Gradient compression is a popular technique for improving communication complexity of stochastic first-order methods in distributed training of machine learning models. However, the existing works consider only with-replacement sampling of stochastic gradients. In contrast, it is well-known in practice and recently confirmed in theory that stochastic methods based on without-replacement sampling, e.g., Random Reshuffling (RR) method, perform better than ones that sample the gradients with-replacement. In this work, we close this gap in the literature and provide the first analysis of methods with gradient compression and without-replacement sampling. We first develop a na\"ive combination of random reshuffling with gradient compression (Q-RR). Perhaps surprisingly, but the theoretical analysis of Q-RR does not show any benefits of using RR. Our extensive numerical experiments confirm this phenomenon. This happens due to the additional compression variance. To reveal the true advantages of RR in the distributed learning with compression, we propose a new method called DIANA-RR that reduces the compression variance and has provably better convergence rates than existing counterparts with with-replacement sampling of stochastic gradients. Next, to have a better fit to Federated Learning applications, we incorporate local computation, i.e., we propose and analyze the variants of Q-RR and DIANA-RR -- Q-NASTYA and DIANA-NASTYA that use local gradient steps and different local and global stepsizes. Finally, we conducted several numerical experiments to illustrate our theoretical results.


翻译:重力压缩是提高机器学习模型分布式培训中随机第一阶方法通信复杂性的流行技术,但现有工作只考虑替换随机梯度抽样。相反,在实践中广为人知,最近在理论中也证实,基于不替换抽样的随机重压方法,例如随机重压方法,比抽取梯度并替换的梯度的方法效果更好。在这项工作中,我们缩小了文献中的这一差距,首次分析了梯度压缩和不替换抽样的方法。我们首先开发了随机重整梯度梯度(Q-RR)的自动组合。也许令人惊讶的是,对QRR的理论分析没有显示使用不替换取样的任何好处。我们的广泛数字实验证实了这一现象。这与额外的压缩差异有关。为了揭示DRIA在通过压缩进行分布学习中的真正优势,我们提出了一种名为DIAN-RRA的新方法,可以减少缩压差和不替换抽样。我们首先开发了随机重力A(Q-RRRA)的自动重整率组合率,并且将我们从现在的渐变的渐变的渐变的阶级和变数。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
115+阅读 · 2022年4月21日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
122+阅读 · 2020年11月20日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5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
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
国家自然科学基金
0+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Gradient boosting for extreme quantile regression
Arxiv
0+阅读 · 2022年12月21日
Arxiv
0+阅读 · 2022年12月21日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
Arxiv
18+阅读 · 2019年1月16日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5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
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
相关基金
国家自然科学基金
0+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员