This work establishes low test error of gradient flow (GF) and stochastic gradient descent (SGD) on two-layer ReLU networks with standard initialization, in three regimes where key sets of weights rotate little (either naturally due to GF and SGD, or due to an artificial constraint), and making use of margins as the core analytic technique. The first regime is near initialization, specifically until the weights have moved by $\mathcal{O}(\sqrt m)$, where $m$ denotes the network width, which is in sharp contrast to the $\mathcal{O}(1)$ weight motion allowed by the Neural Tangent Kernel (NTK); here it is shown that GF and SGD only need a network width and number of samples inversely proportional to the NTK margin, and moreover that GF attains at least the NTK margin itself, which suffices to establish escape from bad KKT points of the margin objective, whereas prior work could only establish nondecreasing but arbitrarily small margins. The second regime is the Neural Collapse (NC) setting, where data lies in extremely-well-separated groups, and the sample complexity scales with the number of groups; here the contribution over prior work is an analysis of the entire GF trajectory from initialization. Lastly, if the inner layer weights are constrained to change in norm only and can not rotate, then GF with large widths achieves globally maximal margins, and its sample complexity scales with their inverse; this is in contrast to prior work, which required infinite width and a tricky dual convergence assumption. As purely technical contributions, this work develops a variety of potential functions and other tools which will hopefully aid future work.
翻译:这项工作在具有标准初始化标准的双层 ReLU 网络中建立了低度梯度流( GF) 和 随机梯度梯度下降(SGD) 测试错误, 在三套制度下, 关键重量组的旋转很少( 自然是由于 GF 和 SGD ), 或者由于人为的制约), 并且使用边距作为核心分析技术。 第一个制度接近初始化, 特别是直到重量由 $\ mathcal{O} (\ sqrt m) 移动, 美元表示网络宽度, 与 $mathcal {O}(1) (l) 美元宽度幅度形成鲜明对比, 在三个制度中, 关键重量组( GEGD) 和 SGD 只需要网络宽度和样本数量, 而 GEF 本身至少达到 NTK 差值本身的差值, 足以证明偏离差点, 而先前的工作只能建立非崩溃的, 而不是任意的两边际 。 第二种制度 螺旋 螺旋 螺旋 螺旋 螺旋 螺旋 螺旋 曲线 的 的 的 曲线 的底 的 的底 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 方向 的 的 的 的 的 的 方向 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 和 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的