Algorithm unrolling has emerged as a learning-based optimization paradigm that unfolds truncated iterative algorithms in trainable neural-network optimizers. We introduce Stochastic UnRolled Federated learning (SURF), a method that expands algorithm unrolling to a federated learning scenario. Our proposed method tackles two challenges of this expansion, namely the need to feed whole datasets to the unrolled optimizers to find a descent direction and the decentralized nature of federated learning. We circumvent the former challenge by feeding stochastic mini-batches to each unrolled layer and imposing descent constraints to mitigate the randomness induced by using mini-batches. We address the latter challenge by unfolding the distributed gradient descent (DGD) algorithm in a graph neural network (GNN)-based unrolled architecture, which preserves the decentralized nature of training in federated learning. We theoretically prove that our proposed unrolled optimizer converges to a near-optimal region infinitely often. Through extensive numerical experiments, we also demonstrate the effectiveness of the proposed framework in collaborative training of image classifiers.


翻译:算法展开作为一种基于学习的优化范式,将截断的迭代算法转化为可训练的神经网络优化器。我们提出随机展开式联邦学习(SURF)方法,将算法展开扩展至联邦学习场景。该方法解决了此类扩展面临的两大挑战:一是需要将完整数据集输入展开优化器以寻找下降方向,二是联邦学习的去中心化特性。针对前者,我们通过向每个展开层输入随机小批量数据并施加下降约束来抑制其随机性;针对后者,我们设计基于图神经网络(GNN)的展开架构来解构分布式梯度下降(DGD)算法,从而保持联邦学习训练的去中心化本质。理论上证明了所提出的展开优化器能以无限频繁的次数收敛至近最优区域。通过大量数值实验,验证了该框架在协同训练图像分类器中的有效性。

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
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年10月31日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
【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
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
【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
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2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 · 2014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
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
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月7日
Arxiv
20+阅读 · 2022年10月10日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
最新内容
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
5+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
6+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
《无人水面艇文献综述与结构设计》135页
专知会员服务
14+阅读 · 6月13日
相关VIP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
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年10月31日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
【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
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
【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
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2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 · 2014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
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
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员