Symmetries exist abundantly in the loss function of neural networks. We characterize the learning dynamics of stochastic gradient descent (SGD) when exponential symmetries, a broad subclass of continuous symmetries, exist in the loss function. We establish that when gradient noises do not balance, SGD has the tendency to move the model parameters toward a point where noises from different directions are balanced. Here, a special type of fixed point in the constant directions of the loss function emerges as a candidate for solutions for SGD. As the main theoretical result, we prove that every parameter $\theta$ connects without loss function barrier to a unique noise-balanced fixed point $\theta^*$. The theory implies that the balancing of gradient noise can serve as a novel alternative mechanism for relevant phenomena such as progressive sharpening and flattening and can be applied to understand common practical problems such as representation normalization, matrix factorization, warmup, and formation of latent representations.


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损失函数,在AI中亦称呼距离函数,度量函数。此处的距离代表的是抽象性的,代表真实数据与预测数据之间的误差。损失函数(loss function)是用来估量你模型的预测值f(x)与真实值Y的不一致程度,它是一个非负实值函数,通常使用L(Y, f(x))来表示,损失函数越小,模型的鲁棒性就越好。损失函数是经验风险函数的核心部分,也是结构风险函数重要组成部分。
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