Bayesian methods, distributionally robust optimization methods, and regularization methods are three pillars of trustworthy machine learning hedging against distributional uncertainty, e.g., the uncertainty of an empirical distribution compared to the true underlying distribution. This paper investigates the connections among the three frameworks and, in particular, explores why these frameworks tend to have smaller generalization errors. Specifically, first, we suggest a quantitative definition for "distributional robustness", propose the concept of "robustness measure", and formalize several philosophical concepts in distributionally robust optimization. Second, we show that Bayesian methods are distributionally robust in the probably approximately correct (PAC) sense; In addition, by constructing a Dirichlet-process-like prior in Bayesian nonparametrics, it can be proven that any regularized empirical risk minimization method is equivalent to a Bayesian method. Third, we show that generalization errors of machine learning models can be characterized using the distributional uncertainty of the nominal distribution and the robustness measures of these machine learning models, which is a new perspective to bound generalization errors, and therefore, explain the reason why distributionally robust machine learning models, Bayesian models, and regularization models tend to have smaller generalization errors.


翻译:Bayesian 方法、 分布稳健的优化方法和正规化方法是值得信赖的机器学习避免分配不确定性的三大支柱,例如, 实证分布与真实基本分布相比的不确定性; 本文调查三个框架之间的联系,特别是探讨这些框架为什么倾向于出现较小的概括化错误。 具体地说, 首先, 我们提出“ 分配稳健性” 的量化定义, 提出“ 分配稳健性衡量” 概念, 并在分配稳健优化中正式确定若干哲学概念。 第二, 我们表明, 巴耶斯方法在分布上很稳健, 可能大致正确( PAC) ; 此外, 通过在巴耶斯非参数中建立类似于Drichlet- 过程, 可以证明任何正规化实证风险最小化方法都等同于巴耶斯方法。 第三, 我们表明, 机器学习模型的概括性错误可以用名义分布不确定性和这些机器学习模型的稳健度衡量方法来定性。 这是限制一般错误的新视角, 从而解释为何分配稳健的机器学习模型、 巴耶斯模型和正规化模式具有较小的一般模式。

0
下载
关闭预览

相关内容

自然语言处理顶会NAACL2022最佳论文出炉!
专知会员服务
42+阅读 · 2022年6月30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
专知会员服务
161+阅读 · 2020年1月16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
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24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
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年9月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013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 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月6日
Arxiv
0+阅读 · 2023年3月5日
Generalized Out-of-Distribution Detection: A Survey
Arxiv
15+阅读 · 2021年10月21日
Arxiv
38+阅读 · 2021年8月31日
Arxiv
16+阅读 · 2021年7月18日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24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
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年9月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013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 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员