Transfer learning, or domain adaptation, is concerned with machine learning problems in which training and testing data come from possibly different probability distributions. In this work, we give an information-theoretic analysis on the generalization error and excess risk of transfer learning algorithms, following a line of work initiated by Russo and Xu. Our results suggest, perhaps as expected, that the Kullback-Leibler (KL) divergence $D(\mu||\mu')$ plays an important role in the characterizations where $\mu$ and $\mu'$ denote the distribution of the training data and the testing test, respectively. Specifically, we provide generalization error upper bounds for the empirical risk minimization (ERM) algorithm where data from both distributions are available in the training phase. We further apply the analysis to approximated ERM methods such as the Gibbs algorithm and the stochastic gradient descent method. We then generalize the mutual information bound with $\phi$-divergence and Wasserstein distance. These generalizations lead to tighter bounds and can handle the case when $\mu$ is not absolutely continuous with respect to $\mu'$. Furthermore, we apply a new set of techniques to obtain an alternative upper bound which gives a fast (and optimal) learning rate for some learning problems. Finally, inspired by the derived bounds, we propose the InfoBoost algorithm in which the importance weights for source and target data are adjusted adaptively in accordance to information measures. The empirical results show the effectiveness of the proposed algorithm.


翻译:在这项工作中,我们根据Russo和Xu发起的一系列工作,对一般化错误和转移学习算法的超风险进行了信息理论分析。我们进一步运用了分析方法来估计机构风险管理方法,例如Gibbs算法和随机梯度梯度下降法。然后,我们用美元和瓦塞尔斯坦距离来概括相互信息。这些一般化导致更紧密的界限,当$mu$的适应性算法不是绝对的衡量标准时,我们就可以处理案件。

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