We develop a statistical theory of temporal learnability in recurrent neural networks, quantifying the maximal temporal horizon $\mathcal{H}_N$ over which gradient-based learning can recover lag-dependent structure at finite sample size $N$. The theory is built on the effective learning rate envelope $f(\ell)$, a function that captures how gating mechanisms and adaptive optimizers jointly shape the coupling between state-space dynamics and parameter updates during Backpropagation Through Time. Under heavy-tailed ($α$-stable) fluctuations, where empirical averages concentrate at rate $N^{-1/κ_α}$ with $κ_α= α/(α-1)$, the interplay between envelope decay and statistical concentration yields explicit scaling laws for the growth of $\mathcal{H}_N$: logarithmic, polynomial, and exponential temporal learning regimes emerge according to the decay law of $f(\ell)$. These results identify envelope decay as the key determinant of temporal learnability. Slower attenuation of $f(\ell)$ enlarges $\mathcal{H}_N$, while heavy-tailed fluctuations compress it by weakening statistical concentration. Moreover, envelope geometry outweighs dataset size: slowing the envelope's decay enlarges $\mathcal{H}_N$ more than adding data, so more complex architectures that realize slower-decaying envelopes can be more data-efficient than simpler ones. Experiments across multiple gated architectures and optimizers corroborate these structural predictions.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

WWW24 | 从数据中心化的角度校准图神经网络
专知会员服务
14+阅读 · 2024年9月14日
专知会员服务
30+阅读 · 2021年5月21日
[WWW2021]图结构估计神经网络
专知会员服务
43+阅读 · 2021年3月29日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
【GNN】图神经网络入门之GRN图循环网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年5月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
利用神经网络进行序列到序列转换的学习
AI研习社
12+阅读 · 2019年4月26日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19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
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
3+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
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 · 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 · 6月28日
Arxiv
22+阅读 · 2018年2月14日
VIP会员
最新内容
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:29
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:21
分层反无人机系统发展新趋势
专知会员服务
9+阅读 · 9月3日
何为协作武器?
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
相关VIP内容
WWW24 | 从数据中心化的角度校准图神经网络
专知会员服务
14+阅读 · 2024年9月14日
专知会员服务
30+阅读 · 2021年5月21日
[WWW2021]图结构估计神经网络
专知会员服务
43+阅读 · 2021年3月29日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关资讯
【图神经网络入门】GAT图注意力网络
深度学习自然语言处理
28+阅读 · 2020年5月16日
图神经网络入门(三)GAT图注意力网络
图与推荐
10+阅读 · 2020年5月14日
【GNN】图神经网络入门之GRN图循环网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年5月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
利用神经网络进行序列到序列转换的学习
AI研习社
12+阅读 · 2019年4月26日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
3+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
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 · 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