Theoretical studies show that for any differentiable function on a compact domain, there exists a neural network that approximates both the function values and gradients. However, such a result cannot be used in practice since it assumes real parameters and exact internal operations. In contrast, real implementations only use a finite subset of reals and machine operations with round-off errors. In this work, we investigate whether a similar result holds for neural networks under floating-point arithmetic, when the gradient with respect to the input is computed by the automatic differentiation algorithm $D^\mathtt{AD}$. We first show that given a floating-point function $φ$ (e.g., a loss function), arbitrary function values and gradients can be represented by a floating-point network $f$ and $D^\mathtt{AD}(φ\circ f)$, respectively. We further extend this result: given $φ_1,\dots,φ_n$, $D^\mathtt{AD}(φ_i\circ f)$ can simultaneously represent arbitrary gradients while $f$ represents the target values, under mild conditions. Our results hold for practical activation functions, e.g., $\mathrm{ReLU}$, $\mathrm{ELU}$, $\mathrm{GeLU}$, $\mathrm{Swish}$, $\mathrm{Sigmoid}$, and $\mathrm{tanh}$.


翻译:理论研究证明,对紧致定义域上的任意可微函数,存在一个既能逼近函数值又能逼近梯度的神经网络。然而,该结果假设实数参数与精确内部运算,故无法应用于实际场景。相较而言,真实实现仅使用实数的有限子集及含舍入误差的机器运算。本文探究在浮点算术条件下,当输入梯度由自动微分算法$D^\mathtt{AD}$计算时,神经网络是否仍具有类似性质。我们首先证明:给定浮点函数$φ$(如损失函数),其任意函数值与梯度可分别由浮点网络$f$与$D^\mathtt{AD}(φ\circ f)$表示。进一步推广该结果:在温和条件下,对给定函数组$φ_1,\dots,φ_n$,当$f$表示目标值时,$D^\mathtt{AD}(φ_i\circ f)$可同步表示任意梯度。该结论适用于实际激活函数,例如$\mathrm{ReLU}$、$\mathrm{ELU}$、$\mathrm{GeLU}$、$\mathrm{Swish}$、$\mathrm{Sigmoid}$及$\mathrm{tanh}$。

0
下载
关闭预览

相关内容

梯度的本意是一个向量(矢量),表示某一函数在该点处的方向导数沿着该方向取得最大值,即函数在该点处沿着该方向(此梯度的方向)变化最快,变化率最大(为该梯度的模)。
最新《自动微分》综述教程,71页ppt
专知会员服务
22+阅读 · 2020年11月22日
图神经网络最近这么火,不妨看看我们精选的这七篇
人工智能前沿讲习班
37+阅读 · 2018年12月10日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】深度学习的数学解释
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年12月15日
干货|掌握机器学习数学基础之优化[1](重点知识)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月19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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
9+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
最新《自动微分》综述教程,71页ppt
专知会员服务
22+阅读 · 2020年11月22日
相关基金
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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员