This paper studies distributed algorithms for (strongly convex) composite optimization problems over mesh networks, subject to quantized communications. Instead of focusing on a specific algorithmic design, a black-box model is proposed, casting linearly-convergent distributed algorithms in the form of fixed-point iterates. While most existing quantization rules, such as the popular compression rule, rely on some form of communication of scalar signals (in practice quantized at the machine precision), this paper considers regimes operating under limited communication budgets, where communication at machine precision is not viable. To address this challenge, the algorithmic model is coupled with a novel random or deterministic Biased Compression (BC-)rule on the quantizer design as well as with a new Adaptive range Non-uniform Quantizer (ANQ) and communication-efficient encoding scheme, which implement the BC-rule using a finite number of bits (below machine precision). A unified communication complexity analysis is developed for the black-box model, determining the average number of bits required to reach a solution of the optimization problem within a target accuracy. In particular, it is shown that the proposed BC-rule preserves linear convergence of the unquantized algorithms, and a trade-off between convergence rate and communication cost under quantization is characterized. Numerical results validate our theoretical findings and show that distributed algorithms equipped with the proposed ANQ have more favorable communication complexity than algorithms using state-of-the-art quantization rules.


翻译:本文的论文研究以量化通信为条件,对网状网络(强 convex)复合优化问题进行分布式算法,但需对通信进行定量分析。 提议了一个黑箱模型,而不是侧重于特定的算法设计,而是提出一个黑箱模型,以固定点迭代法的形式,提出线性一致分布式算法。 虽然大多数现有的量化规则,如大众压缩规则,依靠某种形式的卡路里信号通信形式(在机器精确度上实际量化),但本文考虑了在有限的通信预算下运作的系统,在机器精确度不可行的通信模式下进行运作。为了应对这一挑战,算法模型与新的随机或确定性双向压缩(BC-)规则相结合,同时提出一个新的随机或确定性随机或确定性双向压缩(BC-Compress)规则,以及一个新的调整范围非统一性非统一化的定量化算法(ANQ)和通信效率的编码计划,使用一定数量(低机器精确度),为黑箱模型进行统一的通信复杂性分析,确定达到优化问题解决方案的平均数,在目标范围内,使用更精确的准确性平整数的计算结果。 具体地显示,在正常交易规则下的拟议成本递化的计算结果中,它显示不精确的计算结果。

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