差一个常数因子,该因子取决于各客户端更新频率的平均值而非其最小值(或最大值)。我们的数值结果验证了理论分析,并表明当本地数据高度非独立同分布时,尤其是在客户端数量增加的情况下,AREA优于现有最先进方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
18+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
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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4日
VIP会员
最新内容
2026“人工智能+”行业发展蓝皮书(附下载)
专知会员服务
6+阅读 · 今天12:11
《强化学习数学基础》
专知会员服务
4+阅读 · 今天12:07
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
专知会员服务
8+阅读 · 今天6:48
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:30
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:20
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:12
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
相关论文
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4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
18+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
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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员