In recent years, various notions of capacity and complexity have been proposed for characterizing the generalization properties of stochastic gradient descent (SGD) in deep learning. Some of the popular notions that correlate well with the performance on unseen data are (i) the `flatness' of the local minimum found by SGD, which is related to the eigenvalues of the Hessian, (ii) the ratio of the stepsize $\eta$ to the batch-size $b$, which essentially controls the magnitude of the stochastic gradient noise, and (iii) the `tail-index', which measures the heaviness of the tails of the network weights at convergence. In this paper, we argue that these three seemingly unrelated perspectives for generalization are deeply linked to each other. We claim that depending on the structure of the Hessian of the loss at the minimum, and the choices of the algorithm parameters $\eta$ and $b$, the SGD iterates will converge to a \emph{heavy-tailed} stationary distribution. We rigorously prove this claim in the setting of quadratic optimization: we show that even in a simple linear regression problem with independent and identically distributed data whose distribution has finite moments of all order, the iterates can be heavy-tailed with infinite variance. We further characterize the behavior of the tails with respect to algorithm parameters, the dimension, and the curvature. We then translate our results into insights about the behavior of SGD in deep learning. We support our theory with experiments conducted on synthetic data, fully connected, and convolutional neural networks.


翻译:近些年来,在深层学习中,提出了各种能力和复杂性概念,以说明随机梯度下降(SGD)的一般特性。一些与隐蔽数据性能密切相关的流行概念是:(一) SGD发现的地方最低值的“增缩”,这与Hessian人的隐性价值有关,(二) 阶段的比值是美元与批量规模美元之间的比值,它基本上控制着随机梯度噪声的大小,以及(三) `尾端指数',它测量网络重量趋同时的尾部的高度性能。在本文件中,我们争辩说,SGD发现这三种似乎无关的当地最低值是彼此密切相关的。我们声称,取决于Hesian人最低限度的损失结构,以及算法参数的比值(美元和美元),SGD Itates的比值将进一步集中到一个正反偏斜度的弧度的曲线值值。我们更接近于网络的轨迹值,我们严格地证明了这个理论的变正值的演化过程, 其结构的变正变变变的变变变, 和变正的演化过程可以完全地显示我们所有的变形数据的变形的变形, 的变形的变形的变形的变形的变形过程的变形, 。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
109+阅读 · 2020年5月15日
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
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
50+阅读 · 2019年10月11日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+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
103+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10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
42+阅读 · 2019年1月3日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月28日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
神经网络学习率设置
机器学习研究会
4+阅读 · 2018年3月3日
【推荐】决策树/随机森林深入解析
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年9月21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
Arxiv
7+阅读 · 2020年6月29日
A Modern Introduction to Online Learning
Arxiv
20+阅读 · 2019年12月31日
Arxiv
3+阅读 · 2017年12月14日
VIP会员
相关VIP内容
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
109+阅读 · 2020年5月15日
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
开源书:PyTorch深度学习起步
专知会员服务
50+阅读 · 2019年10月11日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+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
103+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10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
42+阅读 · 2019年1月3日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月28日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
神经网络学习率设置
机器学习研究会
4+阅读 · 2018年3月3日
【推荐】决策树/随机森林深入解析
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年9月21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