Automatic differentiation (autodiff) has revolutionized machine learning. It allows expressing complex computations by composing elementary ones in creative ways and removes the burden of computing their derivatives by hand. More recently, differentiation of optimization problem solutions has attracted widespread attention with applications such as optimization as a layer, and in bi-level problems such as hyper-parameter optimization and meta-learning. However, the formulas for these derivatives often involve case-by-case tedious mathematical derivations. In this paper, we propose a unified, efficient and modular approach for implicit differentiation of optimization problems. In our approach, the user defines (in Python in the case of our implementation) a function $F$ capturing the optimality conditions of the problem to be differentiated. Once this is done, we leverage autodiff of $F$ and implicit differentiation to automatically differentiate the optimization problem. Our approach thus combines the benefits of implicit differentiation and autodiff. It is efficient as it can be added on top of any state-of-the-art solver and modular as the optimality condition specification is decoupled from the implicit differentiation mechanism. We show that seemingly simple principles allow to recover many recently proposed implicit differentiation methods and create new ones easily. We demonstrate the ease of formulating and solving bi-level optimization problems using our framework. We also showcase an application to the sensitivity analysis of molecular dynamics.


翻译:自动差异( autodiff) 使机器学习发生了革命性的变化。 它允许通过以创造性的方式将基本数据以创造性的方式组合为基本数据来表达复杂的计算方法, 并消除手工计算衍生物的负担。 最近, 优化问题解决方案的区别吸引了广泛的关注, 应用程序包括优化的一层, 以及超参数优化和元学习等双层问题。 然而, 这些衍生物的公式往往涉及逐个案例的重复性数学衍生。 在本文中, 我们建议了一种统一、 高效和模块化的方法, 以隐含的优化问题区分。 在我们的方法中, 用户定义了一种用美元来捕捉问题的最佳性条件。 一旦这样做, 我们就会自动利用美元和隐含的区别来自动区分优化问题。 我们的方法将隐含的区分和自定义的数学衍生物的惠益结合起来。 高效的办法是在任何州级解决方案和模块中添加一种统一、 最佳性规格都与隐含的区分机制脱钩。 我们展示了表面上简单的原则, 从而恢复了我们隐含的优化性框架。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年9月7日
一份简单《图神经网络》教程,28页ppt
专知会员服务
123+阅读 · 2020年8月2日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
110+阅读 · 2020年5月15日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
已删除
将门创投
7+阅读 · 2019年3月28日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Arxiv
0+阅读 · 2021年7月18日
Arxiv
6+阅读 · 2021年6月24日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
50+阅读 · 2020年12月20日
Arxiv
7+阅读 · 2020年6月29日
Meta-Learning with Implicit Gradients
Arxiv
13+阅读 · 2019年9月10日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
已删除
将门创投
7+阅读 · 2019年3月28日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【推荐】YOLO实时目标检测(6fps)
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年11月5日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员