Due to the resource consumption for transmitting massive data and the concern for exposing sensitive data, it is impossible or undesirable to upload clients' local databases to a central server. Thus, federated learning has become a hot research area in enabling the collaborative training of machine learning models among multiple clients that hold sensitive local data. Nevertheless, unconstrained federated optimization has been studied mainly using stochastic gradient descent (SGD), which may converge slowly, and constrained federated optimization, which is more challenging, has not been investigated so far. This paper investigates sample-based and feature-based federated optimization, respectively, and considers both the unconstrained problem and the constrained problem for each of them. We propose federated learning algorithms using stochastic successive convex approximation (SSCA) and mini-batch techniques. We show that the proposed algorithms can preserve data privacy through the model aggregation mechanism, and their security can be enhanced via additional privacy mechanisms. We also show that the proposed algorithms converge to Karush-Kuhn-Tucker (KKT) points of the respective federated optimization problems. Besides, we customize the proposed algorithms to application examples and show that all updates have closed-form expressions. Finally, numerical experiments demonstrate the inherent advantages of the proposed algorithms in convergence speeds, communication costs, and model specifications.


翻译:由于传输大量数据的资源消耗以及敏感数据的担忧,将客户的本地数据库上传到中央服务器是不可能或不可取的,因此,联谊学习已成为一个热研究领域,使持有敏感本地数据的多个客户能够合作培训机器学习模型,然而,未受限制的联谊优化主要使用随机梯度梯度下降法(SGD)进行了研究,这种梯度下降可能缓慢地趋同,而限制的联谊优化则更具挑战性,但迄今尚未对此进行调查。本文分别调查基于抽样和基于地貌的联结优化,并审议了未受限制的问题和每个客户的受限问题。我们用Stochetic 连续的 convex 近似(SSCA)和微型批次技术提出了联谊学习模型模型模型模型模型模型模型模型模型模型模型模型模型模型和小型批量技术,以维护数据隐私,并可通过其他隐私机制加强这些系统的安全。我们还表明,拟议的算法将分别由卡鲁什-库-库恩-塔克(KKKCT)点趋同各自的节点趋同,并同时考虑。此外,我们用Stographilal assal assal ex ex exalal ex ex exaltragill 展示了所有的拟议计算方法展示了所有应用成本。

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