Characterizing how neural network depth, width, and dataset size jointly impact model quality is a central problem in deep learning theory. We give here a complete solution in the special case of linear networks with output dimension one trained using zero noise Bayesian inference with Gaussian weight priors and mean squared error as a negative log-likelihood. For any training dataset, network depth, and hidden layer widths, we find non-asymptotic expressions for the predictive posterior and Bayesian model evidence in terms of Meijer-G functions, a class of meromorphic special functions of a single complex variable. Through novel asymptotic expansions of these Meijer-G functions, a rich new picture of the joint role of depth, width, and dataset size emerges. We show that linear networks make provably optimal predictions at infinite depth: the posterior of infinitely deep linear networks with data-agnostic priors is the same as that of shallow networks with evidence-maximizing data-dependent priors. This yields a principled reason to prefer deeper networks when priors are forced to be data-agnostic. Moreover, we show that with data-agnostic priors, Bayesian model evidence in wide linear networks is maximized at infinite depth, elucidating the salutary role of increased depth for model selection. Underpinning our results is a novel emergent notion of effective depth, given by the number of hidden layers times the number of data points divided by the network width; this determines the structure of the posterior in the large-data limit.


翻译:刻画神经网络深度、宽度与数据集规模如何共同影响模型质量,是深度学习理论的核心问题。本文针对输出维度为一的线性网络这一特例给出完整解答,该网络采用零噪声贝叶斯推断,以高斯权重先验和均方误差作为负对数似然。对于任意训练数据集、网络深度及隐藏层宽度,我们以Meijer-G函数(一类单复变量的亚纯特殊函数)形式给出了预测后验和贝叶斯模型证据的非渐近表达式。通过对这些Meijer-G函数的新颖渐近展开,深度、宽度与数据集规模的联合作用呈现出丰富的全新图景。我们证明线性网络在无限深度下可做出可证明的最优预测:具有数据无关先验的无限深线性网络的后验,与采用证据最大化数据相关先验的浅层网络的后验相同。这为先验被迫为数据无关时偏好更深网络提供了原理性依据。此外,我们表明在数据无关先验下,宽线性网络的贝叶斯模型证据在无限深度处达到最大值,揭示了增加深度对模型选择的积极作用。支撑我们结果的是一种新颖的有效深度概念,其定义为隐藏层数乘以数据点数再除以网络宽度;这一概念决定了大数据极限下的后验结构。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月30日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
3+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
5+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
6+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
6+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
17+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
14+阅读 · 6月4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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月30日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
相关基金
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
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员