Stochastic rounding (SR) offers an alternative to the deterministic IEEE-754 floating-point rounding modes. In some applications such as PDEs, ODEs and neural networks, SR empirically improves the numerical behavior and convergence to accurate solutions while no sound theoretical background has been provided. Recent works by Ipsen, Zhou, Higham, and Mary have computed SR probabilistic error bounds for basic linear algebra kernels. For example, the inner product SR probabilistic bound of the forward error is proportional to $\sqrt$ nu instead of nu for the default rounding mode. To compute the bounds, these works show that the errors accumulated in computation form a martingale. This paper proposes an alternative framework to characterize SR errors based on the computation of the variance. We pinpoint common error patterns in numerical algorithms and propose a lemma that bounds their variance. For each probability and through Bienaym{\'e}-Chebyshev inequality, this bound leads to better probabilistic error bound in several situations. Our method has the advantage of providing a tight probabilistic bound for all algorithms fitting our model. We show how the method can be applied to give SR error bounds for the inner product and Horner polynomial evaluation.


翻译:随机舍入(SR)提供了确定性IEEE-754浮点舍入模式的替代方案。在偏微分方程、常微分方程和神经网络等应用中,尽管缺乏可靠的理论背景,SR凭经验改善了数值行为并提高了对精确解的收敛性。Ipsen、Zhou、Higham和Mary近期的工作已计算出基本线性代数内核的SR概率误差边界。例如,内积前向误差的SR概率边界与$\sqrt\nu$成正比,而默认舍入模式则与$\nu$成正比。为计算这些边界,研究发现计算过程中累积的误差构成鞅。本文提出一种基于方差计算的替代框架来表征SR误差。我们识别数值算法中的常见误差模式,并提出一个限定其方差的引理。通过Bienaymé-切比雪夫不等式,该边界在多种情况下能导出更优的概率误差界。我们的方法能为所有符合模型的算法提供紧凑的概率边界,并展示了如何将其应用于内积和Horner多项式求值的SR误差边界计算。

0
下载
关闭预览

相关内容

图像超分辨率(SR)是提高图像分辨率的一类重要的图像处理技术以及计算机视觉中的视频。
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
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
254+阅读 · 2020年4月19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
【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6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 · 2014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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013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
0+阅读 · 2023年7月25日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
1+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
4+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2日
相关VIP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
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
254+阅读 · 2020年4月19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
相关资讯
【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6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 · 2014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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2013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