We establish the first mathematically rigorous link between Bayesian, variational Bayesian, and ensemble methods. A key step towards this it to reformulate the non-convex optimisation problem typically encountered in deep learning as a convex optimisation in the space of probability measures. On a technical level, our contribution amounts to studying generalised variational inference through the lense of Wasserstein gradient flows. The result is a unified theory of various seemingly disconnected approaches that are commonly used for uncertainty quantification in deep learning -- including deep ensembles and (variational) Bayesian methods. This offers a fresh perspective on the reasons behind the success of deep ensembles over procedures based on parameterised variational inference, and allows the derivation of new ensembling schemes with convergence guarantees. We showcase this by proposing a family of interacting deep ensembles with direct parallels to the interactions of particle systems in thermodynamics, and use our theory to prove the convergence of these algorithms to a well-defined global minimiser on the space of probability measures.


翻译:我们建立了贝叶斯方法、变分贝叶斯方法与集成方法之间首个数学上严格的联系。实现这一目标的关键步骤在于,将深度学习通常面临的非凸优化问题重新表述为概率测度空间上的凸优化问题。在技术层面,我们的贡献相当于通过瓦瑟斯坦梯度流的视角研究广义变分推断。这一成果为深度学习领域中常用于不确定性量化的各种看似独立的方法——包括深度集成与(变分)贝叶斯方法——提供了统一的理论框架。这为我们理解深度集成相较于基于参数化变分推断的方法为何更胜一筹提供了全新视角,并能够推导出具有收敛保证的新型集成方案。我们提出了一族交互式深度集成方法,其与热力学中粒子系统的相互作用直接对应,并利用我们的理论证明了这些算法在概率测度空间中收敛至定义良好的全局最小值。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
【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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
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
1+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 · 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 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月7日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
2+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
15+阅读 · 6月10日
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
7+阅读 · 6月10日
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
9+阅读 · 6月10日
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
6+阅读 · 6月10日
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 6月10日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5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
【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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
相关基金
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
1+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 · 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 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员