Local SGD is a communication-efficient variant of SGD for large-scale training, where multiple GPUs perform SGD independently and average the model parameters periodically. It has been recently observed that Local SGD can not only achieve the design goal of reducing the communication overhead but also lead to higher test accuracy than the corresponding SGD baseline (Lin et al., 2020b), though the training regimes for this to happen are still in debate (Ortiz et al., 2021). This paper aims to understand why (and when) Local SGD generalizes better based on Stochastic Differential Equation (SDE) approximation. The main contributions of this paper include (i) the derivation of an SDE that captures the long-term behavior of Local SGD in the small learning rate regime, showing how noise drives the iterate to drift and diffuse after it has reached close to the manifold of local minima, (ii) a comparison between the SDEs of Local SGD and SGD, showing that Local SGD induces a stronger drift term that can result in a stronger effect of regularization, e.g., a faster reduction of sharpness, and (iii) empirical evidence validating that having a small learning rate and long enough training time enables the generalization improvement over SGD but removing either of the two conditions leads to no improvement.


翻译:局部随机梯度下降(Local SGD)是针对大规模训练的一种通信高效型随机梯度下降(SGD)变体,其中多个GPU独立执行SGD并定期平均模型参数。近期研究发现,Local SGD不仅能实现降低通信开销的设计目标,还能比对应的SGD基线获得更高的测试准确率(Lin等,2020b),尽管实现这一效果的训练机制仍存在争议(Ortiz等,2021)。本文旨在基于随机微分方程(SDE)近似,理解Local SGD为何(以及何时)能实现更好的泛化性能。主要贡献包括:(i) 推导出描述小学习率机制下Local SGD长期行为的SDE,揭示噪声如何在迭代接近局部极小值流形后驱动其漂移与扩散;(ii) 比较Local SGD与SGD的SDE,证明Local SGD引入更强的漂移项,可产生更显著的正则化效应,例如更快的尖锐度衰减;(iii) 通过实证验证表明,小学习率与足够长的训练时间能使泛化性能优于SGD,而移除任一条件则无法实现改进。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
124+阅读 · 2020年9月8日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年11月3日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
A Modern Introduction to Online Learning
Arxiv
21+阅读 · 2019年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2018年3月28日
VIP会员
最新内容
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:03
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:31
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
10+阅读 · 6月17日
相关资讯
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员