May, 2024

回归问题的深度线性网络在隐含规范化方面趋向于平坦的最小值

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TL;DR神经网络的海森矩阵的最大特征值（或清晰度）是理解其优化动态的关键量。本文研究超定单变量回归的深度线性网络的清晰度。虽然最小化器的清晰度可以任意大，但不可以任意小。事实上，我们证明了最小化器清晰度的下界与深度成线性增长。然后我们研究了梯度流找到的最小化器的性质，这是梯度下降的极限情况，学习率趋于零。我们证明了对于平坦最小值的隐式正则化：最小化器的清晰度不超过下界的一个常数倍。该常数取决于数据协方差矩阵的条件数，而不取决于宽度或深度。我们分别证明了小尺度初始化和残差初始化的结果。对于小尺度初始化，我们证明了所学权重矩阵近似为秩一及其奇异向量对齐。对于残差初始化，我们证明了高斯初始化的残差网络的梯度流的收敛性。数值实验验证了我们的结果，并将其与非零学习率的梯度下降联系在一起。
发现论文，激发创造
  • 深度网络平坦极小值的独特特性

    研究表明，随机梯度下降有一个偏好于平滑最小值的隐含偏差。 本文研究发现，在具有二次损失的线性神经网络训练中，线性 ResNets 的零初始化必然收敛于所有最小值中最平滑的最小值，这些最小值对应着接近平衡网络。另外，相邻层的权重矩阵在平坦的极小值解中相互耦合，形成了从输入到输出的明显路径，该路径只用于体验端到端最大增益的信号。

    Feb, 2020

  • 深度矩阵分解中平坦正则化的归纳偏差

    在学习从线性度量中的深度线性网络时，最小化 Hessian 矩阵的迹大致相当于最小化相应端到端矩阵参数的 Schatten 1 - 范数，这进而导致更好的概括。

    Jun, 2023

  • AI 中的隐式正则化遇到优化中的广义逼近难度 —— 关于对角线性网络的尖锐结果

    该研究探讨深度学习和人工智能中神经网络结构和梯度优化方法所施加的隐式规则化作用，并通过研究 Diagonal Linear Networks (DLNs) 的梯度流在过参数化回归设置下的隐式规则化，解释了泛化难度的相变现象与基础追踪优化问题收敛的关系，并且提出了新的收敛界限及其初值大小与选取最小化者的联系。

    Jul, 2023

  • 尖锐度最小化算法不仅仅通过最小化尖锐度来达到更好泛化

    尽管进行了广泛的研究，但超参数化神经网络为何能够泛化的根本原因仍然不清楚。本研究通过理论和实证研究指出，对于两层 ReLU 网络，（1）平坦确实意味着泛化；（2）存在不泛化的最平坦模型，锐度最小化算法无法泛化；（3）最令人惊讶的是，存在不泛化的最平坦模型，但锐度最小化算法仍然可以泛化。我们的结果表明，锐度与泛化之间的关系微妙地依赖于数据分布和模型架构，锐度最小化算法不仅通过最小化锐度来实现更好的泛化。这需要寻找超参数化神经网络泛化的其他解释。

    Jul, 2023

  • 深度网络可通过尖利极小化实现泛化

    本文研究探讨深度学习的通用性，以及诸如损失函数的可行性等问题，并对深度网络中的对称性和参数空间等方面进行了分析。

    Mar, 2017

  • 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

  • 深度网络极小值的尺度不变平坦度量

    通过提出基于海森矩阵的浅度测量，在深度网络训练中检验了大批量 SGD 最小值确实比小批量 SGD 最小值更锐利，并且我们证明了正同态激活的深度网络的等价关系在参数空间中的商流形结构，并提出了一种具有等价不变性的测量平坦度的方法。

    Feb, 2019

  • 渐进锐化、平坦最小值和泛化

    我们提出了一种新的方法来理解深度学习中损失曲率和泛化之间的关系，特别地，我们使用深度网络损失 Hessian 频谱的现有经验分析来基于一个猜想将深度神经网络的损失 Hessian 和输入输出 Jacobian 联系在一起。我们证明了一系列理论结果，这些结果量化了模型的输入输出 Jacobian 在数据分布上近似其 Lipschitz 范数的程度，并在经验 Jacobian 的术语中推导出一个新的泛化界限。我们使用我们的猜想以及我们的理论结果来提供一个关于最近观察到的渐进锐化现象以及平坦极小值的泛化特性的新解释。我们提供了实验证据来验证我们的论点。

    May, 2023

  • 使用过参数化的浅层 ReLU 神经网络进行非参数回归

    对于从某些光滑函数类中学习函数的任务，如果权重限制或正则化得当，超参数化神经网络可以实现最小极值收敛率 (加上对数因子)。

    Jun, 2023

  • 线性神经网络中离散梯度动态的隐式正则化

    本文研究了过参数化模型的离散梯度动态，并证明在使用适当超参数和初始化条件时，该动态可以学习降低秩的回归问题的解。

    Apr, 2019