State space models (SSMs) leverage linear, time-invariant (LTI) systems to effectively learn sequences with long-range dependencies. By analyzing the transfer functions of LTI systems, we find that SSMs exhibit an implicit bias toward capturing low-frequency components more effectively than high-frequency ones. This behavior aligns with the broader notion of frequency bias in deep learning model training. We show that the initialization of an SSM assigns it an innate frequency bias and that training the model in a conventional way does not alter this bias. Based on our theory, we propose two mechanisms to tune frequency bias: either by scaling the initialization to tune the inborn frequency bias; or by applying a Sobolev-norm-based filter to adjust the sensitivity of the gradients to high-frequency inputs, which allows us to change the frequency bias via training. Using an image-denoising task, we empirically show that we can strengthen, weaken, or even reverse the frequency bias using both mechanisms. By tuning the frequency bias, we can also improve SSMs' performance on learning long-range sequences, averaging an 88.26% accuracy on the Long-Range Arena (LRA) benchmark tasks.


翻译:状态空间模型(SSMs)利用线性时不变(LTI)系统来有效学习具有长程依赖关系的序列。通过分析LTI系统的传递函数,我们发现SSMs表现出一种隐式偏置,即其捕获低频分量的能力优于高频分量。这种行为与深度学习模型训练中更广泛的频率偏置概念相一致。我们证明,SSM的初始化过程赋予其固有的频率偏置,而采用常规方式训练模型并不会改变这种偏置。基于我们的理论,我们提出了两种调谐频率偏置的机制:一种是通过缩放初始化参数来调谐其固有的频率偏置;另一种是应用基于Sobolev范数的滤波器来调整梯度对高频输入的敏感性,从而使我们能够通过训练来改变频率偏置。利用图像去噪任务,我们通过实验证明,使用这两种机制可以增强、减弱甚至反转频率偏置。通过调谐频率偏置,我们还能提升SSMs在学习长程序列上的性能,在Long-Range Arena(LRA)基准测试任务中平均准确率达到88.26%。

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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月10日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月10日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月9日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月9日
Arxiv
14+阅读 · 2024年5月28日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
VIP会员
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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月10日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月10日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月9日
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月9日
Arxiv
14+阅读 · 2024年5月28日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员