Federated Learning (FL) is a decentralized machine learning architecture, which leverages a large number of remote devices to learn a joint model with distributed training data. However, the system-heterogeneity is one major challenge in a FL network to achieve robust distributed learning performance, which is of two aspects: i) device-heterogeneity due to the diverse computational capacity among devices; ii) data-heterogeneity due to the non-identically distributed data across the network. Though there have been benchmarks against the heterogeneous FL, e.g., FedProx, the prior studies lack formalization and it remains an open problem. In this work, we formalize the system-heterogeneous FL problem and propose a new algorithm, called FedLGA, which addresses this problem by bridging the divergence of local model updates via gradient approximation. To achieve this, FedLGA provides an alternated Hessian estimation method, which only requires extra linear complexity on the aggregator. Theoretically, we show that with a device-heterogeneous ratio $\rho$, FedLGA achieves convergence rates on non-i.i.d distributed FL training data against non-convex optimization problems for $\mathcal{O} \left( \frac{(1+\rho)}{\sqrt{ENT}} + \frac{1}{T} \right)$ and $\mathcal{O} \left( \frac{(1+\rho)\sqrt{E}}{\sqrt{TK}} + \frac{1}{T} \right)$ for full and partial device participation respectively, where $E$ is the number of local learning epoch, $T$ is the number of total communication round, $N$ is the total device number and $K$ is the number of selected device in one communication round under partially participation scheme. The results of comprehensive experiments on multiple datasets show that FedLGA outperforms current FL benchmarks against the system-heterogeneity.


翻译:联邦学习(FL) 是一个分散式的机器学习架构, 它利用大量远程设备来学习使用分布式培训数据的联合模型。 然而, 系统异质性是FL网络中实现稳健分布式学习表现的一大挑战, 它有两个方面 : (一) 设备异质性(由于设备之间不同的计算能力); (二) 数据异质性(由于整个网络的不明显分布数据) 。 尽管有针对多种异性FL的基准, 例如, Fed Prox, 先前的研究缺乏正式化, 并且仍然是一个开放式问题。 在这项工作中, 我们正式确定系统异质性FLGA问题, 提出一个新的算法, 通过渐变近化来弥合本地模式更新的差异; (二) FedLGA提供替代的海瑟估算方法, 只需在数字上增加线性复杂性。 (xxxxxxxxx) 元(lxxxxxxxxxxxxxxx) 信息中显示设备异性比率(xxxxxxxxx) 数据。

0
下载
关闭预览

相关内容

【XAUTOML】可解释自动机器学习,27页ppt
专知会员服务
62+阅读 · 2021年4月23日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
86+阅读 · 2020年12月2日
元学习与图神经网络逻辑推导,55页ppt
专知会员服务
128+阅读 · 2020年4月25日
MIT-深度学习Deep Learning State of the Art in 2020,87页ppt
专知会员服务
61+阅读 · 2020年2月17日
Federated Learning: 架构
AINLP
4+阅读 · 2020年9月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
计算机视觉近一年进展综述
机器学习研究会
9+阅读 · 2017年11月25日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
Advances and Open Problems in Federated Learning
Arxiv
18+阅读 · 2019年12月10日
One-Shot Federated Learning
Arxiv
9+阅读 · 2019年3月5日
VIP会员
相关资讯
Federated Learning: 架构
AINLP
4+阅读 · 2020年9月20日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
计算机视觉近一年进展综述
机器学习研究会
9+阅读 · 2017年11月25日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员