Distributed machine learning (DML) in mobile environments faces significant communication bottlenecks. Gradient compression has emerged as an effective solution to this issue, offering substantial benefits in environments with limited bandwidth and metered data. Yet, they encounter severe performance drop in non-IID environments due to a one-size-fits-all compression approach, which does not account for the varying data volumes across workers. Assigning varying compression ratios to workers with distinct data distributions and volumes is thus a promising solution. This study introduces an analysis of distributed SGD with non-uniform compression, which reveals that the convergence rate (indicative of the iterations needed to achieve a certain accuracy) is influenced by compression ratios applied to workers with differing volumes. Accordingly, we frame relative compression ratio assignment as an $n$-variables chi-square nonlinear optimization problem, constrained by a fixed and limited communication budget. We propose DAGC-R, which assigns the worker handling larger data volumes the conservative compression. Recognizing the computational limitations of mobile devices, we DAGC-A, which are computationally less demanding and enhances the robustness of the absolute gradient compressor in non-IID scenarios. Our experiments confirm that both the DAGC-A and DAGC-R can achieve better performance when dealing with highly imbalanced data volume distribution and restricted communication.


翻译:移动环境中的分布式机器学习面临显著的通信瓶颈。梯度压缩已成为解决该问题的有效方案,能在带宽受限且按流量计费的环境中发挥重要作用。然而,在非独立同分布环境下,由于采用"一刀切"的压缩策略(未考虑各工作节点数据量的差异),此类方法会导致严重的性能下降。因此,为具有不同数据分布和数据量的工作节点分配差异化的压缩率成为极具前景的解决方案。本研究对采用非均匀压缩的分布式随机梯度下降法展开分析,发现收敛速率(即达到特定精度所需迭代次数的指标)受应用于不同数据量工作节点的压缩率影响。据此,我们将相对压缩率分配问题建模为$n$变量卡方非线性优化问题,并受限于固定且有限的通信预算。我们提出DAGC-R算法,为处理更大数据量的工作节点分配保守压缩策略。鉴于移动设备的计算资源限制,我们进一步提出DAGC-A算法,该算法计算开销更低,并增强了非独立同分布场景下绝对值梯度压缩器的鲁棒性。实验证明,在处理高度不平衡的数据量分布与受限通信条件时,DAGC-A和DAGC-R均能实现更优性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

分布式机器学习研究将具有大规模数据量和计算量的任务分布式地部署到多台机器上,其核心思想在于“分而治之”,有效提高了大规模数据计算的速度并节省了开销。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
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
3+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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月1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
4+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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
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
3+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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员