The slow convergence rate and pathological curvature issues of first-order gradient methods for training deep neural networks, initiated an ongoing effort for developing faster $\mathit{second}$-$\mathit{order}$ optimization algorithms beyond SGD, without compromising the generalization error. Despite their remarkable convergence rate ($\mathit{independent}$ of the training batch size $n$), second-order algorithms incur a daunting slowdown in the $\mathit{cost}$ $\mathit{per}$ $\mathit{iteration}$ (inverting the Hessian matrix of the loss function), which renders them impractical. Very recently, this computational overhead was mitigated by the works of [ZMG19,CGH+19}, yielding an $O(mn^2)$-time second-order algorithm for training two-layer overparametrized neural networks of polynomial width $m$. We show how to speed up the algorithm of [CGH+19], achieving an $\tilde{O}(mn)$-time backpropagation algorithm for training (mildly overparametrized) ReLU networks, which is near-linear in the dimension ($mn$) of the full gradient (Jacobian) matrix. The centerpiece of our algorithm is to reformulate the Gauss-Newton iteration as an $\ell_2$-regression problem, and then use a Fast-JL type dimension reduction to $\mathit{precondition}$ the underlying Gram matrix in time independent of $M$, allowing to find a sufficiently good approximate solution via $\mathit{first}$-$\mathit{order}$ conjugate gradient. Our result provides a proof-of-concept that advanced machinery from randomized linear algebra -- which led to recent breakthroughs in $\mathit{convex}$ $\mathit{optimization}$ (ERM, LPs, Regression) -- can be carried over to the realm of deep learning as well.


翻译:用于培训深神经网络的第一阶梯度方法的缓慢趋同率和病理曲度问题 { mathit{ per} $\ mathit{ attle $ (推翻损失功能的赫西安基基) $- $- $\ mathit{ 命令} 优化算法超越 SGD, 同时又不影响一般化错误。 尽管它们惊人的趋同率 ($\ mathit{ 独立 ), 第二阶算法在 $\ mathit} 用于培训双层超偏偏差的神经网络中, $\ mathitati{ 美元 自动调慢化。 我们展示了如何加速[Chg+19] 的算法, 使内部损耗赫西特基纳基纳基纳基调的基调解算法(美元)

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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