In this paper, a new communication-efficient federated learning (FL) framework is proposed, inspired by vector quantized compressed sensing. The basic strategy of the proposed framework is to compress the local model update at each device by applying dimensionality reduction followed by vector quantization. Subsequently, the global model update is reconstructed at a parameter server (PS) by applying a sparse signal recovery algorithm to the aggregation of the compressed local model updates. By harnessing the benefits of both dimensionality reduction and vector quantization, the proposed framework effectively reduces the communication overhead of local update transmissions. Both the design of the vector quantizer and the key parameters for the compression are optimized so as to minimize the reconstruction error of the global model update under the constraint of wireless link capacity. By considering the reconstruction error, the convergence rate of the proposed framework is also analyzed for a smooth loss function. Simulation results on the MNIST and CIFAR-10 datasets demonstrate that the proposed framework provides more than a 2.5% increase in classification accuracy compared to state-of-art FL frameworks when the communication overhead of the local model update transmission is less than 0.1 bit per local model entry.


翻译:在本文中,在矢量量化压缩遥感的启发下,提出了一个新的通信效率联邦学习框架。拟议框架的基本战略是,通过应用维度减低,然后是矢量量化,压缩每个设备的地方模型更新;随后,在参数服务器上重建全球模型更新,对压缩本地模型更新的汇总应用稀疏的信号恢复算法。通过利用维度减缩和矢量量化的好处,拟议框架有效地减少了本地更新传输的通信间接费用。矢量量化器的设计以及压缩的关键参数均得到优化,以尽量减少无线连接能力限制下全球模型更新的重建错误。考虑到重建错误,还分析了拟议框架的趋同率,以利平稳损失功能。MNIST和CIFAR-10数据集的模拟结果显示,拟议框架提供了超过2.5%的分类准确度,而与最先进的FL框架相比,当本地模型更新传输的通信间接费用低于0.1比每个本地模型条目0.1位时,则提供了高于2.5%的分类准确度。

0
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
159+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
174+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
TensorFlow 2.0 学习资源汇总
专知会员服务
66+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
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月7日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月7日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月6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
159+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
174+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
TensorFlow 2.0 学习资源汇总
专知会员服务
66+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
39+阅读 · 2019年10月9日
相关基金
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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员