Gradient descent-based optimization methods underpin the parameter training of neural networks, and hence comprise a significant component in the impressive test results found in a number of applications. Introducing stochasticity is key to their success in practical problems, and there is some understanding of the role of stochastic gradient descent in this context. Momentum modifications of gradient descent such as Polyak's Heavy Ball method (HB) and Nesterov's method of accelerated gradients (NAG), are also widely adopted. In this work our focus is on understanding the role of momentum in the training of neural networks, concentrating on the common situation in which the momentum contribution is fixed at each step of the algorithm. To expose the ideas simply we work in the deterministic setting. Our approach is to derive continuous time approximations of the discrete algorithms; these continuous time approximations provide insights into the mechanisms at play within the discrete algorithms. We prove three such approximations. Firstly we show that standard implementations of fixed momentum methods approximate a time-rescaled gradient descent flow, asymptotically as the learning rate shrinks to zero; this result does not distinguish momentum methods from pure gradient descent, in the limit of vanishing learning rate. We then proceed to prove two results aimed at understanding the observed practical advantages of fixed momentum methods over gradient descent. We achieve this by proving approximations to continuous time limits in which the small but fixed learning rate appears as a parameter. Furthermore in a third result we show that the momentum methods admit an exponentially attractive invariant manifold on which the dynamics reduces, approximately, to a gradient flow with respect to a modified loss function.


翻译:在这项工作中,我们的重点是了解神经网络培训中动力的作用,重点是动力贡献稳定在算法每一步骤的吸引力的共同情况。为了暴露这些想法,我们只需在确定性环境中工作。我们的方法是连续地对离散算法进行时间近似;这些连续的时间近似可以深入了解离散算法内运行的机制。我们证明了三个这样的近似。我们首先表明,固定动力方法的标准执行程度大约在时间缩放下流,随着学习率逐渐缩小到递增率,我们逐渐缩小到递增率,我们发现,在这种递增率的递增率方面,我们逐渐缩小到递增率。

0
下载
关闭预览

相关内容

Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
144+阅读 · 2019年10月12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
【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
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28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
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Learn2Hop: Learned Optimization on Rough Landscapes
Arxiv
0+阅读 · 2021年7月20日
Arxiv
0+阅读 · 2021年7月20日
Arxiv
7+阅读 · 2021年5月13日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
102+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
相关资讯
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28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
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员