Recent theoretical work identified fundamental properties of representation geometry that shape inference ability of deep neural networks. These include signal-noise factorization (SNF), the ability to segregate signal from noise, and signal-signal factorization (SSF), the ability to segregate task-specific and task-irrelevant signals. Here, we built regularizers that reinforce these two properties during training. We compared networks trained with these regularizers to $L_2$-regularized baseline networks on the CIFAR-100 classification task to understand how our regularizers shape representation geometry and impact performance on a well-known computer vision baseline. Enhancing SNF via regularization improved model performance but enhancing SSF did not. Motivated by biomedical applications, we investigated how our regularizers affected performance on the BloodMNIST dataset treated with MedMNIST-C corruptions at five severity levels, and found even larger performance gains using the SNF regularizer. To understand the mechanism by which SNF-regularization produces improved performance, we analyzed the nuisance subspaces across regularization regimes, finding that the SNF-regularized models represent noise in distinct subspaces, separate from class-relevant signal. Because this geometry is explicit, the dominant corruption-induced directions can be estimated on held-out data and projected out of the representations. This manipulation led to a substantial gain in accuracy. These results show that regularizers that enforce signal-noise factorization can produce substantial improvements on computer vision tasks that contain out-of-distribution image distortions at inference time. They also highlight how shaping representations affects model performance: isolating nuisance variables from categorical ones is more important than maintaining factorized representations of categorical variables.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

AAAI 2024 | GCIL:因果视角下的图对比不变学习
专知会员服务
20+阅读 · 2024年3月5日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
1+阅读 · 2014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
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
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
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
VIP会员
相关主题
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
6+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
6+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
6+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
10+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
AAAI 2024 | GCIL:因果视角下的图对比不变学习
专知会员服务
20+阅读 · 2024年3月5日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关基金
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
1+阅读 · 2014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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员