Federated Learning (FL) has emerged as a powerful paradigm for decentralized machine learning, enabling collaborative model training across diverse clients without sharing raw data. However, traditional FL approaches often face limitations in scalability and efficiency due to their reliance on synchronous client updates, which can result in significant delays and increased communication overhead, particularly in heterogeneous and dynamic environments. To address these challenges in this paper, we propose an Asynchronous Federated Learning (AFL) algorithm, which allows clients to update the global model independently and asynchronously. Our key contributions include a comprehensive convergence analysis of AFL in the presence of client delays and model staleness. By leveraging martingale difference sequence theory and variance bounds, we ensure robust convergence despite asynchronous updates. Assuming strongly convex local objective functions, we establish bounds on gradient variance under random client sampling and derive a recursion formula quantifying the impact of client delays on convergence. Furthermore, we demonstrate the practical applicability of AFL by training a decentralized Long Short-Term Memory (LSTM)-based deep learning model on the CMIP6 climate dataset, effectively handling non-IID and geographically distributed data. The proposed AFL algorithm addresses key limitations of traditional FL methods, such as inefficiency due to global synchronization and susceptibility to client drift. It enhances scalability, robustness, and efficiency in real-world settings with heterogeneous client populations and dynamic network conditions. Our results underscore the potential of AFL to drive advancements in distributed learning systems, particularly for large-scale, privacy-preserving applications in resource-constrained environments.


翻译:暂无翻译

1
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
70+阅读 · 2022年6月30日
Arxiv
35+阅读 · 2021年1月27日
Arxiv
25+阅读 · 2018年1月24日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员