深度神经网络的学习动态

Sep, 2018

On the Learning Dynamics of Deep Neural Networks

Remi Tachet, Mohammad Pezeshki, Samira Shabanian, Aaron Courville, Yoshua Bengio

TL;DR研究深度神经网络的学习动态，主要关注于二元分类问题。我们证明了网络学习的各种性质，并且在非线性架构下，分类误差也呈现出 sigmoid 形状，证实了经验观察。我们指出了梯度饱和现象和特征频率对模型收敛速度的影响，并探讨了交叉熵和 hinge 损失对生成对抗网络训练的差异。最后，我们提出了梯度饥饿现象并进行了研究。

Abstract

While a lot of progress has been made in recent years, the dynamics of learning in deep nonlinear neural networks remain to this day largely misunderstood. In this work, we study the case of binary classification and prove various properties of learning in such networks under strong as

deep neural networks binary classification sigmoidal shape gradient starvation generalization capabilities

发现论文，激发创造

深度线性神经网络学习非线性动力学的精确解

通过对深度线性神经网络的学习动态进行系统分析，我们发现这些网络表现出类似于非线性神经网络的非线性学习现象，包括长时间的平原，然后快速转换到更低误差的解决方案，以及从贪婪的无监督预训练初始条件下的更快收敛等。同时，我们发现在权重的某些特殊初始条件下，非监督预训练可以找到这些初始条件，同时表现出深度独立的学习时间，而随机高斯初始化则做不到。

Dec, 2013

深度网络中的泛化（IIIb 理论）

该论文研究了深度神经网络中过拟合的问题，证明了使用特定的损失函数时神经网络的收敛性及性能，提出了一种实用的判断不同零最小化点泛化性能的方法。

Jun, 2018

学习的动态性：一种随机矩阵方法

本文介绍了基于随机矩阵的框架来分析单层线性网络在大维度和规模数据上通过梯度下降训练的学习动态，并对神经网络中的过拟合、早停和训练初始化等问题提供了深入的见解，为进一步研究今天神经网络中出现的更复杂的结构和模型打开了大门。

May, 2018

深度网络线性区域的训练动态

在这项研究中，我们研究了连续分段仿射深度网络（如带有（渗漏的）ReLU 非线性的网络）训练动态的输入空间划分或线性区域，提出了一种包含了本地复杂性的新统计量，观察到在训练过程中，数据点周围的本地复杂性经历了几个阶段，与深度网络的记忆性和概括性能密切相关。

Oct, 2023

深度网络中的动力学和泛化理论 III

本研究通过分析深度神经网络的梯度下降技术实现，提出了控制网络复杂度的隐含规范化方法，并将其归纳为梯度下降算法的内在偏差，说明这种方法可以解决深度学习中过拟合的问题。

Mar, 2019

神经网络上的随机梯度下降学习越来越复杂的函数

实验研究表明，Stochastic Gradient Descent 利用条件互信息学习了从线性分类器到逐渐复杂的函数的分类器，解释了超参数化区域中 SGD 学习的分类器为什么往往具有良好的泛化能力。

May, 2019

神经网络的迷人特性

本论文在研究深度神经网络的高层特性时，发现高层单元与随机线性组合之间没有明显差别，并得出神经网络学习的输入输出映射具有不连续性以及网络可被微小扰动误分类等结论。

Dec, 2013

深度学习的隐性偏见：渐增学习如何推动泛化

本文定义了增量学习动力学的概念并证明了在深度为多项式关系和初始化条件正确的情况下，神经网络可以展现出增量学习能力，且通过实验证明在使用深度学习模型中，梯度下降算法有助于寻找简单的模型解。

Sep, 2019

任意深度的宽神经网络在梯度下降下演化为线性模型

本文研究神经网络的学习和泛化性能，发现对于宽神经网络，学习动态变得简单，并且在无限宽度的极限下，它们由网络初始参数的一阶泰勒展开得到的线性模型控制。同时，通过在广义上拟合高斯过程的理论，揭示了神经网络可能表现出高斯过程的特性。

Feb, 2019

两层神经网络和随机特征模型在梯度下降动态下优化和泛化属性的比较分析

本研究对二层神经网络模型的梯度下降动态进行了较全面的分析，并考虑了在更新两个层的参数时，一般的初始化方案以及网络宽度和训练数据大小的一般方案。在过度参数化的情况下，梯度下降动态可以快速地达到零训练损失，无论标签的质量如何。此外，证明了神经网络模型所表示的函数始终与核方法的函数保持一致。对于网络宽度和训练数据大小的一般值，建立了适当的再生核 Hilbert 空间的目标函数的尖锐估计。

Apr, 2019