Mar, 2024

深度学习的超出单一模型视图：随机优化算法的优化与泛化能力

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TL;DR本文采用一种新方法，通过估计随机优化器的稳态分布，从多条优化轨迹的集合中综合评估，旨在解决当前对深度学习优化算法有效性的理解不完整的问题。通过合成函数和计算机视觉、自然语言处理等领域的实际问题的评估，我们着重在统计框架下进行公平的基准测试和建立统计显著性，揭示了训练损失与保持精确度之间的关系以及 SGD、噪声使能变体和利用 BH 框架的新优化器的可比性能，值得注意的是，这些算法展示了与 SAM 等平坦最小值优化器相当的性能，但梯度评估减少了一半。我们期待我们的工作将促进深度学习优化的进一步探索，鼓励从单模型方法转向更加认识和利用优化器的随机性质的方法。
deep learning optimizationstochastic gradient descentstatistical performancestationary distributionbasin hopping framework
发现论文，激发创造
  • 关于深度学习大批量训练的广义缩小和尖峰最小化问题

    通过实验证明大批量随机梯度下降法容易陷入训练和测试函数的尖峰最小值，从而导致模型泛化能力下降，而小批量方法表现更好，这可能是由于梯度估计中的固有噪声引起的，可以采用多种策略来帮助大批量方法消除这种泛化差距。

    Sep, 2016

  • 训练更快，泛化更好：随机梯度下降的稳定性

    本文证明使用随机梯度方法训练的参数模型少迭代次数即可实现消失的泛化误差，提供了新的对于随机梯度方法多周期泛化性能好的解释，对于神经网络的训练也有新的稳定性解释。

    Sep, 2015

  • 贝叶斯视角下的泛化和随机梯度下降

    研究机器学习中的二个核心问题 —— 如何预测最小值是否能推广到测试集，以及为什么随机梯度下降找到的最小值能很好地推广；探讨了小批量大小影响参数朝向大证据最小值的作用；当学习速率固定时，建议选择使测试集准确性最大化的最佳批次大小。

    Oct, 2017

  • 平坦极小值优化器何时有效？

    通过比较基于平坦极小点优化器的损失曲面和在计算机视觉、自然语言处理和图表示学习任务的广泛基准测试中，我们发现了一些令人惊讶的发现，希望这能帮助研究人员进一步改进深度学习优化器，并帮助实践者为其问题选择正确的优化器。

    Feb, 2022

  • 随机梯度下降的稳定性和泛化的精细分析

    本文提供了一种算法 —— 随机梯度下降的稳定性和泛化性的细致分析，通过消除梯度有界性、减轻光滑性和凸性函数的限制，提出了新的稳定性度量，并开发了受 SGD 迭代的风险控制的新型约束，给出了受最佳模型行为影响的泛化范围，从而在低噪声环境下使用稳定性方法得到了第一个快速上界。

    Jun, 2020

  • 分散随机梯度下降的稳定性和泛化能力

    本论文提出了分散化随机梯度下降法的新方法，并使用（非）凸优化理论建立了第一个针对分散化随机梯度下降法的稳定性和泛化保证。我们的理论结果基于少数常见且温和的假设，并揭示分散化将首次降低 SGD 的稳定性。通过使用多种分散化设置和基准机器学习模型，证实了我们的理论发现。

    Feb, 2021

  • 随机梯度下降法在极小极大问题中的稳定性和泛化性

    通过算法稳定性的视角，对凸凹和非凸非凹情形下的随机梯度方法在极小极大问题中的泛化能力进行了全面的分析，建立了稳定性与泛化能力之间的定量联系。在凸凹情形下，稳定性分析表明了随机梯度下降算法对于平滑和非平滑的极小极大问题皆可达到最优的泛化界。我们还确定了泛函弱凸弱凹和梯度占主导地位的问题的泛化界。

    May, 2021

  • 小批次随机梯度下降和局部随机梯度下降的稳定性与泛化能力

    通过稳定性和泛化性分析研究了小批量随机梯度下降和本地随机梯度下降的学习能力，从而证明它们可以实现线性加速度以达到最佳风险界限。

    Oct, 2023

  • 收敛于全局最优解的学习算法的稳定性和泛化性

    本文通过建立黑盒稳定性结果，仅依赖于学习算法的收敛和损失函数最小值周围的几何形态，为收敛到全局最小值的学习算法建立新的泛化界限，适用于满足 Polyak-Lojasiewicz（PL）和二次增长（QG）条件的非凸损失函数以及一些具有线性激活的神经网络，并使用黑盒结果来证明 SGD、GD、RCD 和 SVRG 等优化算法的稳定性在 PL 和强凸设置中具有可拓展性，同时指出存在简单的具有多个局部最小值的神经网络，在 PL 设置下 SGD 稳定，但 GD 不稳定。

    Oct, 2017

  • 面向极小化问题：超参数问题 SGD 的快速收敛

    本文提出在插值范式内的正则条件，使得随机梯度方法与确定性梯度方法具有相同的最坏迭代复杂度，同时仅在每次迭代中使用单个采样梯度（或一个小批量）。最后，我们证明了我们的条件在训练具有线性输出层的足够宽的前馈神经网络时成立。

    Jun, 2023