Byzantine-robust distributed learning (BRDL), in which computing devices are likely to behave abnormally due to accidental failures or malicious attacks, has recently become a hot research topic. However, even in the independent and identically distributed (i.i.d.) case, existing BRDL methods will suffer from a significant drop on model accuracy due to the large variance of stochastic gradients. Increasing batch sizes is a simple yet effective way to reduce the variance. However, when the total number of gradient computation is fixed, a too-large batch size will lead to a too-small iteration number (update number), which may also degrade the model accuracy. In view of this challenge, we mainly study the optimal batch size when the total number of gradient computation is fixed in this work. In particular, we theoretically and empirically show that when the total number of gradient computation is fixed, the optimal batch size in BRDL increases with the fraction of Byzantine workers. Therefore, compared to the case without attacks, the batch size should be set larger when under Byzantine attacks. However, for existing BRDL methods, large batch sizes will lead to a drop on model accuracy, even if there is no Byzantine attack. To deal with this problem, we propose a novel BRDL method, called Byzantine-robust stochastic gradient descent with normalized momentum (ByzSGDnm), which can alleviate the drop on model accuracy in large-batch cases. Moreover, we theoretically prove the convergence of ByzSGDnm for general non-convex cases under Byzantine attacks. Empirical results show that ByzSGDnm has a comparable performance to existing BRDL methods under bit-flipping failure, but can outperform existing BRDL methods under deliberately crafted attacks.


翻译:拜占庭鲁棒分布式学习(BRDL)中,计算设备可能因意外故障或恶意攻击而表现异常,近年来已成为研究热点。然而,即使在独立同分布(i.i.d.)情况下,由于随机梯度方差较大,现有BRDL方法也会导致模型准确率显著下降。增大批量大小是降低方差的一种简单有效的方法,但当梯度计算总量固定时,过大的批量大小会导致迭代次数(更新次数)过少,也可能降低模型准确率。针对这一挑战,本文主要研究梯度计算总量固定时的最优批量大小。具体而言,我们从理论和实验上证明,当梯度计算总量固定时,BRDL中的最优批量大小会随着拜占庭工作节点比例的增大而增大。因此,与无攻击情况相比,遭受拜占庭攻击时应设置更大的批量大小。然而,对于现有BRDL方法,即使没有拜占庭攻击,大批量大小也会导致模型准确率下降。为解决此问题,我们提出了一种新型BRDL方法——带归一化动量的拜占庭鲁棒随机梯度下降(ByzSGDnm),该方法能缓解大批量情况下的模型准确率下降。此外,我们从理论上证明了ByzSGDnm在拜占庭攻击下对一般非凸情况的收敛性。实验结果表明,ByzSGDnm在比特翻转故障下与现有BRDL方法性能相当,但在精心设计的攻击下优于现有BRDL方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21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
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
105+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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
0+阅读 · 2014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 · 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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月10日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月10日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+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
6+阅读 · 5月29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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
0+阅读 · 2014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 · 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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员