We study Leaky ResNets, which interpolate between ResNets ($\tilde{L}=0$) and Fully-Connected nets ($\tilde{L}\to\infty$) depending on an 'effective depth' hyper-parameter $\tilde{L}$. In the infinite depth limit, we study 'representation geodesics' $A_{p}$: continuous paths in representation space (similar to NeuralODEs) from input $p=0$ to output $p=1$ that minimize the parameter norm of the network. We give a Lagrangian and Hamiltonian reformulation, which highlight the importance of two terms: a kinetic energy which favors small layer derivatives $\partial_{p}A_{p}$ and a potential energy that favors low-dimensional representations, as measured by the 'Cost of Identity'. The balance between these two forces offers an intuitive understanding of feature learning in ResNets. We leverage this intuition to explain the emergence of a bottleneck structure, as observed in previous work: for large $\tilde{L}$ the potential energy dominates and leads to a separation of timescales, where the representation jumps rapidly from the high dimensional inputs to a low-dimensional representation, move slowly inside the space of low-dimensional representations, before jumping back to the potentially high-dimensional outputs. Inspired by this phenomenon, we train with an adaptive layer step-size to adapt to the separation of timescales.


翻译:我们研究渗漏残差网络(Leaky ResNets),该网络通过"有效深度"超参数$\tilde{L}$在残差网络($\tilde{L}=0$)与全连接网络($\tilde{L}\to\infty$)之间进行插值。在无限深度极限下,我们研究"表示测地线"$A_{p}$:这是表示空间中从输入$p=0$到输出$p=1$的连续路径(类似于神经常微分方程),能够最小化网络的参数范数。我们提出了拉格朗日与哈密顿重构,其中凸显了两项关键要素:倾向于较小层导数$\partial_{p}A_{p}$的动能项,以及倾向于低维表示(通过"恒等映射代价"度量)的势能项。这两种力量之间的平衡为理解残差网络中的特征学习提供了直观视角。基于这一理论认知,我们解释了现有研究中观察到的瓶颈结构涌现现象:当$\tilde{L}$较大时,势能项占主导地位并引发时间尺度分离,此时表示会从高维输入快速跃迁至低维表示空间,在该低维空间内缓慢演化,最终再跃迁至可能的高维输出。受此现象启发,我们采用自适应层步长训练方法以适应时间尺度分离特性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
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
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+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
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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
1+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
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
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
3+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
6+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
3+阅读 · 6月17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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
1+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
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
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