Federated Learning (FL) is a novel machine learning framework, which enables multiple distributed devices cooperatively to train a shared model scheduled by a central server while protecting private data locally. However, the non-independent-and-identically-distributed (Non-IID) data samples and frequent communication across participants may significantly slow down the convergent rate and increase communication costs. To achieve fast convergence, we ameliorate the conventional local updating rule by introducing the aggregated gradients at each local update epoch, and propose an adaptive learning rate algorithm that further takes the deviation of local parameter and global parameter into consideration. The above adaptive learning rate design requires all clients' local information including the local parameters and gradients, which is challenging as there is no communication during the local update epochs. To obtain a decentralized adaptive learning rate for each client, we utilize the mean field approach by introducing two mean field terms to estimate the average local parameters and gradients respectively, which does not require the clients to exchange their local information with each other at each local epoch. Numerical results show that our proposed framework is superior to the state-of-art FL schemes in both model accuracy and convergent rate for IID and Non-IID datasets.


翻译:联邦学习是一种新的机器学习框架,可以使多个分布式设备在保护本地数据的同时协同训练由中央服务器调度的共享模型。然而,非独立和同分布的(Non-IID)数据样本以及参与者之间频繁的通信可能会显著降低收敛速度并增加通信成本。为了实现快速收敛,我们改进了传统的本地更新规则,引入了每个本地更新时期的聚合梯度,并提出了一种自适应学习率算法,进一步考虑了本地参数和全局参数之间的偏差。上述自适应学习率设计需要所有客户端的本地信息,包括本地参数和梯度,这是一项挑战,因为在本地更新时期没有通信。为了获得每个客户端的分散自适应学习率,我们利用平均场方法,引入两个平均场项来估计平均本地参数和梯度,这不需要客户端在每个本地时期相互交换本地信息。数值结果表明,我们提出的框架在IID和Non-IID数据集的模型准确性和收敛速率方面均优于最先进的联邦学习方案。

0
下载
关闭预览

相关内容

自适应学习,也被称为自适应教学,是使用计算机算法来协调与学习者的互动,并提供定制学习资源和学习活动来解决每个学习者的独特需求的教育方法。在专业的学习情境,个人可以“试验出”一些训练方式,以确保教学内容的更新。根据学生的学习需要,计算机生成适应其特点的教育材料,包括他们对问题的回答和完成的任务和经验。该技术涵盖了各个研究领域和它们的衍生,包括计算机科学、人工智能、心理测验、教育学、心理学和脑科学。
专知会员服务
91+阅读 · 2021年7月23日
专知会员服务
14+阅读 · 2021年7月21日
专知会员服务
31+阅读 · 2021年7月15日
专知会员服务
41+阅读 · 2021年1月18日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
86+阅读 · 2020年12月2日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
模型攻击:鲁棒性联邦学习研究的最新进展
机器之心
34+阅读 · 2020年6月3日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月22日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
VIP会员
相关资讯
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15日
模型攻击:鲁棒性联邦学习研究的最新进展
机器之心
34+阅读 · 2020年6月3日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员