Due to the communication bottleneck in distributed and federated learning applications, algorithms using communication compression have attracted significant attention and are widely used in practice. Moreover, the huge number, high heterogeneity and limited availability of clients result in high client-variance. This paper addresses these two issues together by proposing compressed and client-variance reduced methods COFIG and FRECON. We prove an $O(\frac{(1+\omega)^{3/2}\sqrt{N}}{S\epsilon^2}+\frac{(1+\omega)N^{2/3}}{S\epsilon^2})$ bound on the number of communication rounds of COFIG in the nonconvex setting, where $N$ is the total number of clients, $S$ is the number of clients participating in each round, $\epsilon$ is the convergence error, and $\omega$ is the variance parameter associated with the compression operator. In case of FRECON, we prove an $O(\frac{(1+\omega)\sqrt{N}}{S\epsilon^2})$ bound on the number of communication rounds. In the convex setting, COFIG converges within $O(\frac{(1+\omega)\sqrt{N}}{S\epsilon})$ communication rounds, which is also the first convergence result for compression schemes that do not communicate with all the clients in each round. We stress that neither COFIG nor FRECON needs to communicate with all the clients, and they enjoy the first or faster convergence results for convex and nonconvex federated learning in the regimes considered. Experimental results point to an empirical superiority of COFIG and FRECON over existing baselines.


翻译:由于分布式和联结式学习应用程序中的通信瓶颈,使用通信压缩的算法引起了人们的极大关注,并在实践中得到广泛使用。此外,客户数量庞大、高度异质性和有限可用性导致客户差异很大。本文件通过提出压缩和客户差异减少方法COFIG和FRECON来解决这两个问题。我们证明这是一个美元(frac{(1 ⁇ omega)3/2 ⁇ sqrts{N ⁇ S\epsilon2}frac{(1 ⁇ omega)N2/3 ⁇ Sepsilon2}(美元)结合在非convex设置中COFIG的通信轮数,美元是每轮参与客户数目的压缩和客户差异减少方法COFIG(美元)是合并错误,美元是压缩操作者的差异参数。对于FRECON来说,我们首先需要的是美元(rafrc{(1 ⁇ omega)N_Seplon2}(美元)在FFIFILO2x交易中,而不是FIFILN(美元)的周期内, 和(美元)所有通信结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

联邦学习(Federated Learning)是一种新兴的人工智能基础技术,在 2016 年由谷歌最先提出,原本用于解决安卓手机终端用户在本地更新模型的问题,其设计目标是在保障大数据交换时的信息安全、保护终端数据和个人数据隐私、保证合法合规的前提下,在多参与方或多计算结点之间开展高效率的机器学习。其中,联邦学习可使用的机器学习算法不局限于神经网络,还包括随机森林等重要算法。联邦学习有望成为下一代人工智能协同算法和协作网络的基础。
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
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22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
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 · 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 · 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
2+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月19日
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月17日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22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
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 · 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 · 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
2+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员