Understanding when the noise in stochastic gradient descent (SGD) affects generalization of deep neural networks remains a challenge, complicated by the fact that networks can operate in distinct training regimes. Here we study how the magnitude of this noise $T$ affects performance as the size of the training set $P$ and the scale of initialization $\alpha$ are varied. For gradient descent, $\alpha$ is a key parameter that controls if the network is `lazy' ($\alpha\gg 1$) or instead learns features ($\alpha\ll 1$). For classification of MNIST and CIFAR10 images, our central results are: (i) obtaining phase diagrams for performance in the $(\alpha,T)$ plane. They show that SGD noise can be detrimental or instead useful depending on the training regime. Moreover, although increasing $T$ or decreasing $\alpha$ both allow the net to escape the lazy regime, these changes can have opposite effects on performance. (ii) Most importantly, we find that key dynamical quantities (including the total variations of weights during training) depend on both $T$ and $P$ as power laws, and the characteristic temperature $T_c$, where the noise of SGD starts affecting performance, is a power law of $P$. These observations indicate that a key effect of SGD noise occurs late in training, by affecting the stopping process whereby all data are fitted. We argue that due to SGD noise, nets must develop a stronger `signal', i.e. larger informative weights, to fit the data, leading to a longer training time. The same effect occurs at larger training set $P$. We confirm this view in the perceptron model, where signal and noise can be precisely measured. Interestingly, exponents characterizing the effect of SGD depend on the density of data near the decision boundary, as we explain.


翻译:当深心梯度下降(SGD)的噪音影响深心神经网络的普及时,了解这种噪音的噪音仍然是一个挑战,由于网络可以在不同的培训制度下运作,因此情况变得复杂。这里我们研究的是,由于培训规定的规模($P美元)和初始化规模($alpha美元)各不相同,这种噪音的规模如何影响性能。对于梯度下降,$alpha$是一个关键参数,如果网络是“懒惰的”($alpha\gg 1美元),或者不是学习性能($alpha\gg 1美元),那么对于MNIST和CIFAR10图像的分类来说,我们的核心结果是:(一) 以美元(alpha,T) 美元($) 来获取阶段性能图图。它们表明,SGD的噪音噪音噪音会有害或有用。 此外,虽然增加美元($)或减少美元($)的值,这些变化会影响到网络的性能作用, 最重要的是,我们发现关键的动态数量(包括培训期间的重量总重量变化) 以美元(美元) 数据在SGDGDDD 训练的特性上, 数据在Sdestrate State Stal 。

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