Efficient Federated Learning Via Local Adaptive Amended Optimizer With Linear Speedup

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作者
Y.H. Sun,Li Shen,Hao Sun,Liang Ding,Dacheng Tao
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:45 (12): 14453-14464 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tpami.2023.3300886
摘要

Adaptive optimization has achieved notable success for distributed learning while extending adaptive optimizer to federated Learning (FL) suffers from severe inefficiency, including (i) rugged convergence due to inaccurate gradient estimation in global adaptive optimizer; (ii) client drifts exacerbated by local over-fitting with the local adaptive optimizer. In this work, we propose a novel momentum-based algorithm via utilizing the global gradient descent and locally adaptive amended optimizer to tackle these difficulties. Specifically, we incorporate a locally amended technique to the adaptive optimizer, named Federated Local ADaptive Amended optimizer ( FedLADA ), which estimates the global average offset in the previous communication round and corrects the local offset through a momentum-like term to further improve the empirical training speed and mitigate the heterogeneous over-fitting. Theoretically, we establish the convergence rate of FedLADA with a linear speedup property on the non-convex case under the partial participation settings. Moreover, we conduct extensive experiments on the real-world dataset to demonstrate the efficacy of our proposed FedLADA , which could greatly reduce the communication rounds and achieves higher accuracy than several baselines.
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