Federated bilevel optimization has received increasing attention in various emerging machine learning and communication applications. Recently, several Hessian-vector-based algorithms have been proposed to solve the federated bilevel optimization problem. However, several important properties in federated learning such as the partial client participation and the linear speedup for convergence (i.e., the convergence rate and complexity are improved linearly with respect to the number of sampled clients) in the presence of non-i.i.d.~datasets, still remain open. In this paper, we fill these gaps by proposing a new federated bilevel algorithm named FedMBO with a novel client sampling scheme in the federated hypergradient estimation. We show that FedMBO achieves a convergence rate of $\mathcal{O}\big(\frac{1}{\sqrt{nK}}+\frac{1}{K}+\frac{\sqrt{n}}{K^{3/2}}\big)$ on non-i.i.d.~datasets, where $n$ is the number of participating clients in each round, and $K$ is the total number of iteration. This is the first theoretical linear speedup result for non-i.i.d.~federated bilevel optimization. Extensive experiments validate our theoretical results and demonstrate the effectiveness of our proposed method.


翻译:在各种新兴的机器学习和通信应用中,联邦双级优化得到越来越多的关注。最近,为了解决联合双级优化问题,提出了若干基于赫森矢量计算法;然而,在非i.i.d.\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\无\\\\\\\\\\\非i\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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