Gradient-based multilevel optimization (MLO) has gained attention as a framework for studying numerous problems, ranging from hyperparameter optimization and meta-learning to neural architecture search and reinforcement learning. However, gradients in MLO, which are obtained by composing best-response Jacobians via the chain rule, are notoriously difficult to implement and memory/compute intensive. We take an initial step towards closing this gap by introducing Betty, a software library for large-scale MLO. At its core, we devise a novel dataflow graph for MLO, which allows us to (1) develop efficient automatic differentiation for MLO that reduces the computational complexity from O(d^3) to O(d^2), (2) incorporate systems support such as mixed-precision and data-parallel training for scalability, and (3) facilitate implementation of MLO programs of arbitrary complexity while allowing a modular interface for diverse algorithmic and systems design choices. We empirically demonstrate that Betty can be used to implement an array of MLO programs, while also observing up to 11% increase in test accuracy, 14% decrease in GPU memory usage, and 20% decrease in training wall time over existing implementations on multiple benchmarks. We also showcase that Betty enables scaling MLO to models with hundreds of millions of parameters. We open-source the code at https://github.com/leopard-ai/betty.


翻译:摘要:基于梯度的多层级优化(MLO)作为一种研究框架,已受到广泛关注,其应用范围涵盖超参数优化、元学习、神经架构搜索及强化学习等多个领域。然而,通过链式法则组合最优响应雅可比矩阵所获得的MLO梯度,不仅实现难度极高,还存在内存与计算资源消耗大的问题。为弥合这一差距,我们迈出初步步伐——提出Betty,一个面向大规模MLO的软件库。其核心创新在于设计了一种新型MLO数据流图,该方案可实现:(1)开发高效MLO自动微分算法,将计算复杂度从O(d³)降至O(d²);(2)集成混合精度训练与数据并行训练等系统级扩展支持;(3)在保证模块化接口支持多样化算法与系统设计选择的同时,促进任意复杂度MLO程序的实现。实验表明,Betty可支撑多种MLO程序的开发,相较于现有实现,在多个基准测试中取得了测试准确率最高提升11%、GPU内存使用率降低14%、训练耗时减少20%的效果。此外,Betty成功将MLO扩展至含数十亿参数的模型。代码已开源至https://github.com/leopard-ai/betty。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
LibRec 精选:推荐系统的论文与源码
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2018年11月29日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
14+阅读 · 6月11日
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
3+阅读 · 6月11日
《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
13+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
15+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
6+阅读 · 6月10日
相关VIP内容
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
LibRec 精选:推荐系统的论文与源码
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2018年11月29日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员