Sep, 2023

具有有界更新的迭代学习算法的泛化误差界

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TL;DR研究了具有有界更新的迭代学习算法在非凸损失函数上的泛化特性，采用信息论技术。我们的主要贡献是针对具有有界更新的这些算法提出了新的泛化误差界，超出了之前仅关注随机梯度下降（SGD）的范畴。我们的方法引入了两个新颖之处：1）我们将互信息重新表述为更新的不确定性，提供了新的视角；2）我们采用方差分解技术来分解迭代中的信息，而不是使用互信息的链式法则，从而实现了一个更简单的替代过程。我们在不同设置下分析了我们的泛化界，并展示了当模型维度与训练数据样本数量以相同的速率增加时改进的界限。为了弥合理论与实践之间的差距，我们还研究了大型语言模型中先前观察到的标度行为。最终，我们的工作为发展实用的泛化理论迈出了更进一步的步伐。
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发现论文，激发创造
  • 嘈杂迭代算法的泛化误差界

    本文证明了当损失函数为亚高斯函数时，基于互信息计算的以经验风险最小化为主要准则的监督机器学习算法对训练数据过拟合的泛化误差上界，此外还探究了噪声受限的迭代算法的泛化误差上界。

    Jan, 2018

  • 随机梯度下降的信息理论泛化界

    本研究研究了随机梯度下降（SGD）这种普遍使用的随机优化方法的泛化特性，提供了依赖于在 SGD 计算的迭代路径上评估的随机梯度的本地统计信息的泛化误差的理论上限，其关键因素是梯度的方差及目标函数沿 SGD 路径的局部光滑性以及损失函数对最终输出的扰动敏感度和信息理论泛化界限等。

    Feb, 2021

  • 基于互信息的泛化误差界限的紧缩

    利用信息论推导出监督学习算法的泛化误差的信息熵上界，能够更全面地考虑损失函数的条件，并且在应用于嘈杂和迭代算法时能够给出比现有结果更紧密的泛化误差表征。

    Jan, 2019

  • 非凸学习中带噪声梯度方法的泛化误差界

    本文应用 Bayes-Stability 框架证明算法相关的广义误差界，得到了随机梯度 Langevin 动力学以及其他一些带噪声梯度的方法（例如加动量，小批量和加速，熵 - SGD）的数据相关的新广义误差界，论文结果较之前相关研究更紧凑。

    Feb, 2019

  • 关于使用随机梯度下降训练的模型的泛化：信息论界限和含义

    本文基于 Neu et al. (2021) 的最新研究，在信息论方面提出了用于衡量机器学习模型的泛化误差的新上界。 通过应用这些上界，分析了线性和 ReLU 网络的泛化行为，并得出了关于 SGD 训练的洞见以及一种新的简单的正则化方案。实验结果表明此正则方案的表现与当前最先进的方案相媲美。

    Oct, 2021

  • 非凸学习的 SGLD 泛化界限：两种理论视角

    本文提出了两个理论，分别使用稳定性和 PAC-Bayesian 结果的非渐进离散时间分析，研究了 Stochastic Gradient Langevin Dynamics（SGLD）在非凸目标下的泛化误差，其边界没有隐含依赖于参数的维数、规范或其他容量测量，优美地刻画了非凸设置中 “快速训练保证泛化” 的现象

    Jul, 2017

  • 使用加性噪声通道属性的噪声迭代算法的概化界限

    本文研究嘈杂迭代算法对机器学习模型泛化性能的影响，并通过与通信和信息理论中发现的加性噪声通道的联系推导出分布相关的泛化上限，得出了对几种应用的见解，包括差分隐私随机梯度下降（DP-SGD）、联邦学习和随机梯度 Langevin 动力学（SGLD）。我们通过数字实验演示了我们的边界，表明它们可以帮助理解神经网络泛化现象的最新经验观察。

    Feb, 2021

  • 学习算法泛化能力的信息论分析

    本研究提出了一种基于信息理论的泛化误差上界方法，用以控制模型的输入输出互信息，进而指导在数据适配和泛化之间寻找平衡点。在此基础上，我们探索了一些方法，包括利用相对熵或随机噪声来正则化 ERM 算法等。这些方法扩展和改进了 Russo 和 Zou 的最近工作。

    May, 2017

  • 通过数据依赖估计的信息理论广义绑定对 SGLD 的应用

    本文改进了 Pensia，Jog 和 Loh (2018) 开始的有噪声迭代学习算法的逐步分析，并在 Bu，Zou 和 Veeravalli (2019) 的基础上最近扩展。我们主要的贡献是通过数据相关估计显著提高了随机梯度 Langevin 动力学的互信息界限。我们的方法基于互信息的变分特性和使用基于训练样本子集的数据相关先验来预测小批量梯度。我们的方法在 Russo 和 Zou (2015)、Xu 和 Raginsky (2017) 的信息论框架内广泛适用。与其他依赖于梯度平方范数的边界相比，我们的边界项的数量级要小得多，同时可以与经验风险面的平坦度指标相关联。

    Nov, 2019

  • 非凸优化中具有概率保障的随机梯度下降泛化误差界

    本文探讨了深度学习模型的一种优化方法 —— 随机梯度下降在泛化能力上的稳定性，提出了一种基于梯度方差的稳定性指标，并在此基础上分别分析了常规非凸损失函数、梯度主导性损失函数和带强凸规则化器的问题，得到了一系列改进的泛化误差界。

    Feb, 2018