We derive high-dimensional scaling limits and fluctuations for the online least-squares Stochastic Gradient Descent (SGD) algorithm by taking the properties of the data generating model explicitly into consideration. Our approach treats the SGD iterates as an interacting particle system, where the expected interaction is characterized by the covariance structure of the input. Assuming smoothness conditions on moments of order up to eight orders, and without explicitly assuming Gaussianity, we establish the high-dimensional scaling limits and fluctuations in the form of infinite-dimensional Ordinary Differential Equations (ODEs) or Stochastic Differential Equations (SDEs). Our results reveal a precise three-step phase transition of the iterates; it goes from being ballistic, to diffusive, and finally to purely random behavior, as the noise variance goes from low, to moderate and finally to very-high noise setting. In the low-noise setting, we further characterize the precise fluctuations of the (scaled) iterates as infinite-dimensional SDEs. We also show the existence and uniqueness of solutions to the derived limiting ODEs and SDEs. Our results have several applications, including characterization of the limiting mean-square estimation or prediction errors and their fluctuations which can be obtained by analytically or numerically solving the limiting equations.


翻译:注:Proper Nouns直接使用英文。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2023新书】随机模型基础,815页pdf
专知会员服务
100+阅读 · 2023年5月10日
【2023新书】使用Python进行统计和数据可视化,554页pdf
专知会员服务
126+阅读 · 2023年1月29日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
【硬核书】树与网络上的概率,716页pdf
专知会员服务
72+阅读 · 2021年12月8日
【ACML2020】张量网络机器学习:最近的进展和前沿,109页ppt
专知会员服务
54+阅读 · 2020年12月15日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
19+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月22日
VIP会员
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
5+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员