In this paper, we present distributed fault-tolerant algorithms that approximate the centroid of a set of n data points in $\mathbb{R}^d$. Our work falls into the broader area of approximate multidimensional Byzantine agreement. The standard approach used in existing algorithms is to agree on a vector inside the convex hull of all correct vectors. This strategy dismisses many possibly correct data points. As a result, the algorithm does not necessarily agree on a representative value. In fact, this does not allow us to compute a better approximation than $2d$ of the centroid in the synchronous case. To find better approximation algorithms for the centroid, we investigate the trade-off between the quality of the approximation, the resilience of the algorithm, and the validity of the solution. For the synchronous case, we show that it is possible to achieve a $1$-approximation of the centroid with up to $t<n/(d+1)$ Byzantine data points. This approach however does not give any guarantee on the validity of the solution. Therefore, we develop a second approach that reaches a $2\sqrt{d}$-approximation of the centroid, while satisfying the standard validity condition for agreement protocols. We are even able to restrict the validity condition to agreement inside the box of correct data points, while achieving optimal resilience of $t< n/3$. For the asynchronous case, we can adapt all three algorithms to reach the same approximation results (up to a constant factor). Our results suggest that it is reasonable to study the trade-off between validity conditions and the quality of the solution.


翻译:本文提出分布式容错算法,用于近似计算 $\mathbb{R}^d$ 空间中 $n$ 个数据点的质心。本研究属于多维近似拜占庭一致性的广义领域。现有算法的标准方法是协商一个位于所有正确向量凸包内的向量,但这种策略排除了许多可能正确的数据点,导致算法无法协商出具有代表性的值。实际上,在同步情况下,这种方法无法实现比 $2d$ 更好的质心近似。为寻找更优的质心近似算法,我们研究了近似质量、算法容错性与解的有效性之间的权衡关系。针对同步情况,我们证明当拜占庭数据点数量满足 $t<n/(d+1)$ 时,可实现质心的 $1$-近似。但该方法无法保证解的有效性。为此,我们开发了第二种方法,在满足一致性协议标准有效性条件的前提下,实现质心的 $2\sqrt{d}$-近似。我们甚至能将有效性条件限制在正确数据点构成的超矩形内,同时保持 $t<n/3$ 的最优容错性。针对异步情况,可将三种算法全部适配为达到相同近似结果(至多相差常数因子)。研究结果表明,研究有效性条件与解质量之间的权衡具有合理性。

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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
1+阅读 · 2017年12月31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
1+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
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
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月14日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月11日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
6+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
1+阅读 · 2017年12月31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
1+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员