We provide a new information-theoretic generalization error bound that is exactly tight (i.e., matching even the constant) for the canonical quadratic Gaussian (location) problem. Most existing bounds are order-wise loose in this setting, which has raised concerns about the fundamental capability of information-theoretic bounds in reasoning the generalization behavior for machine learning. The proposed new bound adopts the individual-sample-based approach proposed by Bu et al., but also has several key new ingredients. Firstly, instead of applying the change of measure inequality on the loss function, we apply it to the generalization error function itself; secondly, the bound is derived in a conditional manner; lastly, a reference distribution is introduced. The combination of these components produces a KL-divergence-based generalization error bound. We show that although the latter two new ingredients can help make the bound exactly tight, removing them does not significantly degrade the bound, leading to an asymptotically tight mutual-information-based bound. We further consider the vector Gaussian setting, where a direct application of the proposed bound again does not lead to tight bounds except in special cases. A refined bound is then proposed for decomposable loss functions, leading to a tight bound for the vector setting.


翻译:本文针对经典二次高斯(位置)问题,提出了一个精确紧致(即常数项完全匹配)的新信息论泛化误差界。在该问题背景下,现有界大多仅达到阶数级宽松程度,这引发了学界对信息论界在解释机器学习泛化行为方面基本能力的质疑。本方法沿用Bu等人提出的基于独立样本的分析框架,但创新性地融入了三个关键要素:其一,将测度变换不等式直接应用于泛化误差函数本身而非损失函数;其二,采用条件化推导方式;其三,引入参考分布。这三者的结合产生了基于KL散度的泛化误差界。研究表明,尽管后两项新要素有助于实现界的精确紧致性,但即便舍弃它们也不会显著降低界值,可得到渐近紧致的基于互信息的界。进一步考虑向量高斯情形时发现,除特殊场景外直接应用所提方法仍无法获得紧致界。为此,我们针对可分解损失函数提出改进界,最终为向量情形建立了紧致界。

0
下载
关闭预览

相关内容

学习方法的泛化能力(Generalization Error)是由该方法学习到的模型对未知数据的预测能力,是学习方法本质上重要的性质。现实中采用最多的办法是通过测试泛化误差来评价学习方法的泛化能力。泛化误差界刻画了学习算法的经验风险与期望风险之间偏差和收敛速度。一个机器学习的泛化误差(Generalization Error),是一个描述学生机器在从样品数据中学习之后,离教师机器之间的差距的函数。
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
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
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
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
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
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
7+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
8+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
6+阅读 · 6月17日
相关VIP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
【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
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
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
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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员