Boosting is a celebrated machine learning approach which is based on the idea of combining weak and moderately inaccurate hypotheses to a strong and accurate one. We study boosting under the assumption that the weak hypotheses belong to a class of bounded capacity. This assumption is inspired by the common convention that weak hypotheses are "rules-of-thumbs" from an "easy-to-learn class". (Schapire and Freund~'12, Shalev-Shwartz and Ben-David '14.) Formally, we assume the class of weak hypotheses has a bounded VC dimension. We focus on two main questions: (i) Oracle Complexity: How many weak hypotheses are needed to produce an accurate hypothesis? We design a novel boosting algorithm and demonstrate that it circumvents a classical lower bound by Freund and Schapire ('95, '12). Whereas the lower bound shows that $\Omega({1}/{\gamma^2})$ weak hypotheses with $\gamma$-margin are sometimes necessary, our new method requires only $\tilde{O}({1}/{\gamma})$ weak hypothesis, provided that they belong to a class of bounded VC dimension. Unlike previous boosting algorithms which aggregate the weak hypotheses by majority votes, the new boosting algorithm uses more complex ("deeper") aggregation rules. We complement this result by showing that complex aggregation rules are in fact necessary to circumvent the aforementioned lower bound. (ii) Expressivity: Which tasks can be learned by boosting weak hypotheses from a bounded VC class? Can complex concepts that are "far away" from the class be learned? Towards answering the first question we {introduce combinatorial-geometric parameters which capture expressivity in boosting.} As a corollary we provide an affirmative answer to the second question for well-studied classes, including half-spaces and decision stumps. Along the way, we establish and exploit connections with Discrepancy Theory.


翻译:泡妞是一种值得庆贺的机器学习方法, 其基础是将微弱和中度不准确的假设与强力和准确的假设相结合。 我们研究在以下假设下提升: 弱的假设属于受约束能力类别。 这一假设受共同公约的启发, 弱的假设是“ 容易骗人” 类的“ 规则” 。 (Schapire and Freund ~ 12, Shalev- Shwartz and Ben- David' 14. 。 ) 形式上, 我们假设弱的假设类别具有受约束的 VC 层面层面。 我们研究两个主要问题:(i) 弱的假设属于受约束能力类别。 我们设计了一个创新的推力算法, 它绕过Freund and Scaptireirelational 的经典下限 。 ({ welev- dirmatial) 和(bilmai) 直径的虚虚虚伪假, 它由( we) 必要的 mamamo- main lix lix lix lix) imal list dal deal disal disal 提供 a.

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