Both Byzantine resilience and communication efficiency have attracted tremendous attention recently for their significance in edge federated learning. However, most existing algorithms may fail when dealing with real-world irregular data that behaves in a heavy-tailed manner. To address this issue, we study the stochastic convex and non-convex optimization problem for federated learning at edge and show how to handle heavy-tailed data while retaining the Byzantine resilience, communication efficiency and the optimal statistical error rates simultaneously. Specifically, we first present a Byzantine-resilient distributed gradient descent algorithm that can handle the heavy-tailed data and meanwhile converge under the standard assumptions. To reduce the communication overhead, we further propose another algorithm that incorporates gradient compression techniques to save communication costs during the learning process. Theoretical analysis shows that our algorithms achieve order-optimal statistical error rate in presence of Byzantine devices. Finally, we conduct extensive experiments on both synthetic and real-world datasets to verify the efficacy of our algorithms.


翻译:最近,拜占庭韧性和通信效率因其在边缘联邦学习中的重要性而受到了广泛关注。然而,大多数现有算法在处理真实世界的行为呈重尾特征的非规则数据时可能会失败。为了解决这个问题,我们研究了边缘联邦学习中的随机凸和非凸优化问题,并展示了如何同时保持拜占庭弹性、通信效率和最优统计误差率来处理重尾数据。具体而言,我们首先提出了一种具有拜占庭韧性的分布式梯度下降算法,可以处理重尾数据并在标准假设下收敛。为了降低通信开销,我们进一步提出了另一个算法,将梯度压缩技术并入其中,在学习过程中节省通信成本。理论分析表明,我们的算法在存在拜占庭设备的情况下实现了渐进最优的统计误差率。最后,我们在合成和真实世界数据集上进行广泛实验,验证了我们算法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

博士论文《联邦学习仿真器》221页,米兰理工大学
专知会员服务
29+阅读 · 2023年3月14日
专知会员服务
12+阅读 · 2021年10月12日
专知会员服务
31+阅读 · 2021年7月15日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
86+阅读 · 2020年12月2日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
联邦学习或将助力IoT走出“数据孤岛”?
中国计算机学会
20+阅读 · 2019年3月16日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7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
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月8日
VIP会员
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员