We revisit the fundamental problem of learning with distribution shift, in which a learner is given labeled samples from training distribution $D$, unlabeled samples from test distribution $D'$ and is asked to output a classifier with low test error. The standard approach in this setting is to bound the loss of a classifier in terms of some notion of distance between $D$ and $D'$. These distances, however, seem difficult to compute and do not lead to efficient algorithms. We depart from this paradigm and define a new model called testable learning with distribution shift, where we can obtain provably efficient algorithms for certifying the performance of a classifier on a test distribution. In this model, a learner outputs a classifier with low test error whenever samples from $D$ and $D'$ pass an associated test; moreover, the test must accept if the marginal of $D$ equals the marginal of $D'$. We give several positive results for learning well-studied concept classes such as halfspaces, intersections of halfspaces, and decision trees when the marginal of $D$ is Gaussian or uniform on $\{\pm 1\}^d$. Prior to our work, no efficient algorithms for these basic cases were known without strong assumptions on $D'$. For halfspaces in the realizable case (where there exists a halfspace consistent with both $D$ and $D'$), we combine a moment-matching approach with ideas from active learning to simulate an efficient oracle for estimating disagreement regions. To extend to the non-realizable setting, we apply recent work from testable (agnostic) learning. More generally, we prove that any function class with low-degree $L_2$-sandwiching polynomial approximators can be learned in our model. We apply constructions from the pseudorandomness literature to obtain the required approximators.


翻译:我们重新审视了分布偏移下的学习基本问题:在此问题中,学习器获得来自训练分布 $D$ 的带标签样本和来自测试分布 $D'$ 的无标签样本,并被要求输出一个在测试误差上表现良好的分类器。该问题的标准方法是利用 $D$ 与 $D'$ 之间某种距离的概念来约束分类器的损失。然而,这些距离的求解似乎非常困难,且无法衍生出高效的算法。我们跳出这一范式,定义了一种名为“面向分布偏移的可测试学习”的新模型,通过该模型可以获得在测试分布上验证分类器性能的可证明高效算法。在此模型中,只要来自 $D$ 和 $D'$ 的样本通过关联的检验,学习器便能输出一个测试误差较低的分类器;此外,当 $D$ 的边缘分布等于 $D'$ 的边缘分布时,该检验必须接受。我们在 $D$ 的边缘分布为高斯分布或 $\{\pm 1\}^d$ 均匀分布的情况下,针对半空间、半空间交集以及决策树等经典概念类学习取得了多项正面结果。在本文工作之前,若不依赖对 $D'$ 的强假设,这些基本情形尚无已知的高效算法。对于可实现情形(即存在一个同时与 $D$ 和 $D'$ 一致的半空间)下的半空间学习,我们将矩匹配方法与主动学习的思路相结合,模拟了一个用于估计不一致区域的高效访问函数。为了将结果扩展到不可实现情形,我们采用了近期可测试(不可知)学习领域的研究成果。更一般地,我们证明任何具有低阶 $L_2$-夹层多项式逼近器的函数类都能在我们的模型中被学习。为此,我们应用伪随机领域中的构造方法来获取所需的逼近器。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15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
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
47+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
2+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 · 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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月11日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
最新内容
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:53
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:46
【伯克利博士论文】基于动作分块策略的强化学习
Transformer增强强化学习:通信网络基础与应用综述
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
6+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
9+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
10+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
相关VIP内容
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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月11日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6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
13+阅读 · 2017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
47+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
2+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 · 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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员