Data augmentation is a simple and model-agnostic approach for exploiting known invariances in learning problems. Given a group acting on the input space, one augments the training set with transformed copies of each sample. Because it exploits symmetries without modifying the underlying learning algorithm, data augmentation can be applied broadly across learning methods. However, this universality comes at a computational cost: when the group is large, full group-sized augmentation quickly becomes computationally infeasible. This raises a fundamental question: Can partial data augmentation achieve the same statistical benefits as full augmentation in terms of generalization and sample complexity? We develop a general framework for investigating this question using Fourier analysis and the representation theory of finite groups. We show that, for a broad class of classical learning problems, partial data augmentation based on a randomly sampled subset of group elements achieves the same minimax rates as full augmentation, up to an approximation error that vanishes as the subset size increases. Our results provide a theoretical explanation for why partial augmentation can retain the statistical benefits of full augmentation despite enforcing symmetry only approximately, and shed light on a recently raised question in learning with symmetries: whether statistically optimal learning under general group invariances can be achieved using computationally scalable methods. Moreover, we prove a complementary impossibility result: enforcing exact invariance via data augmentation requires averaging over the entire group, and cannot be achieved by any strict subset when the hypothesis space is sufficiently expressive. Together, these results provide a unified perspective on full and partial data augmentation, as well as exact and approximate symmetry enforcement.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
用于语音识别的数据增强
AI研习社
24+阅读 · 2019年6月5日
一文教你如何处理不平衡数据集(附代码)
大数据文摘
12+阅读 · 2019年6月2日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
1+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 · 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
1+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
6+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
0+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
Arxiv
95+阅读 · 2022年8月2日
A Survey on Data Augmentation for Text Classification
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
VIP会员
最新内容
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
7+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
6+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
11+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
12+阅读 · 8月8日
相关VIP内容
相关基金
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
3+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
1+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
6+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
0+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员