Federated learning (FL) is now recognized as a key framework for communication-efficient collaborative learning. Most theoretical and empirical studies, however, rely on the assumption that clients have access to pre-collected data sets, with limited investigation into scenarios where clients continuously collect data. In many real-world applications, particularly when data is generated by physical or biological processes, client data streams are often modeled by non-stationary Markov processes. Unlike standard i.i.d. sampling, the performance of FL with Markovian data streams remains poorly understood due to the statistical dependencies between client samples over time. In this paper, we investigate whether FL can still support collaborative learning with Markovian data streams. Specifically, we analyze the performance of Minibatch SGD, Local SGD, and a variant of Local SGD with momentum. We answer affirmatively under standard assumptions and smooth non-convex client objectives: the sample complexity is proportional to the inverse of the number of clients with a communication complexity comparable to the i.i.d. scenario. However, the sample complexity for Markovian data streams remains higher than for i.i.d. sampling.


翻译:联邦学习(FL)已被公认为实现通信高效协同学习的关键框架。然而,大多数理论与实证研究均基于客户端可访问预收集数据集的假设,对客户端持续收集数据的场景研究有限。在许多现实应用中,尤其是当数据由物理或生物过程生成时,客户端数据流常被建模为非平稳马尔可夫过程。与标准的独立同分布采样不同,由于客户端样本随时间存在统计依赖性,基于马尔可夫数据流的联邦学习性能仍鲜为人知。本文探究联邦学习是否仍能支持基于马尔可夫数据流的协同学习。具体而言,我们分析了小批量随机梯度下降法、局部随机梯度下降法以及带动量的局部随机梯度下降法变体的性能。在标准假设与平滑非凸客户端目标函数下,我们给出了肯定回答:样本复杂度与客户端数量成反比,其通信复杂度与独立同分布场景相当。然而,马尔可夫数据流的样本复杂度仍高于独立同分布采样。

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
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12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
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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
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
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
相关基金
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员