We consider the stochastic gradient method with random reshuffling ($\mathsf{RR}$) for tackling smooth nonconvex optimization problems. $\mathsf{RR}$ finds broad applications in practice, notably in training neural networks. In this work, we first investigate the concentration property of $\mathsf{RR}$'s sampling procedure and establish a new high probability sample complexity guarantee for driving the gradient (without expectation) below $\varepsilon$, which effectively characterizes the efficiency of a single $\mathsf{RR}$ execution. Our derived complexity matches the best existing in-expectation one up to a logarithmic term while imposing no additional assumptions nor changing $\mathsf{RR}$'s updating rule. Furthermore, by leveraging our derived high probability descent property and bound on the stochastic error, we propose a simple and computable stopping criterion for $\mathsf{RR}$ (denoted as $\mathsf{RR}$-$\mathsf{sc}$). This criterion is guaranteed to be triggered after a finite number of iterations, and then $\mathsf{RR}$-$\mathsf{sc}$ returns an iterate with its gradient below $\varepsilon$ with high probability. Moreover, building on the proposed stopping criterion, we design a perturbed random reshuffling method ($\mathsf{p}$-$\mathsf{RR}$) that involves an additional randomized perturbation procedure near stationary points. We derive that $\mathsf{p}$-$\mathsf{RR}$ provably escapes strict saddle points and efficiently returns a second-order stationary point with high probability, without making any sub-Gaussian tail-type assumptions on the stochastic gradient errors. Finally, we conduct numerical experiments on neural network training to support our theoretical findings.


翻译:本文考虑采用随机重排($\mathsf{RR}$)的随机梯度方法处理光滑非凸优化问题。$\mathsf{RR}$在实践中应用广泛,尤其在神经网络训练中。本文首先研究了$\mathsf{RR}$采样过程的浓度性质,建立了驱动梯度(无期望)低于$\varepsilon$的新高概率样本复杂度保证,这有效刻画了单次$\mathsf{RR}$执行的效率。我们导出的复杂度与现有最佳期望复杂度相比仅相差对数项,且无需额外假设或改变$\mathsf{RR}$的更新规则。此外,通过利用导出的高概率下降性质和随机误差界,我们提出了一种简单可计算的$\mathsf{RR}$停止准则(记为$\mathsf{RR}$-$\mathsf{sc}$)。该准则保证在有限次迭代后触发,此时$\mathsf{RR}$-$\mathsf{sc}$以高概率返回梯度低于$\varepsilon$的迭代点。进一步,基于所提停止准则,我们设计了扰动随机重排方法($\mathsf{p}$-$\mathsf{RR}$),该方法在驻点附近引入额外的随机扰动过程。我们证明$\mathsf{p}$-$\mathsf{RR}$可证明地逃离严格鞍点,并以高概率高效返回二阶驻点,且无需对随机梯度误差做出任何次高斯尾型假设。最后,我们在神经网络训练上进行了数值实验以支持理论结果。

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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
2+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
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
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
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月10日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月7日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月5日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30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
专知会员服务
0+阅读 · 33分钟前
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9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
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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
2+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
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
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
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员