Stochastic distributed learning with gradient quantization and double-variance reduction

方差减少 差异(会计) 还原(数学) 量化(信号处理) 计算机科学 趋同(经济学) 凸函数 压缩(物理) 数学优化 正多边形 凸优化 数学 算法 会计 几何学 业务 复合材料 经济 经济增长 材料科学
作者
Samuel Horváth,Dmitry Kovalev,Konstantin Mishchenko,Peter Richtárik,Sebastian U. Stich
出处
期刊:Optimization Methods & Software [Taylor & Francis]
卷期号:38 (1): 91-106 被引量:28
标识
DOI:10.1080/10556788.2022.2117355
摘要

We consider distributed optimization over several devices, each sending incremental model updates to a central server. This setting is considered, for instance, in federated learning. Various schemes have been designed to compress the model updates in order to reduce the overall communication cost. However, existing methods suffer from a significant slowdown due to additional variance ω>0 coming from the compression operator and as a result, only converge sublinearly. What is needed is a variance reduction technique for taming the variance introduced by compression. We propose the first methods that achieve linear convergence for arbitrary compression operators. For strongly convex functions with condition number κ, distributed among n machines with a finite-sum structure, each worker having less than m components, we also (i) give analysis for the weakly convex and the non-convex cases and (ii) verify in experiments that our novel variance reduced schemes are more efficient than the baselines. Moreover, we show theoretically that as the number of devices increases, higher compression levels are possible without this affecting the overall number of communications in comparison with methods that do not perform any compression. This leads to a significant reduction in communication cost. Our general analysis allows to pick the most suitable compression for each problem, finding the right balance between additional variance and communication savings. Finally, we also (iii) give analysis for arbitrary quantized updates.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
璀璨完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
2秒前
2秒前
Woody_Wu完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
王焕玉发布了新的文献求助10
4秒前
略略略完成签到 ,获得积分10
5秒前
lll完成签到,获得积分10
5秒前
一方通行完成签到 ,获得积分10
5秒前
shana完成签到,获得积分10
5秒前
三席发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
sam发布了新的文献求助10
7秒前
KDVBHGJDFHGAV发布了新的文献求助10
8秒前
深情安青应助Yuuuuu采纳,获得30
9秒前
Ning完成签到 ,获得积分10
9秒前
9秒前
10秒前
jwb711发布了新的文献求助30
11秒前
12秒前
12秒前
Ning关注了科研通微信公众号
13秒前
小二发布了新的文献求助30
13秒前
LK发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
15秒前
15秒前
16秒前
懒羊羊发布了新的文献求助10
16秒前
坚定服饰发布了新的文献求助10
17秒前
yzr发布了新的文献求助10
18秒前
阿尼完成签到 ,获得积分10
19秒前
yjh123应助周亚平采纳,获得20
20秒前
20秒前
zhouqian发布了新的文献求助10
21秒前
22秒前
冷静短靴完成签到,获得积分10
22秒前
三席发布了新的文献求助10
22秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Nondestructive Testing Handbook: Vol. 4, Thermal and Infrared Testing (IR), 4th ed 800
作者名:Kristopher P. Plain,悉尼大学的,目前只能查到其四篇论文,想找到其博士论文 590
Évora na Idade Média 555
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Radical Reactions 500
Stratospheric Ozone: A Textbook 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7353801
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8964844
关于积分的说明 19046506
捐赠科研通 7002206
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3221793
关于科研通互助平台的介绍 2386204
邀请新用户注册赠送积分活动 2202441