This paper considers the problem of asynchronous distributed multi-agent optimization on server-based system architecture. In this problem, each agent has a local cost, and the goal for the agents is to collectively find a minimum of their aggregate cost. A standard algorithm to solve this problem is the iterative distributed gradient-descent (DGD) method being implemented collaboratively by the server and the agents. In the synchronous setting, the algorithm proceeds from one iteration to the next only after all the agents complete their expected communication with the server. However, such synchrony can be expensive and even infeasible in real-world applications. We show that waiting for all the agents is unnecessary in many applications of distributed optimization, including distributed machine learning, due to redundancy in the cost functions (or {\em data}). Specifically, we consider a generic notion of redundancy named $(r,\epsilon)$-redundancy implying solvability of the original multi-agent optimization problem with $\epsilon$ accuracy, despite the removal of up to $r$ (out of total $n$) agents from the system. We present an asynchronous DGD algorithm where in each iteration the server only waits for (any) $n-r$ agents, instead of all the $n$ agents. Assuming $(r,\epsilon)$-redundancy, we show that our asynchronous algorithm converges to an approximate solution with error that is linear in $\epsilon$ and $r$. Moreover, we also present a generalization of our algorithm to tolerate some Byzantine faulty agents in the system. Finally, we demonstrate the improved communication efficiency of our algorithm through experiments on MNIST and Fashion-MNIST using the benchmark neural network LeNet.


翻译:本文考虑了服务器系统架构上分布不均匀的多试剂优化问题。 在此问题上, 每个代理商都有本地成本, 代理商的目标是集体找到其总成本的最小值。 解决这一问题的标准算法是服务器和代理商合作实施的迭接分布梯度- 白( DGD) 方法。 在同步环境下, 算法在所有代理商完成与服务器的预期通信后才会从一个循环到下一个循环。 但是, 在现实应用中, 每一个代理商都有成本, 甚至不可行。 我们显示, 在所有分配优化应用中, 包括分散的机器学习, 由于成本功能的冗余( 或 Exem 数据 ) 。 具体地说, 我们考虑一个名为 $( r,\ eepslon) 的冗余概念, 意味着原始多试优化问题以美元( 美元) 的准确度从一个复制。 然而, 这种精度的精确度可能是成本( $ $ 美元) 的递增( 美元 ), 我们的代理商在系统上展示了我们总基数( 美元 美元 ) 的递增 的服务器 效率 。

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