A Flexible Gradient Tracking Algorithmic Framework for Decentralized Optimization
针对去中心化优化中通信与计算复杂度不均衡的问题,提出一种随机化、可灵活调节的梯度跟踪框架,统一经典方法并给出期望收敛保证及实验验证。
2023-12-11 math.OC
Decentralized Min-Max Optimization with Gradient Tracking
针对去中心化极小极大优化,本文提出DGTA与DSGTA两种梯度跟踪算法,并证明其在NC-SC情形下达到与集中式方法相当的复杂度,实验性能更优。
2025-05-15 math.OC
Snap-Shot Decentralized Stochastic Gradient Tracking Methods
在分散式优化中,$m$代理形成一个网络,只与它们的邻居通信,这在数据所有权、隐私和可扩展性方面具有优势。与此同时,分散随机梯度下降(\texttt{SGD})方法作为用于训练大规模机器学习模型的流行分散算法,已显示出其相对于集中式方法的优越性。分布式随机梯度跟踪(\texttt{DSGT})\citep{pu2021distributed}由于其良好的理论保证而被公认为是最流行和最先进的分散\texttt{SGD}方法。然而,对\dsgt ~ \citep{koloskova2021improved}的理论分析表明,其迭代复杂度为$\tilde{\mathcal{O}} \left(\frac{\barσ^2}{mμ\varepsilon} + \frac{\sqrt{L}\barσ}{μ(1 - λ_2(W))^{1/2} C_W \sqrt{\varepsilon} }\right)$,其中$W$是表示网络拓扑的双随机混合矩阵,$ C_W $是依赖于$W$的参数。因此,这表明\texttt{DSGT}的收敛特性受到通信网络拓扑的严重影响。针对\texttt{DSGT}算法的不足,本文采用快照梯度跟踪技术,提出了两种新的算法。我们进一步证明了在与\dsgt ~相似的算法结构和相同的通信策略下,所提出的两种算法对通信网络的拓扑结构具有更强的鲁棒性。与\dsgt相比,它们的迭代复杂度…
2022-12-10 math.OC
Variance-Reduced Decentralized Stochastic Optimization with Gradient Tracking -- Part II: GT-SVRG
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学);Tufts University(塔夫茨大学)
分散随机最优化最近受益于梯度跟踪方法\cite{DSGT_Pu,DSGT_Xin},为大规模经验风险最小化问题提供了有效的解决方案。在第一部分\cite{GT_SAGA}这项工作中,我们开发的\textbf{\texttt{GT-SAGA}}是基于一个分散的实施SAGA \cite{SAGA}使用梯度跟踪和讨论制度的实际利益,其中\textbf{\texttt{GT-SAGA}}优于现有的分散的方法在本地梯度计算的总数。在本文中,我们描述了\textbf{\texttt{GT-SVRG}},它开发了一个分散的梯度跟踪为基础的SVRG \cite{SVRG},另一个著名的方差减少技术的实现。我们表明,\textbf{\texttt{GT-SVRG}}的收敛速度与\textbf{\texttt{GT-SAGA}}的光滑和强凸函数相匹配,并突出了两种算法在各种设置之间的不同权衡。
2019-12-10 cs.LG math.OC
Decentralized Natural Policy Gradient with Variance Reduction for Collaborative Multi-Agent Reinforcement Learning
本文研究了一个策略最优化问题,该问题是在分散环境下由协作式多智能体强化学习引起的,其中智能体通过无向图与其邻居进行通信,以最大化其累积奖励之和。提出了一种新的分散式自然策略梯度法--基于动量的分散式自然策略梯度法(MDNPG),该方法将自然梯度、基于动量的方差缩减和梯度跟踪结合到分散式随机梯度上升框架中. MDNPG收敛到一个$ε$ -平稳点的$\mathcal{O}(n^{-1}ε^{-3})$样本复杂性已在标准假设下建立,其中$n$是代理的数量。结果表明,MDNPG算法能够获得分散策略梯度法的最优收敛速度,与集中式最优化方法相比具有线性加速比.此外,MDNPG优于其他国家的最先进的算法的经验性能已被证明了广泛的数值实验。
2022-09-06 math.OC
Decentralized Secure State-Tracking in Multi-Agent Systems
本文讨论了存在传感器攻击的分散状态跟踪问题。我们考虑一个节点网络,其中每个节点的目标是跟踪一个线性动力系统的状态的基础上,其测量和消息与相邻节点交换,尽管一些测量被欺骗的对手。我们提出了一种新的分散攻击弹性状态跟踪算法的基础上简单的观察,所有的网络测量的压缩版本足以重建的状态。这激发了去中心化安全状态跟踪问题的两步解决方案:(1)每个节点跟踪所有网络测量的压缩版本,以及(2)每个节点从步骤(1)的输出渐进地重建状态。我们证明,在温和的技术假设下,我们的算法使每个节点跟踪的状态的线性系统,从而解决了分散安全的状态跟踪问题。
2021-09-17 cs.SY eess.SY math.OC
A Stochastic Gradient Tracking Algorithm for Decentralized Optimization With Inexact Communication
针对去中心化优化中通信噪声导致的性能下降与数据异质性挑战,提出一种随机梯度跟踪算法,理论证明其在非精确通信下达到最优收敛率,并在MNIST和CIFAR-10实验中表现优越。
2023-07-27 math.OC
Stochastic Momentum Tracking Push-Pull for Decentralized Optimization over Directed Graphs
School of Electrical Engineering, Sichuan University(四川大学电气工程学院)
本文提出Stochastic Momentum Tracking Push-Pull算法,通过追踪动量项而非随机梯度,解决有向图上非对称通信和高方差梯度导致的震荡问题,实现收敛。
2026-04-09 math.OC
A Newton Tracking Algorithm with Exact Linear Convergence Rate for Decentralized Consensus Optimization
本文研究了网络上的分散共识最优化问题,其中每个节点具有一个二阶可微局部目标函数。我们的目标是最小化本地目标函数的总和,并找到精确的最优解,仅使用本地计算和相邻的通信。我们提出了一种新的牛顿跟踪算法,其中每个节点更新其局部变量沿局部牛顿方向修改邻居和历史信息。我们调查建议牛顿跟踪算法和现有的几种方法,包括梯度跟踪和二阶算法之间的连接。在强凸性假设下,我们证明了它以线性速度收敛到精确的最优解。数值实验证明了牛顿跟踪的有效性,并验证了理论研究结果。
2020-08-24 eess.SP 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
On the Convergence of Decentralized Stochastic Gradient-Tracking with Finite-Time Consensus
Imperial College London(帝国理工学院)
研究探讨了近似有限时间共识序列对去中心化优化算法收敛性的影响,揭示了近似误差与序列长度及问题参数之间的关系。
2026-02-15 eess.SP math.OC
Decentralized conditional gradient method over time-varying graphs
该研究将分布式条件梯度法拓展至时变网络场景,建模时变网络为图随机序列的确定性形式,分析了算法收敛性并给出数值实验验证。
2023-07-20 math.OC
Fault-Tolerant Decentralized Control for Large-scale Inverter-based Resources for Active Power Tracking
本文提出一种基于原始-对偶的分散式分层容错控制框架,通过底层电流控制与高层自适应功率分配,在考虑线路健康状态下实现IBRs有功功率跟踪,显著降低了故障条件下的功率偏差与调节时间。
2024-07-29 math.OC
Decentralized Consensus Algorithm with Delayed and Stochastic Gradients
我们分析了具有延迟梯度信息的分散一致性算法的收敛性。网络中的节点私有地持有部分目标函数,并且协作地求解总目标的共识最优解,而它们只能与它们的直接邻居通信。在现实世界的网络中,通常很难甚至不可能同步节点,因此它们在计算过程中必须使用陈旧的梯度信息。我们证明了,只要随机时滞在期望上有界,并采用适当的减小步长策略,分散梯度下降法产生的迭代收敛到一个一致的最优解.推导了目标和共识的收敛速度。一些合成的问题和真实世界的地震层析成像数据集在分散的传感器网络的数值结果显示该方法的性能。
2018-01-16 math.OC
A Decentralized Proximal Gradient Tracking Algorithm for Composite Optimization on Riemannian Manifolds
针对黎曼子流形上的复合优化问题,提出去中心化近端梯度跟踪算法,充分利用复合结构,将收敛迭代复杂度降至$\mathcal{O}(ε^{-2})$,数值实验验证了其高效性。
2024-01-21 math.OC
Decentralized Gradient Tracking with Local Steps
University of Toronto(多伦多大学);Westlake University(西湖大学);EPFL(洛桑联邦理工学院);CISPA Helmholtz Center for Information Security(亥姆霍兹信息安全中心)
梯度跟踪(GT)是一种算法,设计用于解决网络上的分散式最优化问题(例如训练机器学习模型)。GT的一个关键特性是一个跟踪机制,可以克服节点之间的数据异构性。我们提出了一种新的分散跟踪机制,$K$ -GT,使通信有效的本地更新GT,同时继承的数据独立性属性的GT。我们证明了收敛速度$K$ -GT光滑非凸函数,并证明它减少了通信开销渐近的线性因子$K$,其中$K$表示的本地步骤的数量。我们说明了这种异质性校正的鲁棒性和有效性凸和非凸基准问题和非凸神经网络训练任务与MNIST数据集。
2023-01-03 cs.DC 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
Decentralized sliding-mode control laws for the bearing-based formation tracking problem
研究了基于时变方位的主从编队目标跟踪问题。代理之间的期望约束由方位向量指定,并且几个领导者以有界的参考速度移动。每个跟随器可以测量其邻居的相对位置,其自己的速度,并从其邻居接收信息。在目标编队为无穷大刚体且各跟随器局部坐标系一致的假设下,基于滑模控制方法,提出了两种控制律。基于李雅普诺夫稳定性理论给出了稳定性分析,并通过数值模拟得到了支持。
2021-10-11 cs.MA math.OC
An introduction to decentralized stochastic optimization with gradient tracking
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学);Tufts University(塔夫茨大学)
有限和最小化的分散解决方案在许多信号处理、控制和机器学习应用中具有重要意义。在这样的设置中,数据分布在任意连接的节点的网络上,并且原始数据共享通常由于通信或隐私约束而被禁止。在这篇文章中,我们回顾了分散随机一阶优化方法,并说明了一些最近的改进,基于梯度跟踪和方差减少,特别侧重于光滑和强凸的目标函数。我们提供了主要技术思想的直观说明以及算法在机器学习模型分散训练背景下的应用。
2019-11-12 cs.LG cs.SY eess.SY
Improved Convergence for Decentralized Stochastic Optimization with Biased Gradients
School of Electrical Engineering, Sichuan University(四川大学电气工程学院)
本文提出Biased-DMT算法,解决去中心化随机优化中偏梯度带来的收敛问题,理论分析显示其在非凸情况下具有线性加速特性,并在稀疏通信网络中保持鲁棒性。
2026-04-09 math.OC
Decentralized projected Riemannian gradient method for smooth optimization on compact submanifolds
针对紧子流形上的去中心化非凸光滑优化,提出 DPRGD 与 DPRGT,分别获得 $\mathcal{O}(1/\sqrt{K})$ 和 $\mathcal{O}(1/K)$ 收敛率,其中 DPRGT 首次实现精确收敛。
2023-09-30 math.OC
Online decentralized tracking for nonlinear time-varying optimal power flow of coupled transmission-distribution grids
输配电网协调交流最优潮流(ACOPF)已成为处理可再生能源(RESs)的高渗透率相关问题的关键。然而,由于隐私问题,获取所有系统细节并集中解决ACOPF是不可行的。间歇性的可再生能源和不可控负荷会迅速改变电网的运行状况。现有的分散最优化方法很少能跟踪时变ACOPF的最优解。在这里,我们提出了一种在线分散最优化方法来跟踪时变的ACOPF的耦合输配电网。首先,时变ACOPF问题转换为一个动态系统的基础上Karush-Kuhn-Tucker条件从控制的角度。其次,发展了一个由对时间的偏导数表示的预测项,以提高动态系统的跟踪精度。第三,一个分散的实施方案,用于解决动态系统的基础上,只有一些信息交换的边界变量。此外,该算法可以直接用于解决非线性潮流方程,而不依赖于凸松弛或线性化技术。数值试验结果表明了该算法的有效性和快速跟踪性能。
2022-08-03 cs.DC 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
Compressed Decentralized Proximal Stochastic Gradient Method for Nonconvex Composite Problems with Heterogeneous Data
首先,我们提出了一个分散的近端随机梯度跟踪方法(DProxSGT)的非凸随机复合问题,数据异构分布在多个工人在一个分散的连接网络。为了节省通信成本,我们扩展DProxSGT的压缩方法,通过压缩通信信息。这两种方法都只需要每个工人的$\mathcal{O}(1)$样本来进行每次邻近更新,这对于在训练深度神经网络时实现良好的泛化性能非常重要。通过对期望损失函数(但不是对每个样本函数)的平滑条件,所提出的方法可以实现最佳样本复杂度结果以产生近平稳点。训练神经网络的数值实验表明,我们的方法比大批量训练方法和动量方差减少方法具有更好的泛化性能,并且通过梯度跟踪方案处理异构数据的能力。
2023-02-28 math.OC
DSA: Decentralized Double Stochastic Averaging Gradient Algorithm
本文考虑网络节点可访问全局目标的和式的凸优化问题。进一步假设这些局部目标中的每一个是函数的有限集的平均。这种设置的动机是解决大规模机器学习问题,其中训练集的元素被分配到多个计算元素。分散的双随机平均梯度(DSA)算法被提出作为一种解决方案的替代方案,依赖于:(i)使用局部随机平均梯度。(ii)将下降步长确定为连续随机平均梯度的差。证明了局部函数的强凸性和局部梯度的Lipschitz连续性保证了DSA生成的序列按期望值的线性收敛。局部迭代进一步示出接近几乎所有实现的最优参数。DSA的预期线性收敛性与现有分散随机最优化方法的次线性速率特性形成对比。对逻辑斯谛回归问题的数值实验表明,相对于这些其他替代方案,收敛时间和处理的特征向量的数量减少,直到收敛。
2015-06-13 math.OC
An Enhanced Gradient-Tracking Bound for Distributed Online Stochastic Convex Optimization
在求解分布式在线随机最优化问题时,基于梯度跟踪(GT)的分散方法已成为分散(随机)梯度下降(DSGD)的一种有效可行的替代方法。对GT方法的初步研究表明,GT方法比DSGD方法具有更差的网络依赖率,这与实验结果相矛盾。这一难题最近得到了解决,GT方法的更严格的费率已经建立,这改进了DSGD。在这项工作中,我们建立了更多的增强率的GT方法在线随机凸设置。我们提出了另一种方法来分析GT方法的凸问题和静态图。与以前的分析相比,这种方法使我们能够建立增强的网络依赖率。
2023-01-07 math.OC
A Stochastic Proximal Gradient Framework for Decentralized Non-Convex Composite Optimization: Topology-Independent Sample Complexity and Communication Efficiency
分散式优化是一种很有前途的并行计算范例,用于定义在节点网络上的大规模数据分析和机器学习问题。研究了具有总体风险或经验风险的分散非凸组合问题。特别地,网络节点的任务是找到局部的、平滑的、可能非凸的风险函数加上可能不可微的扩展值凸正则化子的平均值的近似稳定点。在这个一般配方下,我们提出了第一个可证明有效的随机邻近梯度框架,称为ProxGT。具体来说,我们构建和分析ProxGT的几个实例,分别为不同的问题类的兴趣。值得注意的是,我们表明,这些实例的样本复杂性是网络拓扑无关的,并实现线性加速相比,在一个单一的节点上实现相应的集中式优化方法。
2021-10-04 math.OC
On the Convergence of Nested Decentralized Gradient Methods with Multiple Consensus and Gradient Steps
在本文中,我们考虑最小化的局部凸目标函数在分布式设置,通信和/或计算的成本可能是昂贵的总和。我们扩展和推广了对一类嵌套的基于梯度的分布式算法(NEAR-DGD; Berahas,Bollapragada,Keskar和Wei,2018)的分析,以解释每次迭代时的多个梯度步骤。我们执行多个梯度步骤上的收敛速度收敛速率和收敛的邻域的大小的影响,并证明R-线性收敛的精确解与一个固定的梯度步骤和越来越多的共识步骤。我们测试的性能的广义方法上的二次函数和显示的效果,多个共识和梯度步骤的迭代次数,梯度评估,通信数量和成本。
2021-07-07 math.OC
Resilient Decentralized Preconditioned Stochastic Proximal Optimization with Gradient Sketching over Time-Varying Networks
Hubei Normal University(湖北师范大学);City University of Hong Kong(香港城市大学);University of New South Wales(新南威尔士大学);Southwest University(西南大学);Shenzhen University of Advanced Technology(深圳先进技术研究院)
研究多智能体系统中拜占庭弹性分散随机优化问题,核心方法是通过梯度草图实现方差减少,提出算法RED-SEGA,推导其在时变网络上的理论条件,经实验验证算法有效性与弹性。
2026-10-14 math.OC
Compressed Gradient Tracking Methods for Decentralized Optimization with Linear Convergence
通信压缩技术是解决有限通信条件下的分散最优化问题的一种重要方法,其全局目标是在多智能体网络中仅使用局部计算和对等通信来最小化局部费用函数的平均值.在本文中,我们首先提出了一种新的压缩梯度跟踪算法(C-GT),结合梯度跟踪技术和通信压缩。特别是,C-GT是兼容的一般类的压缩运营商,统一无偏和有偏的压缩机。我们表明,C-GT继承了基于梯度跟踪算法的优点,并实现了强凸和光滑目标函数的线性收敛速率。在本文的第二部分,我们提出了一个基于误差反馈的压缩梯度跟踪算法(EF-C-GT),以进一步提高算法的效率有偏压缩算子。数值例子补充了理论研究结果,并证明了所提出的算法的效率和灵活性。
2021-06-18 cs.DC cs.MA cs.SI
Gradient tracking and variance reduction for decentralized optimization and machine learning
解决有限和最小化问题的分散式方法在许多信号处理和机器学习任务中是重要的,其中数据分布在节点网络上,并且由于隐私和/或资源约束而不允许原始数据共享。在这篇文章中,我们回顾了分散随机一阶方法,并提供了一个统一的算法框架,结合方差减少与梯度跟踪,以实现鲁棒性能和快速收敛。当目标函数是光滑的和强凸的时,我们给出了相应方法的明确的理论保证,并通过数值实验证明了它们对非凸问题的适用性。在整篇文章中,我们通过对感兴趣的方法进行适当的权衡和比较,并通过突出机器学习模型的分散训练应用,直观地说明了主要的技术思想。
2020-02-13 cs.DC cs.LG cs.MA
A New Delay Dependent Robust Fixed-Order Decentralized Output Feedback LFC Design for Interconnected Multi-Area Power Systems
针对时滞相关的非线性互联多区域电力系统,采用基于积分的分散固定阶扰动动态输出跟踪方法,提出了一种新的负荷频率控制(LFC)设计方法。跟踪控制器的设计,使植物和动态输出控制器的参数变化以及负载扰动的影响最小化。每个控制器的输入和输出都是局部的,并且这些独立的控制器被设计成使得整个闭环系统的鲁棒稳定性得到保证。两个和三个区域的电力系统的仿真结果,以验证所提出的设计方案的有效性。仿真结果表明,分散控制系统的性能良好,即使在电力系统中存在大的参数摄动和不可预测的干扰。
2014-12-16 math.OC
Asynchronous decentralized accelerated stochastic gradient descent
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院)
本文针对分布式随机最优化问题,提出了一种异步分布式加速随机梯度下降算法,并考虑了通信和同步问题。我们建立了$\mathcal{O}(1/ε)$(分别,$\mathcal{O}(1/\sqrtε)$)通信复杂度和$\mathcal{O}(1/ε^2)$(分别,$\mathcal{O}(1/ε)$)用于求解一般凸的采样复杂度(分别,强凸)问题。
2018-09-24 cs.LG math.OC
Gradient-Type Methods For Decentralized Optimization Problems With Polyak-Łojasiewicz Condition Over Time-Varying Networks
针对时变网络中满足 PL 条件的去中心化最小化与鞍点问题,提出带一致性机制和不精确梯度的梯度类方法,并通过稳健最小二乘实验验证其效率。
2024-05-12 math.OC
Accelerating Gradient Tracking with Periodic Global Averaging
针对去中心化优化中梯度跟踪算法每步通信成本高的问题,提出结合周期性全局平均的GT-PGA算法,通过调整全局平均周期弥补网络连通性不足,在随机非凸场景下提升收敛速度,稀疏网络效果更显著。
2024-09-16 math.OC
Decentralized Proximal Gradient Algorithms with Linear Convergence Rates
研究了一类非光滑分散多智能体最优化问题,其中智能体的目标是最小化局部强凸光滑分量和公共非光滑项之和.我们提出了一个通用的原始对偶算法框架,统一了许多现有的最先进的算法。我们建立了线性收敛所提出的方法的精确解的非光滑项的存在。此外,对于更一般的一类代理特定的非光滑项的问题,我们表明,线性收敛不能实现(在最坏的情况下)的类算法,使用的梯度和近端映射的光滑和非光滑的部分,分别。我们还提供了一个数值反例,显示了一些国家的最先进的算法无法线性收敛的强凸目标和不同的本地非光滑项。
2020-07-09 math.OC
AdGT: Decentralized Gradient Tracking with Adaptive Per-Agent Stepsizes
Aalto University(阿尔托大学);Norwegian University of Science and Technology (NTNU)(挪威科技大学)
AdGT是一种自适应梯度追踪方法,通过根据局部目标的光滑度调整步长,实现去中心化优化的线性收敛。
2026-09-15 cs.SY eess.SY math.OC
SUN-DSBO: A Structured Unified Framework for Nonconvex Decentralized Stochastic Bilevel Optimization
Southern University of Science and Technology(南方科技大学);Pengcheng Laboratory(鹏城实验室);Sun Yat-sen University(中山大学);National Center for Applied Mathematics Shenzhen(深圳应用数学国家中心)
SUN-DSBO提出了一种非凸分布式随机双层优化的结构化统一框架,支持非凸上层和下层目标函数,并通过梯度跟踪技术实现线性加速。
2026-01-30 math.OC
DAMA: A Unified Accelerated Approach for Decentralized Nonconvex Minimax Optimization-Part I: Algorithm Development and Results
Institute of Electrical and Micro Engineering, École Polytechnique Fédérale de Lausanne(洛桑联邦理工学院电气与微电子研究所);Kuwait University(科威特大学)
DAMA是一种用于去中心化非凸极小极大优化的统一加速方法,整合了多种去中心化学习策略和加速梯度技术,实现了更灵活的框架和更优的性能界限。
2025-12-15 math.OC
Decentralized Learning with Lazy and Approximate Dual Gradients
本文开发了在网络上进行分散式机器学习的算法,其中数据是分布式的,计算是本地化的,并且邻居之间的通信受到限制。这一领域最近的一系列研究集中在提高计算和通信复杂性上。SSDA和MSDA方法\cite{scaman2017optimal}在目标光滑和强凸时具有最优的通信复杂度,并且推导简单。然而,它们需要在每一步解决一个子问题。我们提出了新的算法,节省计算通过使用(随机)梯度和保存通信时,以前的信息是足够有用的。我们的方法仍然相对简单-而不是解决一个子问题,他们从最新的点运行卡秋莎一个小的,固定的步骤。一个易于计算的本地规则用于决定工人是否可以跳过一轮通信。此外,我们的方法可证明降低通信和计算的复杂性SSDA和MSDA。在数值实验中,我们的算法实现了显着的计算和通信减少相比,国家的最先进的。
2020-08-04 math.OC
Composite and Stochastic Smoothed Decentralized Bregman Proximal-Gradient Methods
The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学);Xiangtan University(湘潭大学);Beijing Normal-Hong Kong Baptist University(北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院);Guangzhou Nanfang College(广州南方学院)
该研究扩展了平滑去中心化Bregman邻近梯度方法,针对节点特定正则化项与随机局部梯度给出理论界,实验验证其性能并评估四次Bregman核的效果。
2026-10-14 math.OC
Convergence Rates of Decentralized Gradient Methods over Cluster Networks
我们提出了一个分散的共识为基础的梯度(DCG)方法解决最优化问题的集群网络的节点的性能分析。这种类型的网络由许多密集连接的集群组成,它们之间具有稀疏连接。集群网络上的分散算法被观察到构成了两个时间尺度的动态,其中任何集群内的信息混合速度都比跨集群的信息混合速度快得多。基于这一观察,我们提出了一种新的分析研究集群网络上的DCG方法的收敛性。特别是,我们表明,这些方法收敛速度$\ln(T)/T$和规模的集群,这是相对较小的网络的大小的数量。我们的结果改进了现有的分析,这些方法显示出随着网络的大小而扩展。在我们的分析中的关键技术是考虑一个新的李雅普诺夫函数,捕捉多个时间尺度动态的影响,这种方法的收敛性。我们还说明了我们的理论结果,通过一些数值模拟使用DCG方法在不同的集群网络。
2021-10-13 math.OC
Decentralized Constrained Optimization: Double Averaging and Gradient Projection
本文研究了强连通有向图上带凸约束的凸有限和极小化问题。该约束是一个交集的几个凸集,每个已知的只有一个节点。为了解决这个问题,我们提出了一种新的分散投影梯度格式的基础上局部平均和证明其收敛性仅使用局部函数的光滑性。
2021-06-21 cs.DC math.OC
Graph topology invariant gradient and sampling complexity for decentralized and stochastic optimization
分散式多智能体优化中的一个基本问题是梯度/采样复杂度和通信复杂度之间的权衡。我们提出了新的算法,其梯度和采样的复杂性是图形拓扑不变的,而他们的通信复杂性保持最佳。对于凸光滑确定性问题,我们提出了一个原始对偶滑动(PDS)算法,计算$ε$ -解决方案与$O((\tilde{L}/ε)^{1/2})$梯度和$O((\tilde{L}/ε)^{1/2}+\|\mathcal{A}\|/ε)$通信复杂性,其中$\tilde{L}$是光滑参数的目标和$\mathcal{A}$是相关的图形拉普拉斯算子或转置的通信网络的定向关联矩阵。在$μ$-强凸性下,结果可分别改进为$O((\tilde{L}/μ)^{1/2}\log(1/ε))$和$O((\tilde{L}/μ)^{1/2}\log(1/ε) + \|\mathcal{A}\|/ε^{1/2})$.我们还提出了一个随机变量,原始对偶滑动(SPDS)算法的随机梯度问题。SPDS算法利用小批量技术,使代理同时执行采样和通信。它计算具有$O((\tilde{L}/ε)^{1/2} + (σ/ε)^2)$采样复杂度的随机$ε$ -解,该解可以改进为具有强凸性的$O((\tilde{L}/μ)^{1/2}\log(1/ε) + σ^2/ε)$。这里$σ^2$是方差。SPDS的通信复杂度与确定性情形相同。所有上述梯度和采样复杂度都与集中式凸光滑优化的复…
2021-01-13 math.OC
SUDA-Muon: Structural Design Principles and Boundaries for Fully Decentralized Muon
Sichuan University(四川大学);Peking University(北京大学);Beihang University(北京航空航天大学)
本文提出SUDA-Muon算法,通过统一的对偶通信模板实现算法模块化,证明了非渐近收敛性,并展示了在非中心化设置下的有效性。
2026-04-27 math.OC
Convergence results of a nested decentralized gradient method for non-strongly convex problems
研究了求解分布式最优化问题的NEAR-DGD $^+$(Nested Exact Alternating Recursion Distributed Gradient Descent)方法的收敛性。在局部目标函数的强凸性和梯度的Lipschitz连续性的假设下,证明了\cite{BBKW - Near DGD}算法的线性收敛性.本文研究了非强凸性条件下NEAR-DGD $^+$的收敛性。更准确地说,我们建立了以下两种情况下的收敛性结果:(1)当目标函数只假设凸性。(2)当目标函数表示为强凸函数和亏秩矩阵的复合函数时,它属于凸函数和准强凸函数类。数值结果支持收敛结果。
2022-06-27 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
Sporadic Gradient Tracking over Directed Graphs: A Theoretical Perspective on Decentralized Federated Learning
School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN, USA(电气与计算机工程学院,普渡大学,西拉法基,印第安纳州,美国);Department of Computer Science and Engineering, Yonsei University, Seoul, South Korea(计算机科学与工程系,延世大学,首尔,韩国);Department of Electrical Engineering, University at Buffalo -- SUNY, Buffalo, NY, USA(电气工程系,布法罗大学——SUNY,布法罗,纽约州,美国)
本文提出Spod-GT算法,通过在一般有向图上允许客户端特定的梯度计算频率和异构通信频率,解决去中心化联邦学习中的数据异质性和资源可用性问题,并通过实验验证其有效性。
2026-01-31 cs.LG math.OC
A Linearly Convergent Proximal Gradient Algorithm for Decentralized Optimization
分散式优化是一个强大的范例,在工程和学习设计中找到应用。本文研究了具有非光滑正则项的分散复合最优化问题。已知大多数现有的基于梯度的邻近分散方法以次线性速率收敛到最优解,并且仍然不清楚这类方法是否可以实现全局线性收敛。为了解决这个问题,这项工作假设非光滑正则化项在所有网络代理中是共同的,这是许多机器学习问题的情况。在此条件下,我们设计了一个近似梯度分散算法,其不动点与期望的最小值重合。然后,我们提供了一个简洁的证明,建立其线性收敛。在没有非光滑项的情况下,我们的分析技术涵盖了众所周知的EXTRA算法,并提供了有用的界的收敛速度和步长。
2019-10-25 cs.DC math.OC
Decentralized Mobile Target Tracking Using Consensus-Based Estimation with Nearly-Constant-Velocity Modeling
Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Iran.(机械工程学院,塞姆南大学,伊朗);Mechatronics Department, Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Iran.(机械电子学系,机械工程学院,塞姆南大学,伊朗)
本研究提出一种结合近恒定速度模型与基于一致性估计滤波器的分散式移动目标跟踪框架,通过共享局部观测和饱和滤波技术提升鲁棒性,仿真证明其能有效降低均方估计误差并增强系统可靠性。
2024-12-04 cs.MA cs.RO cs.SY
Decentralized Nonconvex Composite Federated Learning with Gradient Tracking and Momentum
School of Cyber Science & Engineering, Southeast University(东南大学网络空间科学与工程学院);Institute of Artificial Intelligence (TeleAI) of China Telecom(中国电信人工智能研究院);School of Mathematics, Southeast University(东南大学数学学院);Purple Mountain Laboratories(紫金山实验室)
针对分布式非凸复合联邦学习问题,提出DEPOSITUM算法,其通过梯度跟踪机制适配两类动量,支持多轮局部更新,理论上具低迭代复杂度,实验验证其有效性与竞争力。
2026-08-11 cs.DC cs.LG math.OC
Robust Decentralized State Estimation and Tracking for Power Systems via Network Gossiping
提出了一种基于网络流言的电力系统全分散自适应重加权状态估计(DARSE)方法。使能技术是提出的基于Gossip的高斯-牛顿(GGN)算法,该算法允许利用每个区域(即从本地传感器获取数据的数据库服务器)的计算能力来协作求解准确的全局状态。DARSE方案通过在线更新其误差方差并自适应地重新加权其贡献以用于状态估计来减轻坏数据的影响。因此,可以使用每个区域中的近邻通信来鲁棒地估计和跟踪全局状态。与其他分布式状态估计技术相比,我们的通信模型是灵活的重新配置和弹性的随机故障,只要通信网络连接。此外,我们证明了潮流方程的雅可比矩阵满足Lipschitz条件,这是必不可少的GGN算法收敛到所需的解决方案。IEEE-118系统的仿真结果表明,DARSE方案可以在线准确地估计和跟踪全局电力系统状态,并在存在随机故障和坏数据时优雅地降级。
2013-06-25 cs.DC 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
Decentralized Federated Learning with Gradient Tracking over Time-Varying Directed Networks
School of Electrical, Computer and Energy Engineering, Arizona State University(亚利桑那州立大学电气、计算机与能源工程学院);Department of Electrical and Computer Engineering, Princeton University(普林斯顿大学电气与计算机工程系)
针对时变有向图去中心化学习,提出结合梯度跟踪与动量的DSGTm-TV算法,支持不协调超参数下线性收敛,并在图像和NLP任务中验证有效性。
2024-09-25 cs.LG math.OC