The increasing size of deep learning models has created the need for more efficient alternatives to the standard error backpropagation algorithm, that make better use of asynchronous, parallel and distributed computing. One major shortcoming of backpropagation is the interlocking between the forward phase of the algorithm, which computes a global loss, and the backward phase where the loss is backpropagated through all layers to compute the gradients, which are used to update the network parameters. To address this problem, we propose a method that parallelises SGD updates across the layers of a model by asynchronously updating them from multiple threads. Furthermore, since we observe that the forward pass is often much faster than the backward pass, we use separate threads for the forward and backward pass calculations, which allows us to use a higher ratio of forward to backward threads than the usual 1:1 ratio, reducing the overall staleness of the parameters. Thus, our approach performs asynchronous stochastic gradient descent using separate threads for the loss (forward) and gradient (backward) computations and performs layer-wise partial updates to parameters in a distributed way. We show that this approach yields close to state-of-the-art results while running up to 2.97x faster than Hogwild! scaled on multiple devices (Locally-Partitioned-Asynchronous-Parallel SGD). We theoretically prove the convergence of the algorithm using a novel theoretical framework based on stochastic differential equations and the drift diffusion process, by modeling the asynchronous parameter updates as a stochastic process.


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反向传播一词严格来说仅指用于计算梯度的算法,而不是指如何使用梯度。但是该术语通常被宽松地指整个学习算法,包括如何使用梯度,例如通过随机梯度下降。反向传播将增量计算概括为增量规则中的增量规则,该规则是反向传播的单层版本,然后通过自动微分进行广义化,其中反向传播是反向累积(或“反向模式”)的特例。 在机器学习中,反向传播(backprop)是一种广泛用于训练前馈神经网络以进行监督学习的算法。对于其他人工神经网络(ANN)都存在反向传播的一般化–一类算法,通常称为“反向传播”。反向传播算法的工作原理是,通过链规则计算损失函数相对于每个权重的梯度,一次计算一层,从最后一层开始向后迭代,以避免链规则中中间项的冗余计算。
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