Minimising upper bounds on the population risk or the generalisation gap has been widely used in structural risk minimisation (SRM) - this is in particular at the core of PAC-Bayesian learning. Despite its successes and unfailing surge of interest in recent years, a limitation of the PAC-Bayesian framework is that most bounds involve a Kullback-Leibler (KL) divergence term (or its variations), which might exhibit erratic behavior and fail to capture the underlying geometric structure of the learning problem - hence restricting its use in practical applications. As a remedy, recent studies have attempted to replace the KL divergence in the PAC-Bayesian bounds with the Wasserstein distance. Even though these bounds alleviated the aforementioned issues to a certain extent, they either hold in expectation, are for bounded losses, or are nontrivial to minimize in an SRM framework. In this work, we contribute to this line of research and prove novel Wasserstein distance-based PAC-Bayesian generalisation bounds for both batch learning with independent and identically distributed (i.i.d.) data, and online learning with potentially non-i.i.d. data. Contrary to previous art, our bounds are stronger in the sense that (i) they hold with high probability, (ii) they apply to unbounded (potentially heavy-tailed) losses, and (iii) they lead to optimizable training objectives that can be used in SRM. As a result we derive novel Wasserstein-based PAC-Bayesian learning algorithms and we illustrate their empirical advantage on a variety of experiments.


翻译:最小化总体风险或泛化差距的上界在结构风险最小化(SRM)中得到广泛应用——这特别是PAC-贝叶斯学习的核心。尽管近年来PAC-贝叶斯框架取得了成功并持续引发研究热潮,但其局限性在于大多数界包含Kullback-Leibler(KL)散度项(或其变体),这种散度可能表现出不稳定的行为,且无法捕捉学习问题的内在几何结构——因而限制了其在实际应用中的使用。为解决这一问题,近期研究尝试用Wasserstein距离替代PAC-贝叶斯界中的KL散度。尽管这些界在一定程度上缓解了上述问题,但它们要么仅在期望意义下成立,要么仅适用于有界损失函数,要么在SRM框架中难以优化。在本工作中,我们延续这一研究方向,针对独立同分布(i.i.d.)数据的批量学习和潜在非i.i.d.数据的在线学习,证明了基于Wasserstein距离的新型PAC-贝叶斯泛化界。与先前工作不同,我们的界在以下方面具有更强性质:(i) 以高概率成立,(ii) 适用于无界(可能重尾)损失函数,(iii) 可导出适于SRM的可优化训练目标。由此我们推导出基于Wasserstein的新型PAC-贝叶斯学习算法,并通过多种实验验证其经验优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【推荐】自然语言处理(NLP)指南
机器学习研究会
35+阅读 · 2017年11月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26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
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2021年3月10日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
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
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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【推荐】自然语言处理(NLP)指南
机器学习研究会
35+阅读 · 2017年11月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
【推荐】SVM实例教程
机器学习研究会
17+阅读 · 2017年8月26日
相关基金
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
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2010年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员