Modern machine learning models increasingly operate on variable-size structured data, such as sets and graphs. A central requirement is \emph{size generalization}: the ability of a model trained on inputs of one size to generalize to inputs of a different, potentially much larger, size. Classical statistical learning theory, however, primarily considers fixed input domains, and its guarantees often deteriorate with input dimension. Although extensive work has established when models on sets and graphs can be transferred across input sizes, such results do not characterize the statistical cost of doing so: the sample complexity of size generalization, and its relationship to classical in-domain learning, remain largely unknown. We develop a statistical learning theory of size generalization and establish a sharp exponential separation in sample complexity. Letting $n$ denote the number of training samples, we show that polynomial source decay is insufficient for efficient size generalization: while it yields error $n^{-Θ(1)}$ and hence polynomial sample complexity for in-domain learning, size-generalization error decays only as $(\log n)^{-Θ(1)}$, yielding an exponential separation. Thus, polynomial in-domain sample complexity can become exponential across sizes. We then identify an exponential source condition under which size generalization achieves error $n^{-Θ(1)}$, recovering polynomial sample complexity. These guarantees are independent of input dimension and depend only on the number of training samples, yielding dimension-free scaling laws. We also provide matching minimax lower bounds, establishing optimality. To our knowledge, this work provides the first dimension-free minimax theory of size generalization and a rigorous characterization of when, and at what statistical cost, learning can transfer across input sizes.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

视频大模型中视觉上下文表示的scaling law
专知会员服务
24+阅读 · 2024年10月21日
论文浅尝 | 基于深度序列模型的知识图谱补全
开放知识图谱
29+阅读 · 2019年5月19日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9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
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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31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
9+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
VIP会员
最新内容
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
8+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
11+阅读 · 10月15日
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
10+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
14+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
视频大模型中视觉上下文表示的scaling law
专知会员服务
24+阅读 · 2024年10月21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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31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
9+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员