The success of gradient descent in ML and especially for learning neural networks is remarkable and robust. In the context of how the brain learns, one aspect of gradient descent that appears biologically difficult to realize (if not implausible) is that its updates rely on feedback from later layers to earlier layers through the same connections. Such bidirected links are relatively few in brain networks, and even when reciprocal connections exist, they may not be equi-weighted. Random Feedback Alignment (Lillicrap et al., 2016), where the backward weights are random and fixed, has been proposed as a bio-plausible alternative and found to be effective empirically. We investigate how and when feedback alignment (FA) works, focusing on one of the most basic problems with layered structure -- low-rank matrix factorization. In this problem, given a matrix $Y_{n\times m}$, the goal is to find a low rank factorization $Z_{n \times r}W_{r \times m}$ that minimizes the error $\|ZW-Y\|_F$. Gradient descent solves this problem optimally. We show that FA converges to the optimal solution when $r\ge \mbox{rank}(Y)$. We also shed light on how FA works. It is observed empirically that the forward weight matrices and (random) feedback matrices come closer during FA updates. Our analysis rigorously derives this phenomenon and shows how it facilitates convergence of FA. We also show that FA can be far from optimal when $r < \mbox{rank}(Y)$. This is the first provable separation result between gradient descent and FA. Moreover, the representations found by gradient descent and FA can be almost orthogonal even when their error $\|ZW-Y\|_F$ is approximately equal.


翻译:在ML 中梯度下降的成功率, 特别是学习神经网络的梯度下降率的成功率是惊人和强劲的。 在大脑如何学习的背景下, 一个看起来在生物上难以实现的梯度下降率的一个方面(如果不难相信的话)是, 它的更新取决于从后层到前层的反馈, 通过相同的连接。 在大脑网络中,这种双向连接相对较少, 即便存在对等连接, 它们也可能不是相等的。 随机反馈对齐( Lillicrap et al., 2016), 其后向重量是随机的和固定的。 在生物可变现的替代品中, 发现一个生物可变现的替代品, 并发现有效的经验上有效的。 我们调查反馈对时间的回落( FA) 的回升率是如何和最接近的。 我们的FAFI 分析显示, 当我们最接近于最精确的回升的回流时, 其回溯的回溯度是如何在最接近的回流中 。

0
下载
关闭预览

相关内容

【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
125+阅读 · 2020年11月20日
《常微分方程》笔记,419页pdf
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
深度学习目标检测方法综述
专知会员服务
273+阅读 · 2020年8月1日
 【SIGGRAPH 2020】人像阴影处理,Portrait Shadow Manipulation
专知会员服务
28+阅读 · 2020年5月19日
最新BERT相关论文清单,BERT-related Papers
专知会员服务
52+阅读 · 2019年9月29日
分布式并行架构Ray介绍
CreateAMind
9+阅读 · 2019年8月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
LibRec 精选:近期15篇推荐系统论文
LibRec智能推荐
5+阅读 · 2019年3月5日
【TED】生命中的每一年的智慧
英语演讲视频每日一推
9+阅读 · 2019年1月29日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28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
Arxiv
54+阅读 · 2022年1月1日
Arxiv
9+阅读 · 2021年6月21日
Arxiv
9+阅读 · 2021年3月8日
VIP会员
相关资讯
分布式并行架构Ray介绍
CreateAMind
9+阅读 · 2019年8月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
LibRec 精选:近期15篇推荐系统论文
LibRec智能推荐
5+阅读 · 2019年3月5日
【TED】生命中的每一年的智慧
英语演讲视频每日一推
9+阅读 · 2019年1月29日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
分布式TensorFlow入门指南
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年11月28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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员