Does the use of auto-differentiation yield reasonable updates to deep neural networks that represent neural ODEs? Through mathematical analysis and numerical evidence, we find that when the neural network employs high-order forms to approximate the underlying ODE flows (such as the Linear Multistep Method (LMM)), brute-force computation using auto-differentiation often produces non-converging artificial oscillations. In the case of Leapfrog, we propose a straightforward post-processing technique that effectively eliminates these oscillations, rectifies the gradient computation and thus respects the updates of the underlying flow.


翻译:通过数学分析与数值实验验证,本研究探讨了在表示神经常微分方程(neural ODE)的深度神经网络训练中,直接使用自动微分(auto-differentiation)能否产生合理的参数更新。研究结果表明:当神经网络采用高阶格式(如线性多步法(LMM))逼近底层ODE流时,基于自动微分的暴力计算常导致非收敛性的人工振荡。针对跳点法(Leapfrog)案例,我们提出了一种简洁的后处理技术,该技术能有效消除此类振荡,修正梯度计算方式,从而确保参数更新与底层ODE流的动力学特性保持一致。

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