Federated Learning (FL) has recently received a lot of attention for large-scale privacy-preserving machine learning. However, high communication overheads due to frequent gradient transmissions decelerate FL. To mitigate the communication overheads, two main techniques have been studied: (i) local update of weights characterizing the trade-off between communication and computation and (ii) gradient compression characterizing the trade-off between communication and precision. To the best of our knowledge, studying and balancing those two trade-offs jointly and dynamically while considering their impacts on convergence has remained unresolved even though it promises significantly faster FL. In this paper, we first formulate our problem to minimize learning error with respect to two variables: local update coefficients and sparsity budgets of gradient compression who characterize trade-offs between communication and computation/precision, respectively. We then derive an upper bound of the learning error in a given wall-clock time considering the interdependency between the two variables. Based on this theoretical analysis, we propose an enhanced FL scheme, namely Fast FL (FFL), that jointly and dynamically adjusts the two variables to minimize the learning error. We demonstrate that FFL consistently achieves higher accuracies faster than similar schemes existing in the literature.


翻译:最近,联邦学习联合会(FL)在大规模保护隐私的机器学习方面得到了很多关注,然而,由于频繁的梯度传输而导致的高通信管理费用由于频繁的梯度传播而减速FL。为了减轻通信管理费用,已经研究了两个主要技术:(一) 当地更新通信与计算之间权衡权数的权重,以及(二) 计算通信与精确之间的权衡权重的梯度压缩。为了最佳的知识,在考虑这两个取舍对趋同的影响的同时,共同和动态地研究并平衡这两个取舍,尽管它承诺大大加快FL。 在本文件中,我们首先提出问题,尽量减少两个变量的学习错误:当地更新系数和梯度压缩预算,分别说明通信与计算/精度之间的利差。然后,考虑到两个变量之间的相互依存关系,我们从学习错误的上限上拉开。根据这一理论分析,我们提出一个强化的FL计划,即快速FL(FFL),即联合和动态地调整两个变量,以比现有文献的更快的速度来尽量减少学习错误。

1
下载
关闭预览

相关内容

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
专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
迁移学习简明教程,11页ppt
专知会员服务
107+阅读 · 2020年8月4日
【伯克利-Ke Li】学习优化,74页ppt,Learning to Optimize
专知会员服务
40+阅读 · 2020年7月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
2019年机器学习框架回顾
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月11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
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
人工智能 | UAI 2019等国际会议信息4条
Call4Papers
6+阅读 · 2019年1月14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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Fast R-CNN
数据挖掘入门与实战
3+阅读 · 2018年4月20日
人工智能 | 国际会议截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年3月13日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Arxiv
0+阅读 · 2021年7月13日
Arxiv
7+阅读 · 2021年4月30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VIP内容
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
专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
迁移学习简明教程,11页ppt
专知会员服务
107+阅读 · 2020年8月4日
【伯克利-Ke Li】学习优化,74页ppt,Learning to Optimize
专知会员服务
40+阅读 · 2020年7月23日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
2019年机器学习框架回顾
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月11日
相关资讯
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
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
人工智能 | UAI 2019等国际会议信息4条
Call4Papers
6+阅读 · 2019年1月14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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Fast R-CNN
数据挖掘入门与实战
3+阅读 · 2018年4月20日
人工智能 | 国际会议截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年3月13日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员