Deep neural networks implement a sequence of layer-by-layer operations that are each relatively easy to understand, but the resulting overall computation is generally difficult to understand. We develop a simple idea for interpreting the layer-by-layer construction of useful representations: the role of each layer is to reformat information to reduce the "distance" to the target outputs. We formalize this intuitive idea of "distance" by leveraging recent work on metric representational similarity, and show how it leads to a rich space of geometric concepts. With this framework, the layer-wise computation implemented by a deep neural network can be viewed as a path in a high-dimensional representation space. We develop tools to characterize the geometry of these in terms of distances, angles, and geodesics. We then ask three sets of questions of residual networks trained on CIFAR-10: (1) how straight are paths, and how does each layer contribute towards the target? (2) how do these properties emerge over training? and (3) how similar are the paths taken by wider versus deeper networks? We conclude by sketching additional ways that this kind of representational geometry can be used to understand and interpret network training, or to prescriptively improve network architectures to suit a task.


翻译:深心神经网络实施了一系列逐层操作,这些操作相对容易理解,但由此得出的总体计算一般难以理解。我们为逐层构建有用的表达方式提出了一个简单的解释理念:每一层的作用是重新改造信息,以减少“距离”到目标产出。我们通过利用最近关于计量相似性的工作,将这种“距离”的直观想法正式化,并展示它如何导致一个丰富的几何概念空间。有了这个框架,深神经网络实施的从层到层的计算方法可以被视为高维代表空间的一种路径。我们开发了从距离、角度和大地测量学角度描述这些表达方式的几何性的工具。然后我们问了三组在CIFAR-10上培训过的剩余网络的问题:(1) 直线路径如何,以及每一层如何对目标作出贡献?(2) 这些属性如何在培训中出现?(3) 更宽、更深的网络所走的路径如何相似?我们通过勾画出更多的方法来将这种代表几何测量方法用来理解和解释网络结构,或改进任务结构。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
30+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
64+阅读 · 2021年6月18日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
14+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Arxiv
10+阅读 · 2018年3月23日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
10+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员