There is a notable dearth of results characterizing the preconditioning effect of Adam and showing how it may alleviate the curse of ill-conditioning -- an issue plaguing gradient descent (GD). In this work, we perform a detailed analysis of Adam's preconditioning effect for quadratic functions and quantify to what extent Adam can mitigate the dependence on the condition number of the Hessian. Our key finding is that Adam can suffer less from the condition number but at the expense of suffering a dimension-dependent quantity. Specifically, for a $d$-dimensional quadratic with a diagonal Hessian having condition number $\kappa$, we show that the effective condition number-like quantity controlling the iteration complexity of Adam without momentum is $\mathcal{O}(\min(d, \kappa))$. For a diagonally dominant Hessian, we obtain a bound of $\mathcal{O}(\min(d \sqrt{d \kappa}, \kappa))$ for the corresponding quantity. Thus, when $d < \mathcal{O}(\kappa^p)$ where $p = 1$ for a diagonal Hessian and $p = 1/3$ for a diagonally dominant Hessian, Adam can outperform GD (which has an $\mathcal{O}(\kappa)$ dependence). On the negative side, our results suggest that Adam can be worse than GD for a sufficiently non-diagonal Hessian even if $d \ll \mathcal{O}(\kappa^{1/3})$; we corroborate this with empirical evidence. Finally, we extend our analysis to functions satisfying per-coordinate Lipschitz smoothness and a modified version of the Polyak-\L ojasiewicz condition.


翻译:关于亚当优化器预处理效应的表征及其如何缓解梯度下降法中病态条件数问题的研究结果仍显不足。本文针对二次型函数深入分析了亚当优化器的预处理效应,量化了其在何种程度上能减轻对海森矩阵条件数的依赖。关键发现是:亚当优化器受条件数影响较小,但代价是需要承受维度相关量。具体而言,对于具有对角海森矩阵且条件数为$\kappa$的$d$维二次型函数,我们证明控制无动量亚当优化器迭代复杂度的有效条件数型量级为$\mathcal{O}(\min(d, \kappa))$。对于对角占优海森矩阵,对应量级边界为$\mathcal{O}(\min(d \sqrt{d \kappa}, \kappa))$。因此当$d < \mathcal{O}(\kappa^p)$(对角海森矩阵$p=1$,对角占优海森矩阵$p=1/3$)时,亚当优化器可优于梯度下降法(其复杂度依赖关系为$\mathcal{O}(\kappa)$)。从负面角度看,我们的结果表明:即使$d \ll \mathcal{O}(\kappa^{1/3})$,对于非对角性较强的海森矩阵,亚当优化器可能逊于梯度下降法——我们通过实证验证了这一现象。最后,我们将分析扩展至满足逐坐标利普希茨光滑性及修正版Polyak-Łojasiewicz条件的函数。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
3+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 · 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 · 2024年3月22日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月21日
Arxiv
43+阅读 · 2024年1月25日
VIP会员
最新内容
无人机已改变战场,但并未解决指挥问题
专知会员服务
2+阅读 · 今天15:00
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
10+阅读 · 8月11日
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
10+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
15+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
相关VIP内容
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
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
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
3+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 · 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