Recently, significant progress has been made in understanding the generalization of neural networks (NNs) trained by gradient descent (GD) using the algorithmic stability approach. However, most of the existing research has focused on one-hidden-layer NNs and has not addressed the impact of different network scaling parameters. In this paper, we greatly extend the previous work \cite{lei2022stability,richards2021stability} by conducting a comprehensive stability and generalization analysis of GD for multi-layer NNs. For two-layer NNs, our results are established under general network scaling parameters, relaxing previous conditions. In the case of three-layer NNs, our technical contribution lies in demonstrating its nearly co-coercive property by utilizing a novel induction strategy that thoroughly explores the effects of over-parameterization. As a direct application of our general findings, we derive the excess risk rate of $O(1/\sqrt{n})$ for GD algorithms in both two-layer and three-layer NNs. This sheds light on sufficient or necessary conditions for under-parameterized and over-parameterized NNs trained by GD to attain the desired risk rate of $O(1/\sqrt{n})$. Moreover, we demonstrate that as the scaling parameter increases or the network complexity decreases, less over-parameterization is required for GD to achieve the desired error rates. Additionally, under a low-noise condition, we obtain a fast risk rate of $O(1/n)$ for GD in both two-layer and three-layer NNs.


翻译:近期,利用算法稳定性方法理解由梯度下降(GD)训练的神经网络(NNs)泛化性能的研究取得了重大进展。然而,现有研究大多聚焦于单隐藏层神经网络,且未针对不同网络缩放参数的影响进行探讨。本文通过开展GD对多层神经网络的全面稳定性与泛化分析,极大地拓展了先前工作\cite{lei2022stability,richards2021stability}。针对两层神经网络,我们在一般网络缩放参数下建立了结果,放宽了先前条件。对于三层神经网络,我们的技术贡献在于利用一种新颖的归纳策略,深入探索了过参数化的影响,从而证明其近乎共协(nearly co-coercive)性质。作为通用结论的直接应用,我们推导出两层和三层神经网络中GD算法的超额风险率为$O(1/\sqrt{n})$。这揭示了由GD训练的欠参数化与过参数化神经网络达到期望风险率$O(1/\sqrt{n})$的充分或必要条件。此外,我们证明,随着缩放参数增大或网络复杂度降低,GD实现期望误差率所需的过参数化程度降低。在低噪声条件下,我们进一步得到两层和三层神经网络中GD的快速风险率$O(1/n)$。

0
下载
关闭预览

相关内容

通用动力公司(General Dynamics)是一家美国的国防企业集团。2008年时通用动力是世界第五大国防工业承包商。由于近年来不断的扩充和并购其他公司,通用动力现今的组成与面貌已与冷战时期时大不相同。现今通用动力包含三大业务集团:海洋、作战系统和资讯科技集团。
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
0+阅读 · 2013年12月31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
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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月14日
Arxiv
10+阅读 · 2017年12月29日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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 · 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
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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员