Dynamics based Privacy Preservation in Decentralized Optimization
随着分散式优化在从机器学习、控制、传感器网络到机器人等各个领域的应用越来越多,其隐私也受到越来越多的关注。现有的分布式优化隐私保护方法通过将分布式优化与信息技术隐私机制(如差分隐私或同态加密)进行修补来实现隐私保护,这要么牺牲优化精度,要么产生沉重的计算/通信开销。我们提出了一个内在的隐私保护分散优化算法,利用分散优化的鲁棒性优化动态的不确定性。更具体地说,我们提出了一个一般的分散优化框架,在此基础上,我们表明,隐私可以通过在优化参数中添加随机性,使分散优化。我们进一步证明了增加的随机性对优化的精度没有影响,并证明了当全局目标函数光滑且强凸时,我们的固有隐私保护算法具有$R$ -线性收敛.我们还严格证明了该算法可以避免一个节点的梯度被推断的其他节点。数值模拟结果证实了理论预测。
2022-07-12 math.OC
Expander Graph and Communication-Efficient Decentralized Optimization
在本文中,我们讨论了如何设计图的拓扑结构,以减少某些分散优化算法的通信复杂度。我们的目标是尽量减少达到规定精度所需的总通信量。我们发现,所谓的扩展图是接近最优的选择。我们提出了三种方法来构建不同数量的节点和节点度的扩展图。我们的数值结果表明,分散优化的性能是显着更好的扩展图比其他正则图。
2016-12-03 cs.DC cs.MA math.OC
A Single-Loop Algorithm for Decentralized Bilevel Optimization
Nanjing University(南京大学);Rice University(莱斯大学)
本文提出一种用于去中心化双层优化的单循环算法,通过每次迭代仅用两次矩阵-向量乘法近似超梯度且无需梯度异质性假设,实现了已知最佳收敛率,并在合成和MNIST数据集上验证了其有效性。
2024-04-23 cs.DC cs.LG math.OC
Dual-Free Stochastic Decentralized Optimization with Variance Reduction
我们考虑以分散的方式在分布式数据上训练机器学习模型的问题。对于有限和问题,大型数据集的快速单机算法依赖于随机更新和方差减少。然而,现有的分散式随机算法要么没有获得随机更新所允许的完全加速,要么需要比常规梯度更昂贵的预言机。在这项工作中,我们介绍了一个分散的随机算法与方差减少称为DVR。DVR仅需要计算局部函数的随机梯度,并且在计算上与在数据集的$1/n$部分上运行的标准随机方差缩减算法一样快,其中$n$是节点的数量。为了得到DVR,我们使用Bregman坐标下降一个精心选择的对偶问题,并获得一个双自由算法使用特定的Bregman分歧。我们给出了一个加速版本的DVR的催化剂框架的基础上,并说明其有效性与模拟真实数据。
2020-06-25 cs.DC math.OC
A Fast Proximal Gradient Algorithm for Decentralized Composite Optimization over Directed Networks
针对有向网络多智能体系统中的一致性优化问题,提出了一种快速分散算法,其中局部目标函数具有光滑+非光滑的复合形式,并且可能是非凸的.这类问题的例子包括分散压缩感知和约束二次规划问题,以及许多分散正则化问题。我们扩展现有的算法PG-EXTRA和ExtraPush到一个新的算法PG-ExtraPush复合共识优化有向网络。该算法利用PG-EXTRA中的邻近运算符来处理非平滑项,并采用ExtraPush中的推和协议来解决有向网络引入的偏差。在适当的步长下,我们证明了PG-ExtraPush算法在一些常规假设下以线性速度收敛到最优解。我们进行了一系列的数值实验,以证明所提出的算法的有效性。具体来说,通过适当的步长,PG-ExtraPush在大多数情况下执行线性速率,即使在一些非凸情况下,也比Subgradient-Push快得多,即使后者使用手动优化的步长。数值结果也验证了所建立的理论结果。
2017-03-26 cs.DC math.OC
Decentralized Bilevel Optimization
双层优化已经成功地应用于许多重要的机器学习问题。求解双层优化问题的算法已经在不同的设置下进行了研究。本文研究了分散环境下的非凸-强凸双层优化问题。我们设计分散算法的确定性和随机双层最优化问题。此外,我们分析的收敛速度所提出的算法在不同的情况下,包括数据异构性的情况下,观察到跨代理。对模拟数据和实际数据的数值实验表明,所提出的方法是有效的。
2022-06-12 math.OC
Decentralized Distributed Optimization for Saddle Point Problems
针对任意连通无向网络上含全局与局部变量的分布式凸-凹鞍点问题,提出去中心化算法,给出依赖网络特性的非渐近收敛速率及匹配下界,并应用于分布式Wasserstein重心计算。
2024-04-09 cs.DC math.OC
On Decentralized Nonsmooth Optimization
在分散优化中,由网络连接的多个节点协作最小化某个目标函数。对于Lipschitz函数的最小化,下界与最优算法一起是已知的。我们研究一类特殊的问题:非光滑损失函数的线性模型。我们的算法结合正则化和对偶重构,得到一个有效的最优化方法的复杂性优于下界。
2023-03-14 math.OC
Private and Accurate Decentralized Optimization via Encrypted and Structured Functional Perturbation
我们提出了一个分散的优化算法,保持代理的费用函数的隐私,而不牺牲准确性,称为EFPSN。该算法采用Paillier密码体制构造零和函数扰动。然后,基于扰动的费用函数,可以利用任何现有的分散优化算法来获得精确解。我们从理论上证明了EFPSN是(ε,δ)-差分隐私的,可以达到接近完美的隐私下故意的参数设置。数值实验进一步证实了算法的有效性。
2022-09-05 math.OC
A Novel Cryptography-Based Privacy-Preserving Decentralized Optimization Paradigm
现有的大规模优化方案受到可扩展性和网络安全的挑战。分散式和分布式优化范式以其良好的可扩展性、适应性和灵活性被广泛应用于信息物理系统的应用中。然而,大多数现有的方法在很大程度上依赖于显式的信息交换代理之间或代理和系统操作员之间,导致整个框架容易隐私风险。为了解决这个问题,本文综合了密码学和分散优化技术,开发了一种新的隐私保护分散优化范式。所提出的范式一般适用于具有不可分目标函数和线性耦合约束的强耦合凸优化问题。通过数值算例验证了所提方法的安全性和准确性。
2020-12-22 math.OC
Privacy-Preserving Decentralized Multi-Agent Cooperative Optimization -- Paradigm Design and Privacy Analysis
大规模的多智能体协作控制问题实质上享有的可扩展性,自适应性和分散优化的灵活性。然而,由于代理和系统操作员之间的强制性迭代通信,分散式架构容易受到恶意攻击和隐私泄露。目前的研究解决隐私保护的代理和系统操作员在合作分散优化与强耦合的目标函数和约束仍然是原始的。为了填补这一空白,本文提出了一种新的隐私保护分散优化范式的基础上Paillier密码系统。所提出的范例实现了理想的正确性和安全性,以及抵御来自一系列对手的攻击。通过数值模拟和真实物理平台验证了该方法的有效性和效率。
2021-03-03 math.OC
Optimal Decentralized Composite Optimization for Convex Functions
针对含非光滑正则项的凸函数去中心化复合优化缺乏最优算法的问题,本文提出首个同时达到最优计算与通信复杂度的算法,填补了研究空白,且实验验证了其有效性与高效性。
2024-07-13 math.OC
A Decentralized Quasi-Newton Method for Dual Formulations of Consensus Optimization
University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学)
本文考虑了网络中每个节点都可以访问聚合费用函数的不同被加数的共识最优化问题。节点试图最小化聚合费用函数,而它们只与它们的邻居交换信息。我们修改的对偶分解方法,将曲率校正的启发Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)拟牛顿法。由此产生的双D-BFGS方法是一个完全分散的算法,其中节点通过满足割线条件近似自己和邻居的曲率信息。双D-BFGS是在共识最优化问题的兴趣是不良态,使一阶分散方法无效,并在其中二阶信息是不容易获得的,使分散二阶方法不可行。异步实现的讨论和收敛的D-BFGS建立正式的同步和异步实现。性能优势相对于其他分散算法的数值。
2016-03-23 cs.DC cs.LG math.OC
Optimality in Decentralized Optimization under Bandwidth Constraints
AXXX;Applied AI Institute(应用人工智能研究所)
本文研究带带宽限制的去中心化优化问题,推导非凸随机并行异步优化的最优时间复杂度,提出Grace SGD和Leon SGD方法,利用最小割/最大流和Gomory-Hu树等工具改进复杂度。
2026-03-21 cs.DC math.CO math.OC
Decentralized Strongly-Convex Optimization with Affine Constraints: Primal and Dual Approaches
分散式优化是分布式信号处理和传感以及隐私保护和大规模机器学习中使用的常见范例。假设几个计算实体局部地持有目标函数并且通过网络连接。智能体的目标是通过梯度更新和与近邻交换信息来共同最小化局部目标的总和。分散优化理论在文献中已经相当成熟。特别地,它包括下界和最优算法。在本文中,我们假设,随着一个目标,每个节点也持有仿射约束。讨论了仿射约束下分散最优化问题的几种原始和对偶方法。
2023-01-11 math.OC
Privacy-preserving Decentralized Optimization via Decomposition
本文考虑分散优化中的隐私保护问题,其中$N$代理合作最小化一个全局目标函数,该全局目标函数是$N$局部目标函数之和.我们假设每个局部目标函数都是私有的,并且只为单个智能体所知。为了合作解决问题,大多数现有的分散优化方法需要参与的代理交换和披露估计相邻的代理。然而,这会导致关于本地目标函数的私有信息的泄漏,这在对手存在并试图从参与代理窃取信息时是不期望的。为了解决这个问题,我们提出了一个隐私保护分散优化方法的基础上,通过函数分解的近似雅可比ADMM。数值模拟证实了所提出的方法的有效性。
2018-09-18 math.OC
Decentralized Multi-Agent Optimization Based on a Penalty Method
针对一般的凸约束多智能体最优化问题,提出了一种分散惩罚算法。每个辅助惩罚问题用一种特殊的并行下降分裂方法近似求解。该方法可以在计算网络中实现,其中每个代理仅向最近的邻居发送信息。在相当弱的假设条件下,该方法的收敛性。我们还描述了一个专业化的可行性问题的建议的方法。
2020-08-10 math.OC
A Parameter-free Decentralized Algorithm for Composite Convex Optimization
针对网络去中心化复合凸优化问题,提出一种基于三算子分裂与BCV度量重构的无参数自适应步长去中心化算法,仅需局部回溯无需全局信息,具备收敛保证且性能优于现有非自适应方法。
2025-08-02 math.OC
Decentralized Optimization over Tree Graphs
本文提出了一种树型网络上非凸优化的分散算法。我们假设这个网络的每个节点都可以解决小规模的最优化问题和通信近似值函数与它的邻居基于一种新的多扫描通信协议。与现有的非凸优化的并行优化算法相比,网络的节点既不同步也不分配任何中心实体。没有一个节点需要知道整个网络的拓扑结构,但所有节点都知道网络是树结构的。我们讨论的条件下,局部平方收敛速率可以实现。该方法是通过运行分散的异步多扫描协议的径向交流电力网络的案例研究。
2020-10-30 math.OC
Decentralized Stochastic Bilevel Optimization with Improved per-Iteration Complexity
University of California, Davis(加州大学戴维斯分校);Rice University(莱斯大学)
针对去中心化随机双层优化,本文提出仅需一阶随机预言机及Hessian/Jacobian-向量积预言机的DSBO算法,在保持最优样本复杂度的同时避免计算完整矩阵,降低了每次迭代复杂度。
2023-05-31 cs.DC cs.LG math.OC
A Unified Algorithm for Nonconvex Decentralized Nonlinear Optimization
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(南京航空航天大学)
本文提出一种统一的分布式非凸优化算法框架,涵盖现有先进梯度跟踪和拟牛顿算法。在非凸和Kurdyka-Łojasiewicz条件下分析收敛性,并提出新的高效算法。
2026-04-13 math.OC
Cybersecurity in Distributed and Fully-Decentralized Optimization: Distortions, Noise Injection, and ADMM
随着机器学习、智能电网调度和物联网协调问题的增长,分布式和完全分散的最优化模型因向优化工具提供计算可扩展性而受到关注。然而,在消费者设备被信任用作分布式计算节点的应用中,受损设备可能会将优化算法暴露于先前文献中尚未研究的网络安全威胁。本文研究了广义分布式最优化问题的潜在攻击向量,重点是交替方向法的乘法器(ADMM),一个流行的凸优化的工具。ADMM问题中的检测和减轻攻击的方法进行了描述,并通过仿真证明了所提出的模型的有效性。完全分散的优化方案,其中节点直接与邻居进行通信,证明了弱点,并讨论了一些潜在的架构,为这些网络提供安全性。
2018-05-28 math.OC
Decentralized Composite Optimization with Compression
Michigan State University(密歇根州立大学);Alibaba (US) Group(阿里巴巴(美国)集团)
去中心化优化和通信压缩在实践中通过缓解通信瓶颈来加速分布式机器学习方面展现了巨大的潜力。现有的具有通信压缩的分散算法大多集中在只有光滑分量的问题上,本文研究了具有潜在非光滑分量的分散随机复合优化问题。在一般随机环境和有限和环境下,提出了一种\underline{Prox}梯度\underline{L} in \underline{EA} r收敛的压缩\underline{D}分散算法Prox-LEAD.我们的理论表明,Prox-LEAD工作在任意的压缩精度,它大大降低了通信成本几乎是免费的。通过与现有算法在收敛复杂度和数值实验方面的比较,证明了所提算法的优越性。我们的算法框架也普遍启发压缩通信的其他原始对偶算法,减少不精确的迭代,这可能是独立的利益的影响。
2021-08-12 cs.DC cs.LG math.OC
Decentralized optimization with affine constraints over time-varying networks
针对时变网络上带局部仿射约束的分布式优化问题,通过推广ADOM算法提出首个线性收敛算法,并证明其通信与预言机复杂度下界,达到一阶方法最优速率。
2023-09-06 math.OC
A RNNs-based Algorithm for Decentralized-partial-consensus Constrained Optimization
本技术说明提出了具有不等式约束的分散部分共识优化问题,并推导了基于多个互连递归神经网络(RNN)的连续时间算法来求解所得到的最优化问题。首先,从拉普拉斯矩阵出发,构造部分一致矩阵来解决部分一致性约束。此外,利用非光滑分析和基于Lyapunov的技术,进一步保证了所设计算法的收敛性。最后,给出了几个算例,说明了所得结果的有效性。
2021-03-22 math.OC
Decentralized Proximal Optimization Method with Consensus Procedure
针对分散复合优化问题,提出基于加速近向梯度下降并在计算间进行多次共识迭代的方法,证明共识过程适用于复合优化且结构分析简单。
2023-04-07 math.OC
Decentralized convex optimization over time-varying graphs: a survey
本文为时变图上的去中心化凸优化综述,梳理了该领域的最新研究成果与相关技术,同时指出了待解决问题并给出未来研究的假设与方向。
2023-04-17 math.OC
Fast Decentralized Optimization over Networks
目前的工作介绍了混合共识交替方向法的乘法器(H-CADMM),一个新的框架,优化网络,统一现有的分布式优化方法,包括集中式和分散式的共识ADMM。H-CADMM提供了一种灵活的工具,该工具利用底层图形拓扑,以便在节点到节点通信开销和收敛速率之间实现所需的最佳点--从而减轻C-CADMM和D-CADMM两者的已知限制。对新方法的严格分析建立了线性收敛速率,并且还指导参数的选择以优化该速度。H-CADMM的新型混合更新规则有助于“网络内加速”,这被证明可以显著提高完全分散的ADMM的性能,而且基本上是“免费的”。全面的数值测试验证了分析,并展示了该方法在处理有效,广泛有用的学习任务的潜力。
2018-05-09 cs.DC eess.SP math.OC
Direct-search methods for decentralized blackbox optimization
Mohammed VI Polytechnic University(穆罕默德六世理工大学);Department of Computer Science, Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague(布拉格捷克理工大学电气工程学院计算机科学系);LAMSADE, CNRS, Université Paris Dauphine-PSL(LAMSADE,法国国家科学研究中心,巴黎第九大学-巴黎文理研究大学)
本文提出将经典无梯度直接搜索方法应用于分布式环境,通过正张量集定义搜索方向并保证全局收敛性,实验显示其优于梯度近似方法。
2026-03-28 math.OC
Communication-Efficient Decentralized Optimization via Double-Communication Symmetric ADMM
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Princeton University(普林斯顿大学);University of Wisconsin–Madison(威斯康星大学麦迪逊分校)
本文提出了一种通过双通信对称ADMM实现高效去中心化优化的方法,通过减少总迭代次数和通信成本,提升了去中心化优化的效率。
2026-03-04 math.OC
Dual Smoothing for Decentralized Optimization
本文提出双光滑技术用于解决去中心化优化中的非光滑和非强凸问题,通过分析一致优化与耦合约束优化的对偶关系,提升了分布式计算效率。
2025-12-09 math.OC
Recent theoretical advances in decentralized distributed convex optimization
近年来,分散分布凸优化理论取得了重大进展。已经出现了通信轮和oracle调用的下界,以及达到这两个界限的方法。在本文中,我们专注于如何解释这些结果的基础上的非分布式设置的最佳算法。特别是,我们提供了我们最近的结果,这些结果尚未发表,只能在arXiv预印本中找到详细信息。
2021-11-29 math.OC
Projected Gradient Method for Decentralized Optimization over Time-Varying Networks
时变图(网络)上的分散分布优化问题是当前最优化理论和一致性理论的一个非常热门的研究分支。考虑这种网络的动机之一是无人机网络的应用。然而,这一分支的第一个理论结果仅出现在五年前(Nedic,2014)。关于强凸光滑最优化问题在这种网络上的几何收敛率的可能性的第一个结果仅在两年前获得(Nedic,2017)。在本文中,我们提高了几何收敛速度,在后一份文件中考虑的一类问题,使用原来的惩罚方法技巧和鲁棒性的投影梯度下降。
2020-06-22 math.OC
Tight Linear Convergence Rate of ADMM for Decentralized Optimization
本文考虑利用网络拓扑信息来提高ADMM的收敛速度,使网络节点协同工作以最小化目标。这样的问题可以有效地解决使用ADMM通过分解成更容易的子问题的目标。合理利用网络拓扑结构可以显著提高算法性能。混合ADMM通过考虑节点中心性来探索利用节点信息的方向,但未能利用边缘信息。本文填补了这一空白,将节点和边缘信息,并提供了一个新的收敛速度界的分散ADMM,明确地依赖于网络拓扑结构。这样一个新的界限对于某些类的问题是可以达到的,因此是紧的。显式的依赖性进一步表明可能的方向,以达到最佳性能的边缘权重的最优设计。数值实验表明,简单的启发式方法可以获得更好的性能,并表现出对拓扑变化的鲁棒性。
2019-05-24 cs.DC eess.SP math.OC
Bundle EXTRA for Decentralized Optimization
Southern University of Science and Technology(南方科技大学);State Key Laboratory of Autonomous Intelligent Unmanned Systems(无人系统智能控制全国重点实验室);Southeast University(东南大学)
本文提出一种全新的Bundle EXTRA方法,通过引入多切口束模型改进原始更新步骤,提升收敛速度和鲁棒性。
2026-03-30 math.OC
Systematic Design of Decentralized Algorithms for Consensus Optimization
University of Illinois, Chicago(伊利诺伊大学芝加哥分校)
本文提出了一种分离原理,用于系统化设计用于共识优化的去中心化算法。通过结合非去中心化的基础优化算法和去中心化的共识跟踪,该原理提供了在使用积分二次约束(IQCs)的自动收敛分析框架下的算法设计和分析的模块化。共识跟踪可以被纳入基于IQC的分析中,通过交替方向乘子法设计和分析去中心化算法来展示工作流程。
2019-03-04 cs.SY eess.SY math.OC
Decomposable Formulation of Transmission Constraints for Decentralized Power Systems Optimization
电力系统分散优化中最复杂的因素之一是潮流方程的建模。直流潮流的现有公式要么具有有限的可扩展性,要么非常密集和非结构化,使其不适合大规模分散的研究。在这项工作中,我们提出了一种新的直流潮流公式,基于稀疏化的注入移位因子,它具有可分解的块对角结构,规模以及大型系统,可以有效地处理N-1的安全要求。多区域安全约束机组组合问题的基准测试表明,所提出的公式可以可靠和有效地解决多达6,515个总线的实例,没有收敛或数值问题。
2021-03-14 math.OC
Asynchronous SGD on Graphs: a Unified Framework for Asynchronous Decentralized and Federated Optimization
Inria - ENS Paris(法国国家信息与自动化研究所 - 巴黎高等师范学院);EPFL, Switzerland(瑞士洛桑联邦理工学院)
本文提出AGRAF SGD统一框架,在宽松假设下涵盖SGD、去中心化SGD、Local SGD和FedBuff等算法的异步版本,并给出更优的收敛速率。
2023-11-01 cs.DC cs.LG math.OC
A Two-timescale Primal-dual Algorithm for Decentralized Optimization with Compression
针对去中心化优化的通信效率问题,本文提出双时间尺度压缩原始-对偶TiCoPD算法,结合压缩差分共享、快时间尺度共识与慢时间尺度递归,实现恒定步长收敛及O(1/T)平稳性,并通过神经网络训练验证有效性。
2025-01-10 math.OC
Smoothing Gradient Tracking for Decentralized Optimization over the Stiefel Manifold with Non-smooth Regularizers
本文提出了首个用于 Stiefel 流形上非光滑优化的分散算法,通过 Moreau 包络近似非光滑部分以应用现有光滑优化算法,并证明了其 $\mathcal{O}(ε^{-4})$ 的收敛复杂度与有效性。
2023-03-28 math.OC
Stochastic Push-Pull for Decentralized Nonconvex Optimization
本文分析随机梯度 Push-Pull 方法在去中心化非凸优化中的收敛性,提出通用框架并给出实现线性加速的充分条件,实验验证了其有效性与鲁棒性。
2025-06-08 math.OC
Achieving Linear Speedup and Near-Optimal Complexity for Decentralized Optimization over Row-stochastic Networks
School of Mathematical Sciences, Peking University(北京大学数学科学学院);Center for Machine Learning Research, Peking University(北京大学机器学习研究中心)
本文针对行随机网络上的去中心化优化问题,首次建立收敛下界,并通过提出新分析框架证明Pull-Diag-GT实现线性加速,结合多步gossip协议达到近最优复杂度。
2026-10-20 math.OC
A Parameter-Free Zeroth-Order Algorithm for Decentralized Stochastic Convex Optimization
MIRIAI(莫斯科信息检索与分析研究所);Appied AI Institute(应用人工智能研究所)
本文提出一种去中心化POEM算法,通过双点平滑和自适应半径与步长规则,实现无需先验知识的去中心化随机凸优化。
2026-03-16 math.OC
Derivative-Free Method For Composite Optimization With Applications To Decentralized Distributed Optimization
本文基于Lan(2016,2019)的滑动算法,提出了一种求解凸组合最优化问题的新方法。我们的方法使用随机噪声零阶预言的非光滑部分和一阶预言的光滑部分。据我们所知,这是文献中第一个使用这种混合预言机进行复合优化的方法。我们证明了新方法的收敛速度,匹配相应的速度为一阶方法的一个因素成比例的空间的尺寸,或在某些情况下,其平方对数。我们应用这种方法的分散分布式优化,并推导出上界的通信轮数为这种方法匹配已知的下界。此外,我们对每个节点的零阶Oracle调用的数量的限制与一阶分散式分布式优化的类似的最先进的限制相匹配,直到与空间的维度成比例的因子,或者在某些情况下,甚至是其平方对数。
2020-09-10 math.OC
Decentralized Nonconvex Optimization with Guaranteed Privacy and Accuracy
Clemson University(克莱姆森大学);University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
隐私保护和非凸性是涉及敏感数据的分散优化和学习中两个具有挑战性的问题。尽管最近取得了一些进展,分别解决这两个问题,没有结果已经报告说,有理论保证的隐私保护和鞍/最大避免分散非凸优化。我们提出了一个新的算法,分散的非凸优化,可以使严格的差分隐私和鞍/最大避免性能。新算法允许将持久的加性噪声,使严格的差分隐私的数据样本,梯度和中间优化变量,而不会失去可证明的收敛性,从而规避交易的隐私精度在差分隐私设计的困境。更有趣的是,该算法在理论上被证明能够有效地{通过避免}收敛到局部极大值和鞍点,这在分散非凸优化的文献中还没有报道过。该算法在通信(每次迭代中只共享一个变量)和计算(无干扰)方面都是高效的,因此对于大规模非凸优化和涉及高维优化参数的学习是有希望的。分散估计问题和独立分量分析(ICA)问题的数值实验证实了所提出的方法的有效性。
2022-12-14 cs.LG math.OC
Decentralized Relaxed Smooth Optimization with Gradient Descent Methods
针对深度学习中$L_0$-平滑性的限制,提出在$(L_0,L_1)$-平滑条件下的去中心化梯度下降(DGD)通用框架,引入新分析技术,在无先验知识下实现最佳收敛速率,并通过真实数据验证了理论与实践的桥梁。
2025-08-11 math.OC
On the Optimal Time Complexities in Decentralized Stochastic Asynchronous Optimization
该研究针对去中心化随机异步优化场景,证明了同构与异构设置下的时间复杂度新下界,提出接近最优的Fragile SGD与最优的Amelie SGD方法,其复杂度匹配下界且优于现有同类方法。
2024-11-02 math.OC
A Multi-Objective Optimization framework for Decentralized Learning with coordination constraints
本文将去中心化学习建模为多目标优化问题,显式引入协调器目标,并通过加权和标量化与可证明收敛的分布式算法,实现个性化、公平性与协调性的灵活平衡。
2025-07-18 math.OC
Decentralized Conjugate Gradient and Memoryless BFGS Methods
本文针对非凸与强凸去中心化优化问题,分别提出带梯度跟踪的新型去中心化共轭梯度法和缩放无记忆BFGS法,证明了相应收敛性,实验显示其在迭代和通信成本上优于现有方法。
2025-01-17 math.OC
Variance-Reduced Decentralized Stochastic Optimization with Gradient Tracking--Part I: GT-SAGA
在本文中,我们研究分散的经验风险最小化问题,其中的目标是最小化有限和光滑和强凸函数可在一个网络的节点。在第一部分中,我们提出了\textbf{\texttt{GT-SAGA}},这是一种基于梯度跟踪\cite{DSGT_Pu,DSGT_Xin}和称为SAGA \cite{SAGA}的方差缩减技术的分散随机一阶算法。给出了算法的收敛性分析和迭代复杂度。我们进一步展示了各种权衡和讨论的情况下,\textbf{\texttt{GT-SAGA}}实现优越的性能(在所需的本地梯度计算的数量)相对于现有的分散计划。在这篇由两部分组成的论文的第二部分\cite{GT_SVRG}中,我们开发并分析了\textbf{\texttt{GT-SVRG}},这是另一种著名的方差缩减技术SVRG \cite{SVRG}的一种基于分散梯度跟踪的实现。
2019-12-10 math.OC
On the Linear Convergence of the ADMM in Decentralized Consensus Optimization
在分散式共识优化中,连接的代理网络协作地最小化它们在公共决策变量上的局部目标函数的和,其中它们的信息交换在邻居之间受到限制。为此,可以首先获得问题的重新表述,然后应用乘子的交替方向法(ADMM)。该方法采用迭代计算在各个代理和邻居之间的信息交换。据观察,这种方法收敛迅速,被认为是强大的。本文对具有强凸局部目标函数的分散一致最优化问题建立了它的线性收敛速率。根据网络拓扑结构、局部目标函数的性质和算法参数,给出了算法的理论收敛速度。这一结果不仅是性能保证,也是加快ADMM收敛的指导方针。
2014-11-30 math.OC
Can Primal Methods Outperform Primal-dual Methods in Decentralized Dynamic Optimization?
本文研究了多智能体网络上的分散动态最优化问题。每个智能体拥有一个时变的局部目标函数,所有智能体的目标是协同跟踪漂移的全局最优解,最小化所有局部目标函数的总和。分散动态最优化问题可以用原始方法或原始-对偶方法求解,当问题退化为静态时,已有文献证明原始-对偶方法优于原始方法。这促使我们问:在分散式动态最优化中,原始对偶方法一定比原始方法好吗?为了回答这个问题,我们调查和比较原始方法,扩散,和原始-对偶方法,分散梯度跟踪(DGT)的收敛特性。理论分析表明,在一定的动态设置扩散可以优于DGT。我们发现,DGT和扩散显着影响的漂移和最佳梯度的大小,分别。此外,我们发现,DGT是更敏感的网络拓扑结构,一个坏连接的网络可以大大恶化其收敛性能。这些结论为在不同的应用场景中选择合适的动态算法提供了指导。数值实验验证了理论分析的正确性。
2020-03-02 math.OC
A Retraction-Free EXTRA Method for Decentralized Optimization on the Stiefel Manifold
Yau Mathematical Sciences Center, Tsinghua University(丘成桐数学科学中心,清华大学)
本文提出了一种无回退的EXTRA方法,用于在Stiefel流形上解决具有正交约束的去中心化优化问题,通过结合近似梯度映射和EXTRA递归,实现了简单的通信模式和O(1/K)收敛率。
2026-04-28 math.OC
Is Consensus Acceleration Possible in Decentralized Optimization over Slowly Time-Varying Networks?
我们考虑分散最优化问题,其中一个目的是最小化的凸光滑目标函数分布在网络中的节点之间的总和。网络中的链接可能会随时发生变化。对于任意变化量的设置,较低的复杂度界限和相应的最优算法是已知的,并且共识加速是不可能的。然而,在实践中,网络变化的幅度可能是有限的。我们得出较低的通信复杂性界限的几个制度的速度网络的变化。此外,我们展示了如何使用特定的共识算法来获得某一类时变图的加速通信速率。
2023-01-27 math.OC