This paper presents the design and implementation of FLIPS, a middleware system to manage data and participant heterogeneity in federated learning (FL) training workloads. In particular, we examine the benefits of label distribution clustering on participant selection in federated learning. FLIPS clusters parties involved in an FL training job based on the label distribution of their data apriori, and during FL training, ensures that each cluster is equitably represented in the participants selected. FLIPS can support the most common FL algorithms, including FedAvg, FedProx, FedDyn, FedOpt and FedYogi. To manage platform heterogeneity and dynamic resource availability, FLIPS incorporates a straggler management mechanism to handle changing capacities in distributed, smart community applications. Privacy of label distributions, clustering and participant selection is ensured through a trusted execution environment (TEE). Our comprehensive empirical evaluation compares FLIPS with random participant selection, as well as three other "smart" selection mechanisms - Oort, TiFL and gradient clustering using two real-world datasets, two benchmark datasets, two different non-IID distributions and three common FL algorithms (FedYogi, FedProx and FedAvg). We demonstrate that FLIPS significantly improves convergence, achieving higher accuracy by 17 - 20 % with 20 - 60 % lower communication costs, and these benefits endure in the presence of straggler participants.


翻译:本文介绍了FLIPS的设计与实现,这是一个用于管理联邦学习训练工作负载中数据与参与者异构性的中间件系统。我们重点研究了标签分布聚类对联邦学习参与者选择的益处。FLIPS根据各方数据先验的标签分布对参与联邦学习训练任务的各方进行聚类,并在训练过程中确保每个聚类在所选参与者中具有公平的代表性。FLIPS支持最常用的联邦学习算法,包括FedAvg、FedProx、FedDyn、FedOpt和FedYogi。为管理平台异构性和动态资源可用性,FLIPS集成了掉队者管理机制,以应对分布式智能社区应用中变化的能力。通过可信执行环境保障标签分布、聚类和参与者选择的隐私性。我们全面的实证评估将FLIPS与随机参与者选择及其他三种"智能"选择机制(Oort、TiFL和梯度聚类)进行对比,使用了两个真实世界数据集、两个基准数据集、两种不同的非独立同分布场景及三种常见联邦学习算法(FedYogi、FedProx和FedAvg)。实验证明,FLIPS显著提升收敛性能,在降低20%-60%通信成本的同时实现17%-20%的精度提升,且这些优势在存在掉队者参与者时依然保持。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
0+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
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
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
Instruction Tuning for Large Language Models: A Survey
Arxiv
15+阅读 · 2023年8月21日
Arxiv
30+阅读 · 2019年3月13日
Arxiv
18+阅读 · 2019年1月16日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
7+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
13+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
12+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
13+阅读 · 8月8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
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
0+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
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
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