Federated learning aims at conducting inference when data are decentralised and locally stored on several clients, under two main constraints: data ownership and communication overhead. In this paper, we address these issues under the Bayesian paradigm. To this end, we propose a novel Markov chain Monte Carlo algorithm coined \texttt{QLSD} built upon quantised versions of stochastic gradient Langevin dynamics. To improve performance in a big data regime, we introduce variance-reduced alternatives of our methodology referred to as \texttt{QLSD}$^\star$ and \texttt{QLSD}$^{++}$. We provide both non-asymptotic and asymptotic convergence guarantees for the proposed algorithms and illustrate their benefits on several federated learning benchmarks.


翻译:联邦学习旨在根据两个主要制约因素,即数据所有权和通信管理费,对若干客户的数据分散和当地储存进行推断。本文在巴伊西亚范式下处理这些问题。为此,我们提议以四分五裂的随机梯度Langevin动态模型为基础,制作一部新颖的Markov链 Monte Carlo算法(conde phoned \ texttt\\ ⁇ LSD})。为了改进大数据系统的性能,我们引入了我们称为\ texttt ⁇ LSD}$和\ texttt ⁇ LSD}$的差别化替代方法。我们为拟议的算法提供非救济和无救济的趋同担保,并展示其在若干联邦学习基准上的好处。

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联邦学习(Federated Learning)是一种新兴的人工智能基础技术,在 2016 年由谷歌最先提出,原本用于解决安卓手机终端用户在本地更新模型的问题,其设计目标是在保障大数据交换时的信息安全、保护终端数据和个人数据隐私、保证合法合规的前提下,在多参与方或多计算结点之间开展高效率的机器学习。其中,联邦学习可使用的机器学习算法不局限于神经网络,还包括随机森林等重要算法。联邦学习有望成为下一代人工智能协同算法和协作网络的基础。
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