We consider the problem of estimating the mean of a sequence of random elements $f(X_1, \theta)$ $, \ldots, $ $f(X_n, \theta)$ where $f$ is a fixed scalar function, $S=(X_1, \ldots, X_n)$ are independent random variables, and $\theta$ is a possibly $S$-dependent parameter. An example of such a problem would be to estimate the generalization error of a neural network trained on $n$ examples where $f$ is a loss function. Classically, this problem is approached through concentration inequalities holding uniformly over compact parameter sets of functions $f$, for example as in Rademacher or VC type analysis. However, in many problems, such inequalities often yield numerically vacuous estimates. Recently, the \emph{PAC-Bayes} framework has been proposed as a better alternative for this class of problems for its ability to often give numerically non-vacuous bounds. In this paper, we show that we can do even better: we show how to refine the proof strategy of the PAC-Bayes bounds and achieve \emph{even tighter} guarantees. Our approach is based on the \emph{coin-betting} framework that derives the numerically tightest known time-uniform concentration inequalities from the regret guarantees of online gambling algorithms. In particular, we derive the first PAC-Bayes concentration inequality based on the coin-betting approach that holds simultaneously for all sample sizes. We demonstrate its tightness showing that by \emph{relaxing} it we obtain a number of previous results in a closed form including Bernoulli-KL and empirical Bernstein inequalities. Finally, we propose an efficient algorithm to numerically calculate confidence sequences from our bound, which often generates nonvacuous confidence bounds even with one sample, unlike the state-of-the-art PAC-Bayes bounds.


翻译:我们考虑的是估算随机元素序列的平均值的问题 $f(X_1,\theta) $,\ldot, $f(X_n,\theta) 美元, 美元是一个固定的卡路里函数, $S=(X_1,\ldot, X_n) 美元是独立的随机变量, $\theta美元可能是一个可能依靠美元的一个参数。 这样一个问题的例子就是估算一个以美元为例, 美元为损失函数的神经网络的概括错误。 典型地说, 这一问题的解决是通过集中不平等的不平等, 在固定的参数组中, 美元(xx) 美元(xx) 美元(xxx_n) 美元, 美元(xxxxxxxxxxx) 美元(xthtata) 美元, 美元美元(xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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