It is folklore that reusing training data more than once can improve the statistical efficiency of gradient-based learning. While this phenomenon has been extensively studied in linear regression, the benefit of multi-pass gradient descent (GD, which reuses all the data) over one-pass stochastic gradient descent (online SGD, which uses each data point only once) is not well-understood in nonlinear and non-convex settings, except for a loss modification mechanism achieved by the first two passes on the data. In this work, we consider learning a $d$-dimensional single-index model with a quadratic activation, for which it is known that one-pass SGD requires $n\gtrsim d\log d$ samples to achieve weak recovery. We first show that this $\log d$ factor in the sample complexity persists for full-batch spherical GD on the correlation loss; however, by simply truncating the activation, full-batch GD exhibits a favorable optimization landscape at $n \simeq d$ samples, thereby outperforming one-pass SGD (with the same activation) in statistical efficiency. We complement this result with a trajectory analysis of full-batch GD on the squared loss from small initialization, showing that $n \gtrsim d$ samples and $T \gtrsim\log d$ gradient steps suffice to achieve strong (exact) recovery.


翻译:传统的经验表明,重复使用训练数据超过一次可以提升基于梯度的学习的统计效率。尽管这一现象在线性回归中已被广泛研究,但在非线性和非凸设置下,多遍梯度下降(GD,即重复使用所有数据)相较于单次随机梯度下降(在线SGD,即每个数据点仅使用一次)的优势尚未被充分理解,除了通过前两次数据遍历实现损失修正机制的情况外。本文考虑学习一个具有二次激活函数的$d$维单索引模型,已知单次SGD需要$n\gtrsim d\log d$个样本才能实现弱恢复。我们首先证明,在相关损失函数上,全批量球形GD的样本复杂度中仍然存在此$\log d$因子;然而,仅通过截断激活函数,全批量GD在$n \simeq d$个样本时展现出有利的优化景观,从而在统计效率上优于单次SGD(使用相同激活函数)。我们进一步通过从微小初始化出发的平方损失上的全批量GD轨迹分析补充了这一结果,表明$n \gtrsim d$个样本和$T \gtrsim\log d$次梯度步骤足以实现强(精确)恢复。

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)。
通过条件梯度进行结构化机器学习训练,50页ppt与视频
专知会员服务
13+阅读 · 2021年2月25日
【Nature论文】深度网络中的梯度下降复杂度控制
专知会员服务
41+阅读 · 2020年3月9日
从泰勒展开来看梯度下降算法
深度学习每日摘要
13+阅读 · 2019年4月9日
2018年深度学习优化算法最新综述
计算机视觉战队
10+阅读 · 2018年12月11日
干货|代码原理教你搞懂SGD随机梯度下降、BGD、MBGD
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年11月25日
绝对干货 | 随机梯度下降算法综述
菜鸟的机器学习
15+阅读 · 2017年10月30日
精品公开课 | 随机梯度下降算法综述
七月在线实验室
13+阅读 · 2017年7月11日
国家自然科学基金
43+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
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
0+阅读 · 53分钟前
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
0+阅读 · 55分钟前
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关VIP内容
通过条件梯度进行结构化机器学习训练,50页ppt与视频
专知会员服务
13+阅读 · 2021年2月25日
【Nature论文】深度网络中的梯度下降复杂度控制
专知会员服务
41+阅读 · 2020年3月9日
相关资讯
从泰勒展开来看梯度下降算法
深度学习每日摘要
13+阅读 · 2019年4月9日
2018年深度学习优化算法最新综述
计算机视觉战队
10+阅读 · 2018年12月11日
干货|代码原理教你搞懂SGD随机梯度下降、BGD、MBGD
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年11月25日
绝对干货 | 随机梯度下降算法综述
菜鸟的机器学习
15+阅读 · 2017年10月30日
精品公开课 | 随机梯度下降算法综述
七月在线实验室
13+阅读 · 2017年7月11日
相关基金
国家自然科学基金
43+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
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员