We propose ZeroSARAH -- a novel variant of the variance-reduced method SARAH (Nguyen et al., 2017) -- for minimizing the average of a large number of nonconvex functions $\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}f_i(x)$. To the best of our knowledge, in this nonconvex finite-sum regime, all existing variance-reduced methods, including SARAH, SVRG, SAGA and their variants, need to compute the full gradient over all $n$ data samples at the initial point $x^0$, and then periodically compute the full gradient once every few iterations (for SVRG, SARAH and their variants). Note that SVRG, SAGA and their variants typically achieve weaker convergence results than variants of SARAH: $n^{2/3}/\epsilon^2$ vs. $n^{1/2}/\epsilon^2$. Thus we focus on the variant of SARAH. The proposed ZeroSARAH and its distributed variant D-ZeroSARAH are the \emph{first} variance-reduced algorithms which \emph{do not require any full gradient computations}, not even for the initial point. Moreover, for both standard and distributed settings, we show that ZeroSARAH and D-ZeroSARAH obtain new state-of-the-art convergence results, which can improve the previous best-known result (given by e.g., SPIDER, SARAH, and PAGE) in certain regimes. Avoiding any full gradient computations (which are time-consuming steps) is important in many applications as the number of data samples $n$ usually is very large. Especially in the distributed setting, periodic computation of full gradient over all data samples needs to periodically synchronize all clients/devices/machines, which may be impossible or unaffordable. Thus, we expect that ZeroSARAH/D-ZeroSARAH will have a practical impact in distributed and federated learning where full device participation is impractical.


翻译:我们建议ZeroSARAH -- -- 零SARAH -- -- 差异降价方法的一种新变体 -- -- 在初始点计算所有美元数据样本的完全梯度(Nguyen等人,2017年) -- -- 以最大限度地降低大量非convex函数的平均值$frac{1 ⁇ n ⁇ sum ⁇ i=1 ⁇ n}f_i(x)美元。据我们所知,在非conxlex-SARAH制度下,所有现有的差异降价方法,包括SARAH、SVRG、SAGA及其变方通常会比SARAH的变体($%2/3}/\cepsilon$2 vs. $n_1/2}/cepsilon=2$。因此,我们关注SARAH的变价(美元=0美元),然后定期计算完全的零SARAHA及其变价计算结果,在初始点上, ASAHAHARC 正常的变价值 。

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