There is a growing interest in the decentralized optimization framework that goes under the name of Federated Learning (FL). In particular, much attention is being turned to FL scenarios where the network is strongly heterogeneous in terms of communication resources (e.g., bandwidth) and data distribution. In these cases, communication between local machines (agents) and the central server (Master) is a main consideration. In this work, we present an original communication-constrained Newton-type (NT) algorithm designed to accelerate FL in such heterogeneous scenarios. The algorithm is by design robust to non i.i.d. data distributions, handles heterogeneity of agents' communication resources (CRs), only requires sporadic Hessian computations, and achieves super-linear convergence. This is possible thanks to an incremental strategy, based on a singular value decomposition (SVD) of the local Hessian matrices, which exploits (possibly) outdated second-order information. The proposed solution is thoroughly validated on real datasets by assessing (i) the number of communication rounds required for convergence, (ii) the overall amount of data transmitted and (iii) the number of local Hessian computations required. For all these metrics, the proposed approach shows superior performance against state-of-the art techniques like GIANT and FedNL.


翻译:以联邦学习联合会(FL)的名义对分散化优化框架越来越感兴趣。特别是,人们正在把许多注意力转向网络在通信资源(例如带宽)和数据分布方面差异很大的FL假设情景,在这些情况下,当地机器(代理人)和中央服务器(Master)之间的通信是一个主要考虑因素。在这项工作中,我们提出了一个最初的通信限制型牛顿(NT)算法,目的是在这种复杂情景中加速FL。这种算法是设计对非i.d.d.数据分配、处理代理人通信资源(CRs)的异质性(CRs)的强大设计,只需要零星的Hessian计算,并实现超级线性趋同。这有可能归功于基于当地Hesian矩阵的单值分解(SVD)的递增战略,它利用(可能)过时的二阶级信息。提议的解决方案是通过评估(i) 聚合(i) 所需的通信轮数、(ii) 只需要Hissian计算和像IMI一样的通用计算方法的总体数量。

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