Second-order optimization has been shown to accelerate the training of deep neural networks in many applications, often yielding faster progress per iteration on the training loss compared to first-order optimizers.However, the generalization properties of second-order methods are still being debated. Theoretical investigations have proved difficult to carry out outside the tractable settings of heavily simplified model classes -- thus, the relevance of existing theories to practical deep learning applications remains unclear. Similarly, empirical studies in large-scale models and real datasets are significantly confounded by the necessity to approximate second-order updates in practice. It is often unclear whether the observed generalization behaviour arises specifically from the second-order nature of the parameter updates, or instead reflects the specific structured (e.g.\ Kronecker) approximations used or any damping-based interpolation towards first-order updates. Here, we show for the first time that exact Gauss-Newton (GN) updates take on a tractable form in a class of deep reversible architectures that are sufficiently expressive to be meaningfully applied to common benchmark datasets. We exploit this novel setting to study the training and generalization properties of the GN optimizer. We find that exact GN generalizes poorly. In the mini-batch training setting, this manifests as rapidly saturating progress even on the \emph{training} loss, with parameter updates found to overfit each mini-batchatch without producing the features that would support generalization to other mini-batches. We show that our experiments run in the ``lazy'' regime, in which the neural tangent kernel (NTK) changes very little during the course of training. This behaviour is associated with having no significant changes in neural representations, explaining the lack of generalization.


翻译:二阶优化已被证明在许多应用中能加速深度神经网络的训练,相较于一阶优化器,其在训练损失上通常能实现更快的单步进展。然而,二阶方法的泛化特性仍存在争议。理论探究在高度简化的模型类别之外难以开展——因此,现有理论对实际深度学习应用的相关性尚不明确。同样,在大规模模型和真实数据集上的实证研究,也因实践中必须对二阶更新进行近似而受到显著干扰。通常难以判断观察到的泛化行为究竟是源于参数更新的二阶特性本身,还是反映了所使用的特定结构化(例如Kronecker)近似或任何基于阻尼向一阶更新的插值。本文首次证明,在一类深度可逆架构中,精确的高斯-牛顿(GN)更新具有可处理的形式,且此类架构的表达能力足以有意义地应用于常见基准数据集。我们利用这一新颖设定研究GN优化器的训练与泛化特性。研究发现,精确GN的泛化能力较差。在小批量训练设定中,这表现为即使在训练损失上的进展也迅速饱和,参数更新被发现会过度拟合每个小批量,而未能产生支持泛化到其他小批量的特征。我们证明实验运行在“惰性”机制中,其中神经正切核(NTK)在训练过程中变化极小。该行为与神经表征未发生显著变化相关联,从而解释了泛化能力的缺失。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+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
3+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
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+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
3+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员