In federated learning, it is common to assume that clients are always available to participate in training, which may not be feasible with user devices in practice. Recent works analyze federated learning under more realistic participation patterns, such as cyclic client availability or arbitrary participation. However, all such works either require strong assumptions (e.g., all clients participate almost surely within a bounded window), do not achieve linear speedup and reduced communication rounds, or are not applicable in the general non-convex setting. In this work, we focus on nonconvex optimization and consider participation patterns in which the chance of participation over a fixed window of rounds is equal among all clients, which includes cyclic client availability as a special case. Under this setting, we propose a new algorithm, named Amplified SCAFFOLD, and prove that it achieves linear speedup, reduced communication, and resilience to data heterogeneity simultaneously. In particular, for cyclic participation, our algorithm is proved to enjoy $\mathcal{O}(\epsilon^{-2})$ communication rounds to find an $\epsilon$-stationary point in the non-convex stochastic setting. In contrast, the prior work under the same setting requires $\mathcal{O}(\kappa^2 \epsilon^{-4})$ communication rounds, where $\kappa$ denotes the data heterogeneity. Therefore, our algorithm significantly reduces communication rounds due to better dependency in terms of $\epsilon$ and $\kappa$. Our analysis relies on a fine-grained treatment of the nested dependence between client participation and errors in the control variates, which results in tighter guarantees than previous work. We also provide experimental results with (1) synthetic data and (2) real-world data with a large number of clients $(N = 250)$, demonstrating the effectiveness of our algorithm under periodic client participation.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员