Bayesian inference in deep neural networks is challenging due to the high-dimensional, strongly multi-modal parameter posterior density landscape. Markov chain Monte Carlo approaches asymptotically recover the true posterior but are considered prohibitively expensive for large modern architectures. Local methods, which have emerged as a popular alternative, focus on specific parameter regions that can be approximated by functions with tractable integrals. While these often yield satisfactory empirical results, they fail, by definition, to account for the multi-modality of the parameter posterior. In this work, we argue that the dilemma between exact-but-unaffordable and cheap-but-inexact approaches can be mitigated by exploiting symmetries in the posterior landscape. Such symmetries, induced by neuron interchangeability and certain activation functions, manifest in different parameter values leading to the same functional output value. We show theoretically that the posterior predictive density in Bayesian neural networks can be restricted to a symmetry-free parameter reference set. By further deriving an upper bound on the number of Monte Carlo chains required to capture the functional diversity, we propose a straightforward approach for feasible Bayesian inference. Our experiments suggest that efficient sampling is indeed possible, opening up a promising path to accurate uncertainty quantification in deep learning.


翻译:深度神经网络中的贝叶斯推断由于高维、强多模式参数后验密度地形而具有挑战性。马尔科夫链蒙特卡罗方法可以渐进地恢复真实后验但对于大型现代架构而言被认为是难以承受的代价。局部方法作为一种常见的替代方案,专注于可以用具有可计算积分的函数来近似的特定参数区域。虽然这些方法通常能产生令人满意的实证结果,但是它们在定义上无法考虑参数后验的多模式性。在本文中,我们认为可以通过利用参数后验地形中的对称性来缓解精确但付不起和便宜但不精确之间的困境。该对称性由神经元交换和某些激活函数引起,在不同的参数值中导致相同的功能输出值。我们在理论上表明,贝叶斯神经网络中的后验预测密度可以限制在一个无对称性的参数参考集中。通过进一步推导出关于捕捉功能多样性所需的蒙特卡罗链数量的上界,我们提出了一个简单的可行的贝叶斯推断方法。我们的实验表明,有效的采样是可能的,为深度学习中准确的不确定性量化开辟了一个有前途的道路。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
31+阅读 · 2020年4月15日
CVPR 2019 | PointConv:在点云上高效实现卷积操作
机器之心
10+阅读 · 2019年4月21日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【泡泡一分钟】学习紧密的几何特征(ICCV2017-17)
泡泡机器人SLAM
20+阅读 · 2018年5月8日
NIPS 2017:贝叶斯深度学习与深度贝叶斯学习(讲义+视频)
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年12月10日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月18日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
Arxiv
19+阅读 · 2018年6月27日
VIP会员
相关VIP内容
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
31+阅读 · 2020年4月15日
相关资讯
CVPR 2019 | PointConv:在点云上高效实现卷积操作
机器之心
10+阅读 · 2019年4月21日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【泡泡一分钟】学习紧密的几何特征(ICCV2017-17)
泡泡机器人SLAM
20+阅读 · 2018年5月8日
NIPS 2017:贝叶斯深度学习与深度贝叶斯学习(讲义+视频)
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年12月10日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】用Tensorflow理解LSTM
机器学习研究会
36+阅读 · 2017年9月11日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员