In recent years, implicit deep learning has emerged as a method to increase the depth of deep neural networks. While their training is memory-efficient, they are still significantly slower to train than their explicit counterparts. In Deep Equilibrium Models (DEQs), the training is performed as a bi-level problem, and its computational complexity is partially driven by the iterative inversion of a huge Jacobian matrix. In this paper, we propose a novel strategy to tackle this computational bottleneck from which many bi-level problems suffer. The main idea is to use the quasi-Newton matrices from the forward pass to efficiently approximate the inverse Jacobian matrix in the direction needed for the gradient computation. We provide a theorem that motivates using our method with the original forward algorithms. In addition, by modifying these forward algorithms, we further provide theoretical guarantees that our method asymptotically estimates the true implicit gradient. We empirically study this approach in many settings, ranging from hyperparameter optimization to large Multiscale DEQs applied to CIFAR and ImageNet. We show that it reduces the computational cost of the backward pass by up to two orders of magnitude. All this is achieved while retaining the excellent performance of the original models in hyperparameter optimization and on CIFAR, and giving encouraging and competitive results on ImageNet.


翻译:近些年来,隐含的深层学习逐渐成为一种提高深神经网络深度的方法。虽然它们的训练是记忆效率高的,但是它们的训练速度仍然大大低于其直观的对应人员。在深平衡模型(DEQs)中,培训是作为双级问题进行的,其计算复杂性部分是由于庞大的雅各布矩阵的迭接反转作用所驱动的。在本文中,我们提出了一个解决这一计算瓶颈的新战略,许多双级问题都由此而受到影响。主要想法是从前传到有效接近向梯度计算所需方向的准纽顿矩阵。我们提供了一种理论,用我们的方法用原始的前向算法来激励。此外,我们通过修改这些前向算法,我们进一步提供了理论保证,我们的方法只能对真实的隐含的梯度作出无偏移的估算。我们从超光谱优化到大型多级DEQs应用到CIFAR和图像网络网络。我们表明,它降低了后向矩阵的计算成本,同时通过最优的模型和最有竞争力的模型,在高水平上保持了最优的模型。

0
下载
关闭预览

相关内容

【如何做研究】How to research ,22页ppt
专知会员服务
108+阅读 · 2021年4月17日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
随波逐流:Similarity-Adaptive and Discrete Optimization
我爱读PAMI
5+阅读 · 2018年2月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Arxiv
0+阅读 · 2021年8月24日
Implicit Maximum Likelihood Estimation
Arxiv
7+阅读 · 2018年9月24日
Few Shot Learning with Simplex
Arxiv
5+阅读 · 2018年7月27日
Arxiv
5+阅读 · 2017年12月14日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
随波逐流:Similarity-Adaptive and Discrete Optimization
我爱读PAMI
5+阅读 · 2018年2月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员