Machine learning algorithms, both in their classical and quantum versions, heavily rely on optimization algorithms based on gradients, such as gradient descent and alike. The overall performance is dependent on the appearance of local minima and barren plateaus, which slow-down calculations and lead to non-optimal solutions. In practice, this results in dramatic computational and energy costs for AI applications. In this paper we introduce a generic strategy to accelerate and improve the overall performance of such methods, allowing to alleviate the effect of barren plateaus and local minima. Our method is based on coordinate transformations, somehow similar to variational rotations, adding extra directions in parameter space that depend on the cost function itself, and which allow to explore the configuration landscape more efficiently. The validity of our method is benchmarked by boosting a number of quantum machine learning algorithms, getting a very significant improvement in their performance.


翻译:机器学习算法,无论是经典版本还是量子版本,都严重依赖于基于梯度的优化算法,例如梯度下降及其变体。整体性能取决于局部极小值和贫瘠高原的出现,这些现象会减慢计算速度并导致非最优解。在实践中,这会导致人工智能应用产生巨大的计算和能源成本。本文提出了一种通用策略,用于加速和改进此类方法的整体性能,从而减轻贫瘠高原和局部极小值的负面影响。我们的方法基于坐标变换,与变分旋转有些类似,在参数空间中添加了依赖于代价函数本身的额外方向,从而能够更高效地探索构型空间。通过提升多个量子机器学习算法的性能来验证我们方法的有效性,并观察到其性能得到了非常显著的提升。

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机器学习(Machine Learning)是一个研究计算学习方法的国际论坛。该杂志发表文章,报告广泛的学习方法应用于各种学习问题的实质性结果。该杂志的特色论文描述研究的问题和方法,应用研究和研究方法的问题。有关学习问题或方法的论文通过实证研究、理论分析或与心理现象的比较提供了坚实的支持。应用论文展示了如何应用学习方法来解决重要的应用问题。研究方法论文改进了机器学习的研究方法。所有的论文都以其他研究人员可以验证或复制的方式描述了支持证据。论文还详细说明了学习的组成部分,并讨论了关于知识表示和性能任务的假设。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ml/
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