We introduce Fiedler regularization, a novel approach for regularizing neural networks that utilizes spectral/graphical information. Existing regularization methods often focus on penalizing weights in a global/uniform manner that ignores the connectivity structure of the neural network. We propose to use the Fiedler value of the neural network's underlying graph as a tool for regularization. We provide theoretical motivation for this approach via spectral graph theory. We demonstrate several useful properties of the Fiedler value that make it useful as a regularization tool. We provide an approximate, variational approach for faster computation during training. We provide an alternative formulation of this framework in the form of a structurally weighted $\text{L}_1$ penalty, thus linking our approach to sparsity induction. We provide uniform generalization error bounds for Fiedler regularization via a Rademacher complexity analysis. We performed experiments on datasets that compare Fiedler regularization with classical regularization methods such as dropout and weight decay. Results demonstrate the efficacy of Fiedler regularization. This is a journal extension of the conference paper by Tam and Dunson (2020).


翻译:我们提出Fiedler正则化,一种利用谱/图信息对神经网络进行正则化的新方法。现有正则化方法通常以忽略神经网络连接结构的全局/统一方式惩罚权重。我们建议将神经网络底层图的Fiedler值用作正则化工具。通过谱图理论,我们为该方法的理论动机提供了依据。我们展示了Fiedler值的若干有用性质,使其成为有效的正则化工具。我们提出了一种近似的变分方法,以在训练过程中实现更快计算。我们给出了该框架的另一种形式,即结构加权的$\text{L}_1$惩罚项,从而将我们的方法与稀疏性诱导联系起来。通过Rademacher复杂度分析,我们为Fiedler正则化提供了统一的泛化误差界。我们在数据集上进行了实验,将Fiedler正则化与经典正则化方法(如dropout和权重衰减)进行比较。结果证明了Fiedler正则化的有效性。本文是Tam和Dunson(2020)会议论文的期刊扩展版。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学,统计学和计算机科学中,尤其是在机器学习和逆问题中,正则化是添加信息以解决不适定问题或防止过度拟合的过程。 正则化适用于不适定的优化问题中的目标函数。
专知会员服务
29+阅读 · 2020年10月24日
【IJCAJ 2020】多通道神经网络 Multi-Channel Graph Neural Networks
专知会员服务
26+阅读 · 2020年7月19日
神经网络的拓扑结构,TOPOLOGY OF DEEP NEURAL NETWORKS
专知会员服务
35+阅读 · 2020年4月15日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
神经网络高斯过程 (Neural Network Gaussian Process)
PaperWeekly
0+阅读 · 2022年11月8日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Geometric Graph Convolutional Neural Networks
Arxiv
10+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
19+阅读 · 2018年6月27日
VIP会员
最新内容
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
2+阅读 · 9月7日
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
2+阅读 · 9月7日
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
10+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
相关资讯
神经网络高斯过程 (Neural Network Gaussian Process)
PaperWeekly
0+阅读 · 2022年11月8日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员