Adam [Kingma and Ba, 2015] is the de facto optimizer in deep learning, yet its theoretical understanding remains limited. Prior analyses show that Adam favors solutions aligned with $\ell_\infty$-geometry, but these results are restricted to the full-batch regime. In this work, we study the implicit bias of incremental Adam (using one sample per step) for logistic regression on linearly separable data, and we show that its bias can deviate from the full-batch behavior. To illustrate this, we construct a class of structured datasets where incremental Adam provably converges to the $\ell_2$-max-margin classifier, in contrast to the $\ell_\infty$-max-margin bias of full-batch Adam. For general datasets, we develop a proxy algorithm that captures the limiting behavior of incremental Adam as $\beta_2 \to 1$ and we characterize its convergence direction via a data-dependent dual fixed-point formulation. Finally, we prove that, unlike Adam, Signum [Bernstein et al., 2018] converges to the $\ell_\infty$-max-margin classifier for any batch size by taking $\beta$ close enough to 1. Overall, our results highlight that the implicit bias of Adam crucially depends on both the batching scheme and the dataset, while Signum remains invariant.


翻译:Adam [Kingma and Ba, 2015] 是深度学习中的实际标准优化器,但其理论理解仍然有限。先前分析表明Adam倾向于与$\ell_\infty$几何对齐的解,但这些结果仅限于全批次机制。本工作中,我们研究了增量Adam(每步使用一个样本)在线性可分数据上逻辑回归的隐式偏差,并证明其偏差可能偏离全批次行为。为说明此现象,我们构建了一类结构化数据集,其中增量Adam可证明收敛到$\ell_2$最大间隔分类器,这与全批次Adam的$\ell_\infty$最大间隔偏差形成对比。对于一般数据集,我们开发了一个代理算法,该算法捕捉了当$\beta_2 \to 1$时增量Adam的极限行为,并通过数据依赖的对偶不动点公式刻画其收敛方向。最后,我们证明与Adam不同,Signum [Bernstein et al., 2018] 通过使$\beta$足够接近1,可在任意批次大小下收敛到$\ell_\infty$最大间隔分类器。总体而言,我们的结果强调Adam的隐式偏差关键取决于批处理方案和数据集,而Signum则保持不变。

0
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
44+阅读 · 2019年1月3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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
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
44+阅读 · 2019年1月3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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
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