梯度下降法在实用规模的可推广深度神经网络中寻找全局最小值

Aug, 2019

梯度下降法在实用规模的可推广深度神经网络中寻找全局最小值

Gradient Descent Finds Global Minima for Generalizable Deep Neural Networks of Practical Sizes

Kenji Kawaguchi, Jiaoyang Huang

TL;DR我们在本文中理论上证明了，在实践中经常遇到的大小的非线性深度神经网络的所有层的非凸优化中，梯度下降法可以找到全局最小值。我们的理论仅需要实际过度参数化的程度，而不需要以前的理论。此外，我们证明了网络的大小呈线性增长是最优的速率，除非是对数因子。此外，训练保证的深度神经网络显示出在自然数据集中很好地泛化到未见过的测试样本，但不包括随机数据集。

Abstract

In this paper, we theoretically prove that gradient descent can find a global minimum of non-convex optimization of all layers for nonlinear deep neural networks of sizes commonly encountered in practice. The theory developed in this paper only requires the practical degrees of

gradient descent nonlinear deep neural networks over-parameterization trainable parameters generalization

发现论文，激发创造

梯度下降找到深度神经网络的全局最小值

通过分析神经网络架构的格拉姆矩阵的结构，证明了梯度下降法在针对深度超参数神经网络 ResNet 的多项式时间内实现零训练损失，并且进一步将该分析扩展到了深度残差卷积神经网络并获得了类似的收敛结果。

Nov, 2018

梯度下降证明过参数化神经网络的最优化

本文研究表明，在神经网络中使用 ReLU 激活函数和随机初始化梯度下降法可以以全局线性收敛率收敛于全局最优解，其分析依赖于神经网络的超参数和随机初始化方式，这些经验也可能有助于分析深度网络等其他一阶方法。

Oct, 2018

深度学习的超参数化收敛理论

通过对大规模深层神经网络的优化方法的研究，我们证明了 SGD 可以在多项式时间内发现 DNNs 训练目标上的全局极小值。

Nov, 2018

过度参数化的非线性学习：梯度下降是否走过了最短路径？

该论文讨论在数据过度参数化时，第一阶段优化方案（如随机梯度下降）的性质。作者发现，当损失函数在初始点的最小邻域内具有某些属性时，迭代会以几何速率收敛于全局最优解，会以接近直接的路线从初始点到达全局最优解，其中，通过引入一个新的潜力函数来作为证明技术的一部分。对于随机梯度下降（SGD），作者开发了新的鞅技巧，以保证 SGD 绝不会离开初始化的小邻域。

Dec, 2018

训练超参数化深度神经网络的改进分析

本文提供了一种改进的分析方法来探究（随机）梯度下降训练深度神经网络的全局收敛，该方法比之前的研究工作以更加温和的过度参数化条件确定了问题相关参数的大小，包括更紧密的梯度下限和更清晰的算法轨迹路径描述。

Jun, 2019

深度线性神经网络梯度下降的收敛分析

本文研究在白化数据上，通过梯度下降来训练深度线性神经网络收敛到全局最优点的速度。当隐藏层数的维度不小于输入输出维度的最小值，并且初始化的权重矩阵大致平衡且初始损失小于任何秩缺失解时，可保证线性收敛。此外，在输出维度为 1 的情况下，即标量回归，这些条件是满足的，并且在随机初始化方案下具有恒定的概率达到全局最优解。

Oct, 2018

超参数神经网络的梯度下降动力学

本文通过 Lyapunov 分析，证明了使用梯度下降法训练过程中神经网络权重的动态会收敛到接近最小范数解的一个点，并通过实例表明这一结论的意义在于 GD 收敛于泛化性能好的预测函数，从而提供了 Arora 等人的普适性结果的另一证明。

May, 2021

迈向适度的过度参数化：为训练浅层神经网络提供全局收敛保证

本文探讨了神经网络的过度参数化现象对于梯度下降收敛至全域最优解所需的程度及类型，并结合实验结果以浅层神经网络和平滑激活函数为例，证明了只需参数数量高于数据集大小的平方根时，梯度下降随机初始化即可收敛至全域最优解。

Feb, 2019

深度学习理论 III：解释非过拟合谜题

该研究探讨深度网络中的过拟合问题，发现梯度下降在非线性网络中的优化动力学与线性系统是等价的，同时也推广了梯度下降的两个性质到非线性网络中：隐式正则化以及最小范数解的渐近收敛，通过这些性质，可以提高模型的泛化能力，同时在分类任务中也能得到较好的分类误差。

Dec, 2017

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