Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cs > arXiv:2003.03564

帮助 | 高级搜索

计算机科学 > 机器学习

arXiv:2003.03564 (cs)
[提交于 2020年3月7日 (v1) ,最后修订 2022年3月29日 (此版本, v2)]

标题: 三元压缩用于高效通信的联邦学习

标题: Ternary Compression for Communication-Efficient Federated Learning

Authors:Jinjin Xu, Wenli Du, Ran Cheng, Wangli He, Yaochu Jin
摘要: 在不同位置存储的大量数据上进行学习在许多现实应用中是必不可少的。 然而,由于智能移动设备和物联网设备的日益普及,对隐私和安全的需求不断增加,共享数据充满了挑战。 联邦学习通过在不将分布式在多个设备上的数据上传到中央服务器的情况下联合训练全局模型,为隐私保护和安全机器学习提供了一个潜在的解决方案。 然而,现有的大多数联邦学习工作采用的是全精度权重的机器学习模型,而且几乎所有这些模型都包含大量不需要传输到服务器的冗余参数,导致通信成本过高。 为了解决这个问题,我们提出了一种联邦训练的三值量化(FTTQ)算法,该算法通过客户端上的自学习量化因子优化量化网络。 给出了量化因子收敛性的理论证明、FTTQ的无偏性以及减少的权重发散性。 基于FTTQ,我们提出了一种三值联邦平均协议(T-FedAvg),以减少联邦学习系统的上行和下行通信。 进行了实证实验,在公开的数据集上训练广泛使用的深度学习模型,我们的结果表明,所提出的T-FedAvg在减少通信成本方面是有效的,并且与传统的联邦学习算法相比,在非独立同分布数据上甚至可以实现略微更好的性能。
摘要: Learning over massive data stored in different locations is essential in many real-world applications. However, sharing data is full of challenges due to the increasing demands of privacy and security with the growing use of smart mobile devices and IoT devices. Federated learning provides a potential solution to privacy-preserving and secure machine learning, by means of jointly training a global model without uploading data distributed on multiple devices to a central server. However, most existing work on federated learning adopts machine learning models with full-precision weights, and almost all these models contain a large number of redundant parameters that do not need to be transmitted to the server, consuming an excessive amount of communication costs. To address this issue, we propose a federated trained ternary quantization (FTTQ) algorithm, which optimizes the quantized networks on the clients through a self-learning quantization factor. Theoretical proofs of the convergence of quantization factors, unbiasedness of FTTQ, as well as a reduced weight divergence are given. On the basis of FTTQ, we propose a ternary federated averaging protocol (T-FedAvg) to reduce the upstream and downstream communication of federated learning systems. Empirical experiments are conducted to train widely used deep learning models on publicly available datasets, and our results demonstrate that the proposed T-FedAvg is effective in reducing communication costs and can even achieve slightly better performance on non-IID data in contrast to the canonical federated learning algorithms.
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 分布式、并行与集群计算 (cs.DC); 机器学习 (stat.ML)
引用方式: arXiv:2003.03564 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2003.03564v2 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2003.03564
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: IEEE Trans Neural Netw Learn Syst. 2022 Mar;33(3):1162-1176
相关 DOI: https://doi.org/10.1109/TNNLS.2020.3041185
链接到相关资源的 DOI

提交历史

来自: Jinjin Xu [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2020 年 3 月 7 日 11:55:34 UTC (662 KB)
[v2] 星期二, 2022 年 3 月 29 日 08:50:30 UTC (1,386 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • TeX 源代码
查看许可
当前浏览上下文:
cs.LG
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2020-03
切换浏览方式为:
cs
cs.DC
stat
stat.ML

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号