Deep learning has proven to be effective in a wide variety of loss minimization problems. However, many applications of interest, like minimizing projected Bellman error and min-max optimization, cannot be modelled as minimizing a scalar loss function but instead correspond to solving a variational inequality (VI) problem. This difference in setting has caused many practical challenges as naive gradient-based approaches from supervised learning tend to diverge and cycle in the VI case. In this work, we propose a principled surrogate-based approach compatible with deep learning to solve VIs. We show that our surrogate-based approach has three main benefits: (1) under assumptions that are realistic in practice (when hidden monotone structure is present, interpolation, and sufficient optimization of the surrogates), it guarantees convergence, (2) it provides a unifying perspective of existing methods, and (3) is amenable to existing deep learning optimizers like ADAM. Experimentally, we demonstrate our surrogate-based approach is effective in min-max optimization and minimizing projected Bellman error. Furthermore, in the deep reinforcement learning case, we propose a novel variant of TD(0) which is more compute and sample efficient.


翻译:深度学习已被证明在广泛的损失最小化问题中行之有效。然而,许多感兴趣的应用,如最小化投影贝尔曼误差和极小极大优化,无法建模为标量损失函数的最小化,而是对应于求解一个变分不等式问题。这种设定上的差异带来了许多实际挑战,因为从监督学习中直接迁移的朴素基于梯度的方法在VI情形下往往发散或循环。在本工作中,我们提出了一种与深度学习兼容的、基于代理损失函数的原理性方法来求解VI。我们证明了我们的基于代理的方法具有三个主要优势:(1) 在实际中合理的假设下(当存在隐单调结构、满足插值条件且代理函数得到充分优化时),它能保证收敛;(2) 它为现有方法提供了一个统一的视角;(3) 它适用于现有的深度学习优化器,如ADAM。在实验中,我们证明了我们的基于代理的方法在极小极大优化和最小化投影贝尔曼误差中是有效的。此外,在深度强化学习场景中,我们提出了一种新颖的TD(0)变体,其计算和样本效率更高。

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
【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
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
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
46+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21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
相关基金
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
46+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员