Asymptotic Analysis of Federated Learning Under Event-Triggered Communication

计算机科学 趋同(经济学) GSM演进的增强数据速率 随机梯度下降算法 中心极限定理 收敛速度 事件(粒子物理) 无线 通信系统 算法 计算机网络 人工智能 数学 人工神经网络 电信 统计 频道(广播) 物理 量子力学 经济 经济增长
作者
Xingkang He,Xinlei Yi,Yanlong Zhao,Karl Henrik Johansson,Vijay Gupta
出处
期刊:IEEE Transactions on Signal Processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71: 2654-2667
标识
DOI:10.1109/tsp.2023.3295734
摘要

Federated learning (FL) is a collaborative machine learning (ML) paradigm based on persistent communication between a central server and multiple edge devices. However, frequent communication of large ML models can incur considerable communication resources, especially costly for wireless network nodes. In this paper, we develop a communication-efficient protocol to reduce the number of communication instances in each round while maintaining convergence rate and asymptotic distribution properties. First, we propose a novel communication-efficient FL algorithm that utilizes an event-triggered communication mechanism, where each edge device updates the model by using stochastic gradient descent with local sampling data and the central server aggregates all local models from the devices by using model averaging. Communication can be reduced since each edge device and the central server transmits its updated model only when the difference between the current model and the last communicated model is larger than a threshold. Thresholds of the devices and server are not necessarily coordinated, and the thresholds and step sizes are not constrained to be of specific forms. Under mild conditions on loss functions, step sizes and thresholds, for the proposed algorithm, we establish asymptotic analysis results in three ways, respectively: convergence in expectation, almost-sure convergence, and asymptotic distribution of the estimation error. In addition, we show that by fine-tunning the parameters, the proposed event-triggered FL algorithm can reach the same convergence rate as state-of-the-art results from existing time-driven FL. We also establish asymptotic efficiency in the sense of Central Limit Theorem of the estimation error. Numerical simulations for linear regression and image classification problems in the literature are provided to show the effectiveness of the developed results.

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
haiyingaimer完成签到 ,获得积分10
1秒前
Katsukare完成签到 ,获得积分10
1秒前
Song完成签到 ,获得积分10
2秒前
S.S.N完成签到 ,获得积分10
2秒前
都都完成签到 ,获得积分10
3秒前
zhouyms完成签到,获得积分10
5秒前
亲亲小猴0816完成签到 ,获得积分10
5秒前
从容的水壶完成签到 ,获得积分10
7秒前
10秒前
Murphy完成签到,获得积分10
12秒前
xun发布了新的文献求助10
13秒前
一颗红葡萄完成签到 ,获得积分0
24秒前
panpanliumin完成签到,获得积分0
33秒前
Ava应助lll采纳,获得10
33秒前
善学以致用应助lll采纳,获得10
33秒前
不做第一只做唯一完成签到,获得积分0
37秒前
菜菜完成签到 ,获得积分10
41秒前
新手完成签到 ,获得积分10
42秒前
望向天空的鱼完成签到 ,获得积分10
48秒前
Sylvia_J完成签到 ,获得积分10
48秒前
xixi完成签到 ,获得积分10
49秒前
甘sir完成签到 ,获得积分10
49秒前
52秒前
55秒前
会撒娇的乌冬面完成签到 ,获得积分10
55秒前
Sarah发布了新的文献求助10
56秒前
zhang568完成签到 ,获得积分10
58秒前
lll发布了新的文献求助10
59秒前
活泼的大船完成签到,获得积分0
1分钟前
2026成功上岸完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
lll发布了新的文献求助10
1分钟前
满意的醉蝶完成签到,获得积分10
1分钟前
科研通AI6.4应助lll采纳,获得10
1分钟前
顾矜应助lll采纳,获得10
1分钟前
灵巧的长颈鹿完成签到,获得积分10
1分钟前
Sarah完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
衣兮完成签到,获得积分10
1分钟前
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
Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets, Second Edition 1000
卤化钙钛矿人工突触的研究 1000
Engineering for calcareous sediments : proceedings of the International Conference on Calcareous Sediments, Perth 15-18 March 1988 / edited by R.J. Jewell, D.C. Andrews 1000
Wolffs Headache and Other Head Pain 9th Edition 1000
Continuing Syntax 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 510
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6246717
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8070130
关于积分的说明 16845865
捐赠科研通 5322862
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2834283
邀请新用户注册赠送积分活动 1811763
关于科研通互助平台的介绍 1667516