Overparameterized models may have many interpolating solutions; implicit regularization refers to the hidden preference of a particular optimization method towards a certain interpolating solution among the many. A by now established line of work has shown that (stochastic) gradient descent tends to have an implicit bias towards low rank and/or sparse solutions when used to train deep linear networks, explaining to some extent why overparameterized neural network models trained by gradient descent tend to have good generalization performance in practice. However, existing theory for square-loss objectives often requires very small initialization of the trainable weights, which is at odds with the larger scale at which weights are initialized in practice for faster convergence and better generalization performance. In this paper, we aim to close this gap by incorporating and analyzing gradient descent with weight normalization, where the weight vector is reparamterized in terms of polar coordinates, and gradient descent is applied to the polar coordinates. By analyzing key invariants of the gradient flow and using Lojasiewicz's Theorem, we show that weight normalization also has an implicit bias towards sparse solutions in the diagonal linear model, but that in contrast to plain gradient descent, weight normalization enables a robust bias that persists even if the weights are initialized at practically large scale. Experiments suggest that the gains in both convergence speed and robustness of the implicit bias are improved dramatically by using weight normalization in overparameterized diagonal linear network models.


翻译:过参数化模型可能存在许多插值解;隐式正则化指的是特定优化方法在众多插值解中隐藏性地偏好某一解。目前已有的一系列研究表明,(随机)梯度下降在训练深度线性网络时,倾向于对低秩和/或稀疏解产生隐式偏差,这在一定程度上解释了为何通过梯度下降训练的过参数化神经网络模型在实践中通常具有良好的泛化性能。然而,现有关于平方损失目标的理论通常要求可训练权重进行非常小的初始化,这与实践中为加速收敛和提升泛化性能而采用较大权重初始化的做法相矛盾。本文旨在通过结合并分析带权重归一化的梯度下降来弥合这一差距,其中权重向量被重新参数化为极坐标形式,梯度下降应用于极坐标。通过分析梯度流的关键不变量并运用Lojasiewicz定理,我们证明了在正交线性模型中,权重归一化同样对稀疏解具有隐式偏差,但与普通梯度下降不同,权重归一化能够产生鲁棒性偏差,即使权重在实际上较大的尺度下初始化,该偏差依然存在。实验表明,在过参数化对角线性网络模型中使用权重归一化,可以显著提升收敛速度以及隐式偏差的鲁棒性。

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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
2+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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月22日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月18日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月17日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19日
VIP会员
最新内容
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:53
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:46
【伯克利博士论文】基于动作分块策略的强化学习
Transformer增强强化学习:通信网络基础与应用综述
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
5+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
9+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
10+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
7+阅读 · 6月5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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月22日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月18日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月17日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员