Recently, model-agnostic meta-learning (MAML) has garnered tremendous attention. However, stochastic optimization of MAML is still immature. Existing algorithms for MAML are based on the ``episode" idea by sampling a number of tasks and a number of data points for each sampled task at each iteration for updating the meta-model. However, they either do not necessarily guarantee convergence with a constant mini-batch size or require processing a larger number of tasks at every iteration, which is not viable for continual learning or cross-device federated learning where only a small number of tasks are available per-iteration or per-round. This paper addresses these issues by (i) proposing efficient memory-based stochastic algorithms for MAML with a diminishing convergence error, which only requires sampling a constant number of tasks and a constant number of examples per-task per-iteration; (ii) proposing communication-efficient distributed memory-based MAML algorithms for personalized federated learning in both the cross-device (w/ client sampling) and the cross-silo (w/o client sampling) settings. The key novelty of the proposed algorithms is to maintain an individual personalized model (aka memory) for each task besides the meta-model and only update them for the sampled tasks by a momentum method that incorporates historical updates at each iteration. The theoretical results significantly improve the optimization theory for MAML and the empirical results also corroborate the theory.


翻译:最近,模型-不可知元学习(MAML)引起了极大的注意,然而,MAML的随机优化仍然不成熟。MAML的现有算法基于“episode”的“episode”理念,在更新元模型的每次迭代中抽样任务和每个抽样任务的若干数据点进行抽样抽样,但是,这些算法不一定保证与固定的微型批量尺寸趋同,或要求在每一次迭代中处理更多的任务,而每次迭代都无法持续学习或交叉调整,因为只要有少量的每项任务,MAMML的现有算法就以“episode”概念为基础,方法是:(一) 为MAMLM提出高效的基于记忆的随机算法,同时减少趋同错误,这就要求对固定的任务数进行抽样,并按每个固定的每次迭代数逐次处理; (二) 提出通信效率分布的基于记忆的MAMLLL算法,用于在跨迭代(w/客户抽样抽样)和跨级联校学习,只要有少量任务,就可提供少量的学习。

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