A common heuristic used to explain the generalization of first-order gradient methods on non-convex neural networks is that "flat interpolators generalize well" (Hochreiter and Schmidhuber, 1994; Keskar et al., 2017), where flatness can be measured by the trace of the Hessian of the empirical loss. However, Dinh et al. 2017) showed that, using symmetry of the network that can change flatness while keeping the population and empirical losses unchanged, any interpolator can be made sharper or flatter. This result makes the earlier heuristic statement vacuous. In this paper, we show that for learning an unknown multi-index model with $2$-layer non-convex homogeneous neural networks, there is a connection between flatness and generalization, despite the existence of symmetries. This connection pertains to the "flattest" interpolators, i.e., the interpolators that have orderwise minimum flatness among all interpolators. First, we show that there exists a natural class of non-generalizing interpolators whose flatness cannot be made closer to the flattest possible, even using symmetries. Second, we show that for data generated by a sum of single-index models, if the approximation error and label noise are low, any flattest interpolator achieves small population loss, i.e., the flattest interpolators always generalize. This establishes a direct link between flatness and generalization which applies to a large class of activations and realistic data distributions.


翻译:一种常用于解释非凸神经网络上一阶梯度方法泛化能力的启发式观点是“平坦插值器泛化良好”(Hochreiter and Schmidhuber, 1994; Keskar et al., 2017),其中平坦性可通过经验损失函数Hessian矩阵的迹来衡量。然而,Dinh等人(2017)指出,利用网络对称性(可在保持总体损失和经验损失不变的情况下改变平坦性),任何插值器都可变得更为尖锐或更为平坦。这一结果使得前述启发式论断失去意义。本文表明,对于使用两层非凸齐次神经网络学习未知多元指标模型的任务,尽管存在对称性,平坦性与泛化之间仍存在关联。这种关联针对的是“最平坦”插值器,即所有插值器中平坦性阶数最小的那些。首先,我们证明存在一类自然的非泛化插值器,其平坦性即使通过对称性也无法接近最平坦可能值。其次,我们证明:对于由单指标模型之和生成的数据,若近似误差与标签噪声较低,则任何最平坦插值器都能实现较小的总体损失,即最平坦插值器始终具有泛化能力。这建立了适用于多种激活函数及现实数据分布的平坦性与泛化之间的直接联系。

0
下载
关闭预览

相关内容

深度学习中泛化的量化、理解与改进
专知会员服务
17+阅读 · 2025年9月13日
【模型泛化教程】标签平滑与Keras, TensorFlow,和深度学习
专知会员服务
21+阅读 · 2019年12月31日
博客 | 机器学习中的数学基础(凸优化)
AI研习社
14+阅读 · 2018年12月16日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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
14+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
0+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
5+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
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:08
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
“史诗怒火”行动:现代多域作战的重要节点
专知会员服务
8+阅读 · 7月30日
《下一代无线网络中的多无人机通信资源管理》
相关VIP内容
深度学习中泛化的量化、理解与改进
专知会员服务
17+阅读 · 2025年9月13日
【模型泛化教程】标签平滑与Keras, TensorFlow,和深度学习
专知会员服务
21+阅读 · 2019年12月31日
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017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
14+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
0+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
5+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员