Critical learning periods are periods early in development where temporary sensory deficits can have a permanent effect on behavior and learned representations. Despite the radical differences between biological and artificial networks, critical learning periods have been empirically observed in both systems. This suggests that critical periods may be fundamental to learning and not an accident of biology. Yet, why exactly critical periods emerge in deep networks is still an open question, and in particular it is unclear whether the critical periods observed in both systems depend on particular architectural or optimization details. To isolate the key underlying factors, we focus on deep linear network models, and show that, surprisingly, such networks also display much of the behavior seen in biology and artificial networks, while being amenable to analytical treatment. We show that critical periods depend on the depth of the model and structure of the data distribution. We also show analytically and in simulations that the learning of features is tied to competition between sources. Finally, we extend our analysis to multi-task learning to show that pre-training on certain tasks can damage the transfer performance on new tasks, and show how this depends on the relationship between tasks and the duration of the pre-training stage. To the best of our knowledge, our work provides the first analytically tractable model that sheds light into why critical learning periods emerge in biological and artificial networks.


翻译:关键学习期是发育早期的特定阶段,在此阶段短暂的感觉缺陷会对行为和学习表征产生永久影响。尽管生物网络与人工网络存在根本差异,但两类系统中均通过实验观察到了关键学习期。这表明关键期可能是学习的基本特性,而非生物学中的偶然现象。然而,深度网络中关键期产生的确切原因仍是一个开放性问题,尤其尚不明确两类系统中观察到的关键期是否依赖于特定的架构或优化细节。为隔离关键底层因素,我们聚焦深度线性网络模型,并惊人地发现此类网络在保持可解析处理特性的同时,也展现出生物学与人工网络中观察到的大部分行为。我们证明关键期取决于模型深度与数据分布结构。通过解析分析与仿真实验,我们表明特征学习与源之间的竞争相关联。最后,我们将分析扩展到多任务学习领域,证明在某些任务上的预训练可能损害新任务的迁移性能,并揭示这一现象如何取决于任务间关系与预训练阶段时长。据我们所知,本研究首次提供了可解析的模型框架,为解释生物网络与人工网络中关键学习期的产生机制提供了理论依据。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
47+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月10日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4日
VIP会员
最新内容
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
4+阅读 · 6月2日
《反无人机系统传感器融合》90页报告
专知会员服务
9+阅读 · 6月2日
运用人工智能与卫星通信驱散“战争迷雾”
专知会员服务
3+阅读 · 6月2日
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
4+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
9+阅读 · 6月1日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
47+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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员