In federated learning (FL), the objective of collaboratively learning a global model through aggregation of model updates across devices tends to oppose the goal of personalization via local information. In this work, we calibrate this tradeoff in a quantitative manner through a multi-criterion optimization-based framework, which we cast as a constrained program: the objective for a device is its local objective, which it seeks to minimize while satisfying nonlinear constraints that quantify the proximity between the local and the global model. By considering the Lagrangian relaxation of this problem, we develop an algorithm that allows each node to minimize its local component of Lagrangian through queries to a first-order gradient oracle. Then, the server executes Lagrange multiplier ascent steps followed by a Lagrange multiplier-weighted averaging step. We call this instantiation of the primal-dual method Federated Learning Beyond Consensus ($\texttt{FedBC}$). Theoretically, we establish that $\texttt{FedBC}$ converges to a first-order stationary point at rates that matches the state of the art, up to an additional error term that depends on the tolerance parameter that arises due to the proximity constraints. Overall, the analysis is a novel characterization of primal-dual methods applied to non-convex saddle point problems with nonlinear constraints. Finally, we demonstrate that $\texttt{FedBC}$ balances the global and local model test accuracy metrics across a suite of datasets (Synthetic, MNIST, CIFAR-10, Shakespeare), achieving competitive performance with the state of the art.


翻译:在联合学习(FL)中,通过跨设备的模型更新汇总合作学习全球模型的目标往往反对通过本地信息实现个性化的目标。在这项工作中,我们通过一个多标准优化框架,以量化的方式校准这种权衡,我们将此设定为一个受限程序:设备的目标是其本地目标,它试图在满足非线性限制,以量化本地和全球模型之间的距离的同时将其最小化。考虑到Lagrangian对该问题的放松,我们开发了一种算法,允许每个节点通过查询一级精度梯度或触角来尽量减少其Lagrangian的本地组成部分。然后,服务器将拉格朗基乘数乘数增量,然后是拉格兰基增量平均步数框架。我们称之为该设备的目标就是其本地目标,同时满足非线性能限制的非线性能限制非线性(Frickralalalalalal),我们确定该模型与第一个端点相匹配的固定点(Rabinal-ral-rass), 直径Seral-lax 度测试术语取决于最终的度限制度测试方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
71+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
44+阅读 · 2020年10月31日
专知会员服务
158+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年8月12日
Arxiv
16+阅读 · 2018年2月7日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员