In the past decade, deep neural networks (DNNs) came to the fore as the leading machine learning algorithms for a variety of tasks. Their raise was founded on market needs and engineering craftsmanship, the latter based more on trial and error than on theory. While still far behind the application forefront, the theoretical study of DNNs has recently made important advancements in analyzing the highly over-parameterized regime where some exact results have been obtained. Leveraging these ideas and adopting a more physics-like approach, here we construct a versatile field-theory formalism for supervised deep learning, involving renormalization group, Feynman diagrams and replicas. In particular we show that our approach leads to highly accurate predictions of learning curves of truly deep DNNs trained on polynomial regression tasks and that these predictions can be used for efficient hyper-parameter optimization. In addition, they explain how DNNs generalize well despite being highly over-parameterized, this due to an entropic bias to simple functions which, for the case of fully-connected DNNs with data sampled on the hypersphere, are low order polynomials in the input vector. Being a complex interacting system of artificial neurons, we believe that such tools and methodologies borrowed from condensed matter physics would prove essential for obtaining an accurate quantitative understanding of deep learning.


翻译:在过去的十年中,深神经网络(DNNs)作为各种任务的主要机器学习算法,成为了各种任务的主要机器学习算法。它们的提升基于市场需要和工程工艺,后者更多地基于试验和错误而不是理论。虽然仍然远远落后于应用前沿,但DNes的理论研究最近在分析高度超分化的系统方面取得了重要进展,因为已经取得了一些准确的结果。利用这些想法和采取更像物理学的方法,我们在这里构建了一种多功能的实地理论形式,用于监督深入学习,包括重新规范小组、Feynman图表和复制品。特别是,我们展示了我们的方法导致对真正深层次的DNUS的学习曲线进行高度准确的预测,而这种预测虽然远远落后于应用前沿,但在分析高度超分化的系统方面却取得了一些显著的优化。此外,DNNes如何将这些想法概括化为全连成的实地理论形式化形式化形式化的简单功能,对于完全连接的DNNPs与数据取样组、Feynman图表和复制品的复制品。我们展示的方法导致对真正深层的DNNNNNNS的学习曲线的曲线的曲线进行高度精确的预测,从而获得了一种核心的系统的基本的系统,从而成为了一种核心的系统的基本的快速化的方法。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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