In this paper, we use matrix information theory as an analytical tool to analyze the dynamics of the information interplay between data representations and classification head vectors in the supervised learning process. Specifically, inspired by the theory of Neural Collapse, we introduce matrix mutual information ratio (MIR) and matrix entropy difference ratio (HDR) to assess the interactions of data representation and class classification heads in supervised learning, and we determine the theoretical optimal values for MIR and HDR when Neural Collapse happens. Our experiments show that MIR and HDR can effectively explain many phenomena occurring in neural networks, for example, the standard supervised training dynamics, linear mode connectivity, and the performance of label smoothing and pruning. Additionally, we use MIR and HDR to gain insights into the dynamics of grokking, which is an intriguing phenomenon observed in supervised training, where the model demonstrates generalization capabilities long after it has learned to fit the training data. Furthermore, we introduce MIR and HDR as loss terms in supervised and semi-supervised learning to optimize the information interactions among samples and classification heads. The empirical results provide evidence of the method's effectiveness, demonstrating that the utilization of MIR and HDR not only aids in comprehending the dynamics throughout the training process but can also enhances the training procedure itself.


翻译:本文采用矩阵信息论作为分析工具,研究监督学习过程中数据表示与分类头向量之间信息交互的动态特性。具体而言,受神经坍缩理论启发,我们引入矩阵互信息比与矩阵熵差比来评估监督学习中数据表示与类别分类头之间的相互作用,并确定了神经坍缩发生时这两个指标的理论最优值。实验表明,矩阵互信息比与矩阵熵差比能有效解释神经网络中出现的多种现象,例如标准监督训练动态、线性模式连通性,以及标签平滑与剪枝技术的性能表现。此外,我们运用这两个指标深入探究了顿悟现象的动态机制——该现象指模型在完全拟合训练数据后,经过较长时间才展现出泛化能力的特殊训练过程。进一步地,我们将矩阵互信息比与矩阵熵差比作为损失项引入监督与半监督学习,以优化样本与分类头之间的信息交互。实证结果验证了该方法的有效性,表明矩阵互信息比与矩阵熵差比不仅有助于理解整个训练过程的动态特性,还能优化训练过程本身。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
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
【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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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 · 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
1+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
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
VIP会员
最新内容
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
0+阅读 · 19分钟前
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
0+阅读 · 30分钟前
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
3+阅读 · 4月23日
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 4月23日
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 4月23日
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 4月23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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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 · 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
1+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员