We introduce a general theoretical framework, designed for the study of gradient optimisation of deep neural networks, that encompasses ubiquitous architecture choices including batch normalisation, weight normalisation and skip connections. Our framework determines the curvature and regularity properties of multilayer loss landscapes in terms of their constituent layers, thereby elucidating the roles played by normalisation layers and skip connections in globalising these properties. We then demonstrate the utility of this framework in two respects. First, we give the only proof of which we are aware that a class of deep neural networks can be trained using gradient descent to global optima even when such optima only exist at infinity, as is the case for the cross-entropy cost. Second, we identify a novel causal mechanism by which skip connections accelerate training, which we verify predictively with ResNets on MNIST, CIFAR10, CIFAR100 and ImageNet.


翻译:我们引入了一个通用的理论框架,旨在研究深度神经网络的梯度优化问题,该框架涵盖了包括批归一化、权重归一化和跳跃连接在内的常见架构选择。该框架通过各组成层的性质确定多层损失景观的曲率和正则性,从而阐明了归一化层和跳跃连接在全局化这些性质中所起的作用。随后,我们从两个方面展示了该框架的实用性。首先,我们提供了已知唯一的证明,表明即使在最优解仅存在于无穷远处时(如交叉熵损失函数的情形),一类深度神经网络仍可通过梯度下降训练达到全局最优解。其次,我们识别了一种新的因果机制,解释了跳跃连接如何加速训练,并通过ResNet在MNIST、CIFAR10、CIFAR100和ImageNet数据集上的预测性验证证实了这一点。

0
下载
关闭预览

相关内容

跳跃连接可以解决网络层数较深的情况下梯度消失的问题,同时有助于梯度的反向传播,加快训练过程。
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16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
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
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
0+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
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月23日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 6月9日
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
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
0+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
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员