Present-day federated learning (FL) systems deployed over edge networks consists of a large number of workers with high degrees of heterogeneity in data and/or computing capabilities, which call for flexible worker participation in terms of timing, effort, data heterogeneity, etc. To satisfy the need for flexible worker participation, we consider a new FL paradigm called "Anarchic Federated Learning" (AFL) in this paper. In stark contrast to conventional FL models, each worker in AFL has the freedom to choose i) when to participate in FL, and ii) the number of local steps to perform in each round based on its current situation (e.g., battery level, communication channels, privacy concerns). However, such chaotic worker behaviors in AFL impose many new open questions in algorithm design. In particular, it remains unclear whether one could develop convergent AFL training algorithms, and if yes, under what conditions and how fast the achievable convergence speed is. Toward this end, we propose two Anarchic Federated Averaging (AFA) algorithms with two-sided learning rates for both cross-device and cross-silo settings, which are named AFA-CD and AFA-CS, respectively. Somewhat surprisingly, we show that, under mild anarchic assumptions, both AFL algorithms achieve the best known convergence rate as the state-of-the-art algorithms for conventional FL. Moreover, they retain the highly desirable {\em linear speedup effect} with respect of both the number of workers and local steps in the new AFL paradigm. We validate the proposed algorithms with extensive experiments on real-world datasets.


翻译:目前,在边缘网络上部署的联邦学习系统(FL)由大量在数据和(或)计算能力方面高度异质的工人组成,这些工人需要灵活工人在时间、努力、数据异质等方面参与。为满足灵活工人参与的需要,我们在本文件中考虑一个新的FL范式,称为“无政府联邦学习”(AFL),与传统的FL模式形成鲜明对照的是,AFL的每个工人都有权选择(i)何时参加FL,以及(ii)根据目前的情况(例如,电池水平、通信渠道、隐私问题等)在每轮中执行的地方步骤的数目。然而,AFL的这种混乱工人行为在算法设计中提出了许多新的开放问题。特别是,我们仍不清楚,在什么条件下和速度上可以实现的趋同速度。为此,我们建议AFL联盟的每个工人以双向的学习速度进行计算,在A-FAL的高度成本、A-FAL的跨轨道、A-A-A-FAL的计算中,在A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

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