We describe an algorithm that learns two-layer residual units using rectified linear unit (ReLU) activation: suppose the input $\mathbf{x}$ is from a distribution with support space $\mathbb{R}^d$ and the ground-truth generative model is a residual unit of this type, given by $\mathbf{y} = \boldsymbol{B}^\ast\left[\left(\boldsymbol{A}^\ast\mathbf{x}\right)^+ + \mathbf{x}\right]$, where ground-truth network parameters $\boldsymbol{A}^\ast \in \mathbb{R}^{d\times d}$ represent a full-rank matrix with nonnegative entries and $\boldsymbol{B}^\ast \in \mathbb{R}^{m\times d}$ is full-rank with $m \geq d$ and for $\boldsymbol{c} \in \mathbb{R}^d$, $[\boldsymbol{c}^{+}]_i = \max\{0, c_i\}$. We design layer-wise objectives as functionals whose analytic minimizers express the exact ground-truth network in terms of its parameters and nonlinearities. Following this objective landscape, learning residual units from finite samples can be formulated using convex optimization of a nonparametric function: for each layer, we first formulate the corresponding empirical risk minimization (ERM) as a positive semi-definite quadratic program (QP), then we show the solution space of the QP can be equivalently determined by a set of linear inequalities, which can then be efficiently solved by linear programming (LP). We further prove the strong statistical consistency of our algorithm, and demonstrate its robustness and sample efficiency through experimental results on synthetic data and a set of benchmark regression datasets.


翻译:我们描述一个使用校正线性单位( ReLU) 激活来学习两层还原单位的算法: 假设输入 $\ mathbf{x} $ 是来自支持空间的分布 $\ mathb{R\\ d$, 地面真相基因模型是这种类型的剩余单位, 由 $\ mathbf{ y} =\ boldsymbol{B\ ast\ left [\ left( boldsymbol{ A ⁇ st\ mathb{x}x} right) +\ mathf{x{x}right} $, 其中地面网络参数 $\ boldsyball{Ax} 表示完全的矩阵, 以非负负负负负负数{ Q_\ dislationality setality a.

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