An algorithm is said to be adaptive to a certain parameter (of the problem) if it does not need a priori knowledge of such a parameter but performs competitively to those that know it. This dissertation presents our work on adaptive algorithms in following scenarios: 1. In the stochastic optimization setting, we only receive stochastic gradients and the level of noise in evaluating them greatly affects the convergence rate. Tuning is typically required when without prior knowledge of the noise scale in order to achieve the optimal rate. Considering this, we designed and analyzed noise-adaptive algorithms that can automatically ensure (near)-optimal rates under different noise scales without knowing it. 2. In training deep neural networks, the scales of gradient magnitudes in each coordinate can scatter across a very wide range unless normalization techniques, like BatchNorm, are employed. In such situations, algorithms not addressing this problem of gradient scales can behave very poorly. To mitigate this, we formally established the advantage of scale-free algorithms that adapt to the gradient scales and presented its real benefits in empirical experiments. 3. Traditional analyses in non-convex optimization typically rely on the smoothness assumption. Yet, this condition does not capture the properties of some deep learning objective functions, including the ones involving Long Short-Term Memory networks and Transformers. Instead, they satisfy a much more relaxed condition, with potentially unbounded smoothness. Under this condition, we show that a generalized SignSGD algorithm can theoretically match the best-known convergence rates obtained by SGD with gradient clipping but does not need explicit clipping at all, and it can empirically match the performance of Adam and beat others. Moreover, it can also be made to automatically adapt to the unknown relaxed smoothness.


翻译:若算法无需预先知晓问题的某一参数,却能在性能上与已知该参数的算法相匹敌,则称该算法对该参数具有自适应性。本论文介绍了我们在以下场景中关于自适应算法的研究:1. 在随机优化场景中,我们仅能获取随机梯度,而评估梯度时的噪声水平会显著影响收敛速度。在未知噪声规模的条件下,为达到最优收敛速率通常需要进行参数调优。针对此问题,我们设计并分析了一种噪声自适应算法,该算法能在未知噪声规模的情况下自动确保(近似)最优收敛速率。2. 在训练深度神经网络时,若未采用批归一化(BatchNorm)等归一化技术,各坐标方向上的梯度幅度可能跨越极大范围。在此类情形下,未处理梯度幅度差异的算法可能表现极差。为缓解此问题,我们从理论上严格证明了自适应于梯度幅度的无尺度算法的优势,并通过实验验证了其实际效益。3. 传统非凸优化分析通常依赖于光滑性假设。然而,该假设无法刻画某些深度学习目标函数的性质,例如涉及长短期记忆网络(LSTM)和Transformer的目标函数。相反,这些目标函数满足一种更为宽松的条件,即可能具有无界光滑性。在此条件下,我们证明了一种广义SignSGD算法理论上能达到与采用梯度裁剪的SGD算法相同的最优收敛速率,且完全无需显式裁剪操作;实验表明,该算法性能可与Adam相匹敌并超越其他算法。此外,该算法还可实现针对未知宽松光滑条件的自动自适应。

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
《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
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
【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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
1+阅读 · 2016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
47+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
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月28日
Arxiv
13+阅读 · 2021年3月29日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
最新内容
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
0+阅读 · 28分钟前
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+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
6+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
5+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
4+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
3+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
7+阅读 · 6月9日
相关资讯
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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
1+阅读 · 2016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
47+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员