Federated learning (FL) has emerged as a prominent distributed learning paradigm. FL entails some pressing needs for developing novel parameter estimation approaches with theoretical guarantees of convergence, which are also communication efficient, differentially private and Byzantine resilient in the heterogeneous data distribution settings. Quantization-based SGD solvers have been widely adopted in FL and the recently proposed SIGNSGD with majority vote shows a promising direction. However, no existing methods enjoy all the aforementioned properties. In this paper, we propose an intuitively-simple yet theoretically-sound method based on SIGNSGD to bridge the gap. We present Stochastic-Sign SGD which utilizes novel stochastic-sign based gradient compressors enabling the aforementioned properties in a unified framework. We also present an error-feedback variant of the proposed Stochastic-Sign SGD which further improves the learning performance in FL. We test the proposed method with extensive experiments using deep neural networks on the MNIST dataset and the CIFAR-10 dataset. The experimental results corroborate the effectiveness of the proposed method.


翻译:联邦学习(FL)已成为一个重要的分布式学习模式。FL要求一些迫切的需要,以发展具有理论保证汇合的新参数估计方法,这些方法也是在不同的数据分配环境中的高效通信、有差别的私人和有弹性的拜占庭(Byzantine ) 。基于量化的 SGD 解答器在FL 中被广泛采用,最近以多数票提议的SIGD 显示一个有希望的方向。然而,任何现有方法都不享有上述所有特性。在本文件中,我们提议采用基于SIGNSD的直观、但理论上健全的方法来弥合差距。我们介绍了Stochastic-Sign SGD,它利用基于梯度的新型随机信号压缩器在一个统一的框架内使上述特性得以实现。我们还提出了一个拟议的Stochacist-Sign SGD 的错误反馈变量,以进一步提高FL的学习性能。我们用关于MNIST数据集和CIFAR-10数据集的深神经网络进行广泛的实验来测试拟议方法。实验结果证实了拟议方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
31+阅读 · 2021年7月15日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
最新BERT相关论文清单,BERT-related Papers
专知会员服务
52+阅读 · 2019年9月29日
Federated Learning: 架构
AINLP
4+阅读 · 2020年9月20日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10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
Arxiv
0+阅读 · 2021年11月19日
Arxiv
0+阅读 · 2021年11月19日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30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
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2021年11月19日
Arxiv
0+阅读 · 2021年11月19日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
One-Shot Federated Learning
Arxiv
9+阅读 · 2019年3月5日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员