Recently, a vast amount of literature has focused on the "Neural Collapse" (NC) phenomenon, which emerges when training neural network (NN) classifiers beyond the zero training error point. The core component of NC is the decrease in the within class variability of the network's deepest features, dubbed as NC1. The theoretical works that study NC are typically based on simplified unconstrained features models (UFMs) that mask any effect of the data on the extent of collapse. In this paper, we provide a kernel-based analysis that does not suffer from this limitation. First, given a kernel function, we establish expressions for the traces of the within- and between-class covariance matrices of the samples' features (and consequently an NC1 metric). Then, we turn to focus on kernels associated with shallow NNs. First, we consider the NN Gaussian Process kernel (NNGP), associated with the network at initialization, and the complement Neural Tangent Kernel (NTK), associated with its training in the "lazy regime". Interestingly, we show that the NTK does not represent more collapsed features than the NNGP for prototypical data models. As NC emerges from training, we then consider an alternative to NTK: the recently proposed adaptive kernel, which generalizes NNGP to model the feature mapping learned from the training data. Contrasting our NC1 analysis for these two kernels enables gaining insights into the effect of data distribution on the extent of collapse, which are empirically aligned with the behavior observed with practical training of NNs.


翻译:近来,大量文献聚焦于“神经坍缩”(NC)现象,该现象在神经网络(NN)分类器的训练超越零训练误差点时出现。NC的核心组成部分是网络最深特征在类内变异性的减少,称为NC1。研究NC的理论工作通常基于简化的无约束特征模型(UFMs),这类模型掩盖了数据对坍缩程度的任何影响。本文提出了一种基于核的分析方法,避免了这一局限。首先,给定一个核函数,我们建立了样本特征的类内与类间协方差矩阵迹的表达式(进而推导出NC1度量指标)。随后,我们将重点转向与浅层神经网络相关的核。首先,我们考虑与网络初始化相关的神经网络高斯过程核(NNGP),以及与“惰性训练机制”相关的互补神经正切核(NTK)。有趣的是,我们证明对于典型数据模型,NTK并未表现出比NNGP更坍缩的特征。由于NC产生于训练过程,我们进而考虑NTK的一种替代方案:近期提出的自适应核,该核将NNGP推广至建模从训练数据中学习到的特征映射。对比这两种核的NC1分析,有助于深入理解数据分布对坍缩程度的影响,其实证结果与神经网络实际训练中观察到的行为相符。

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
1+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
1+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
Deep Learning in Video Multi-Object Tracking: A Survey
Arxiv
58+阅读 · 2019年7月31日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:56
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:16
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 今天3:36
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:21
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:13
《基于Transformer的异常舰船导航识别与跟踪》80页
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:37
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
专知会员服务
10+阅读 · 4月22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
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
1+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
1+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