We study the binary and continuous negative-margin perceptrons as simple non-convex neural network models learning random rules and associations. We analyze the geometry of the landscape of solutions in both models and find important similarities and differences. Both models exhibit subdominant minimizers which are extremely flat and wide. These minimizers coexist with a background of dominant solutions which are composed by an exponential number of algorithmically inaccessible small clusters for the binary case (the frozen 1-RSB phase) or a hierarchical structure of clusters of different sizes for the spherical case (the full RSB phase). In both cases, when a certain threshold in constraint density is crossed, the local entropy of the wide flat minima becomes non-monotonic, indicating a break-up of the space of robust solutions into disconnected components. This has a strong impact on the behavior of algorithms in binary models, which cannot access the remaining isolated clusters. For the spherical case the behaviour is different, since even beyond the disappearance of the wide flat minima the remaining solutions are shown to always be surrounded by a large number of other solutions at any distance, up to capacity. Indeed, we exhibit numerical evidence that algorithms seem to find solutions up to the SAT/UNSAT transition, that we compute here using an 1RSB approximation. For both models, the generalization performance as a learning device is shown to be greatly improved by the existence of wide flat minimizers even when trained in the highly underconstrained regime of very negative margins.


翻译:我们研究二值化和连续负边际感知机作为简单非凸神经网络模型学习随机规则与关联的过程。分析了两种模型中解空间几何结构,并发现了重要的相似性与差异。两种模型均存在极度平坦且宽广的次优极小值。这些极小值与背景中的主导解共存:二值化情形下主导解由指数级数量算法无法访问的小聚类构成(冻结的1-RSB相),球形情形下则由不同规模聚类的层次结构构成(全RSB相)。在两种情形中,当约束密度超过特定阈值时,宽平坦极小值的局部熵呈现非单调性,表明鲁棒解空间分裂为不连通分量。这对二值化模型中算法的行为产生强烈影响——算法无法访问剩余的孤立聚类。对于球形情形则表现不同:即便宽平坦极小值消失后,剩余解始终被大量其他解包围(任意距离直至容量极限)。我们实际提供数值证据表明,算法似乎能在直至SAT/UNSAT转变点的范围内找到解(该转变点采用1RSB近似计算)。对于两种模型,即使在高欠约束的强负边际区域进行训练,宽平坦极小值的存在仍能显著提升其作为学习设备的泛化性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

让 iOS 8 和 OS X Yosemite 无缝切换的一个新特性。 > Apple products have always been designed to work together beautifully. But now they may really surprise you. With iOS 8 and OS X Yosemite, you’ll be able to do more wonderful things than ever before.

Source: Apple - iOS 8
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
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10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
【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
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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+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 · 2009年12月31日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
38+阅读 · 2020年3月10日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
7+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
3+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
1+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关资讯
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
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
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
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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+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 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员