Neural networks have achieved tremendous empirical success in many areas. It has been observed that a randomly initialized neural network trained by first-order methods is able to achieve near-zero training loss, although its loss landscape is non-convex and non-smooth. There are few theoretical explanations for this phenomenon. Recently, some attempts have been made to bridge this gap between practice and theory by analyzing the trajectories of gradient descent~(GD) and heavy-ball method~(HB) in an over-parameterized regime. In this work, we make further progress by considering Nesterov's accelerated gradient method~(NAG) with a constant momentum parameter. We analyze its convergence for an over-parameterized two-layer fully connected neural network with ReLU activation. Specifically, we prove that the training error of NAG converges to zero at a non-asymptotic linear convergence rate $(1-\Theta(1/\sqrt{\kappa}))^t$ after $t$ iterations, where $\kappa > 1$ is determined by the initialization and the architecture of the neural network. Besides, we present a comparison between NAG and the existing convergence results of GD and HB. Our theoretical results show that NAG achieves an acceleration over GD and its convergence rate is comparable to HB. Furthermore, the numerical experiments validate the correctness of our theoretical analysis.


翻译:在许多领域,神经网络取得了巨大的实证成功。 观察到一个随机初始化的神经网络,通过一阶方法培训的神经网络能够实现近零培训损失,尽管其损失场景是非康韦克斯和非毛体的。 这一现象在理论上没有多少理论解释。 最近,有人试图通过分析梯度下降-(GD)和重球方法~(HB)在过度分界线化制度中的轨迹来弥合实践与理论之间的差距。 在这项工作中,我们通过考虑Nesterov加速梯度-(NAG)的加速梯度-(NAG)方法(NAG)来取得进一步的进展。 我们分析了它与RELU启动的双层完全连接的神经网络的趋同性。 具体地说,我们证明NAG的训练错误在非偏差线性线性趋同率( 1-\ Theta (1/Sqrt) ~(HD) ) ) 之后, $($\ kapta) ) (H) 的加速度(NAG) 的加速递归正统) 分析结果的比较和我们现有的GAG UR级结果。

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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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