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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2507.10325 (cs)
[提交于 2025年7月14日 ]

标题: 对抗联邦平均的收敛性

标题: Convergence of Agnostic Federated Averaging

Authors:Herlock (SeyedAbolfazl)Rahimi, Dionysis Kalogerias
摘要: 联邦学习(FL)使得在不集中原始数据的情况下进行去中心化的模型训练成为可能。 然而,实际的FL部署常常面临一个关键的现实挑战:客户端以随机的方式间歇性地参与服务器聚合,并且其参与概率是未知的,可能是有偏的。 现有的大多数收敛结果要么假设所有设备都参与,要么依赖于对客户端可用性分布的了解(实际上是均匀的)——这些假设在现实中很少成立。 在这项工作中,我们分析了一个优化问题,该问题在随机(且大小不一)的客户端可用性下始终遵循著名的\emph{无偏联邦平均(FedAvg)}算法的随机动态,并严格证明了其在凸的、可能不可微损失函数下的收敛性,达到了标准的阶数$\mathcal{O}(1/\sqrt{T})$,其中$T$表示聚合时间窗口。 我们的分析首次为在一般、非均匀、随机客户端参与情况下,无需参与分布知识的无差别 FedAvg 提供了收敛保证。 我们还通过实验证明,即使在服务器端知道参与权重的情况下,无差别 FedAvg 实际上也优于常见的(次优的)加权聚合 FedAvg 变体。
摘要: Federated learning (FL) enables decentralized model training without centralizing raw data. However, practical FL deployments often face a key realistic challenge: Clients participate intermittently in server aggregation and with unknown, possibly biased participation probabilities. Most existing convergence results either assume full-device participation, or rely on knowledge of (in fact uniform) client availability distributions -- assumptions that rarely hold in practice. In this work, we characterize the optimization problem that consistently adheres to the stochastic dynamics of the well-known \emph{agnostic Federated Averaging (FedAvg)} algorithm under random (and variably-sized) client availability, and rigorously establish its convergence for convex, possibly nonsmooth losses, achieving a standard rate of order $\mathcal{O}(1/\sqrt{T})$, where $T$ denotes the aggregation horizon. Our analysis provides the first convergence guarantees for agnostic FedAvg under general, non-uniform, stochastic client participation, without knowledge of the participation distribution. We also empirically demonstrate that agnostic FedAvg in fact outperforms common (and suboptimal) weighted aggregation FedAvg variants, even with server-side knowledge of participation weights.
评论: 5页,2张图,CAMSAP会议
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 分布式、并行与集群计算 (cs.DC); 信号处理 (eess.SP)
引用方式: arXiv:2507.10325 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2507.10325v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.10325
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: SeyedAbolfazl Rahimi [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 14 日 14:32:46 UTC (649 KB)
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