Bilevel optimization plays an essential role in many machine learning tasks, ranging from hyperparameter optimization to meta-learning. Existing studies on bilevel optimization, however, focus on either centralized or synchronous distributed setting. The centralized bilevel optimization approaches require collecting massive amount of data to a single server, which inevitably incur significant communication expenses and may give rise to data privacy risks. Synchronous distributed bilevel optimization algorithms, on the other hand, often face the straggler problem and will immediately stop working if a few workers fail to respond. As a remedy, we propose Asynchronous Distributed Bilevel Optimization (ADBO) algorithm. The proposed ADBO can tackle bilevel optimization problems with both nonconvex upper-level and lower-level objective functions, and its convergence is theoretically guaranteed. Furthermore, it is revealed through theoretic analysis that the iteration complexity of ADBO to obtain the $\epsilon$-stationary point is upper bounded by $\mathcal{O}(\frac{1}{{{\epsilon ^2}}})$. Thorough empirical studies on public datasets have been conducted to elucidate the effectiveness and efficiency of the proposed ADBO.


翻译:双级优化在许多机器学习任务中起着关键作用,从超光度优化到元学习。但是,关于双级优化的现有研究侧重于集中或同步分布环境。中央双级优化方法要求将大量数据收集到单一服务器,这不可避免地需要大量通信费用,并可能引起数据隐私风险。同时分布的双级优化算法往往面临分解问题,如果少数工人不回应,则会立即停止工作。作为一种补救措施,我们提议“Asycrondivedispred Bial Opptimical(亚行)算法。拟议的亚行可以解决双级优化问题,同时处理非电解上层和下层目标功能,并在理论上保证其趋同性。此外,通过理论分析显示,亚行办公室获得美元和美元固定点的迭代复杂性由$\mathcal{O} (\\{{{{{\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\</s>

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