Classical convergence analyses for optimization algorithms rely on the widely-adopted uniform smoothness assumption. However, recent experimental studies have demonstrated that many machine learning problems exhibit non-uniform smoothness, meaning the smoothness factor is a function of the model parameter instead of a universal constant. In particular, it has been observed that the smoothness grows with respect to the gradient norm along the training trajectory. Motivated by this phenomenon, the recently introduced $(L_0, L_1)$-smoothness is a more general notion, compared to traditional $L$-smoothness, that captures such positive relationship between smoothness and gradient norm. Under this type of non-uniform smoothness, existing literature has designed stochastic first-order algorithms by utilizing gradient clipping techniques to obtain the optimal $\mathcal{O}(\epsilon^{-3})$ sample complexity for finding an $\epsilon$-approximate first-order stationary solution. Nevertheless, the studies of quasi-Newton methods are still lacking. Considering higher accuracy and more robustness for quasi-Newton methods, in this paper we propose a fast stochastic quasi-Newton method when there exists non-uniformity in smoothness. Leveraging gradient clipping and variance reduction, our algorithm can achieve the best-known $\mathcal{O}(\epsilon^{-3})$ sample complexity and enjoys convergence speedup with simple hyperparameter tuning. Our numerical experiments show that our proposed algorithm outperforms the state-of-the-art approaches.


翻译:经典优化算法的收敛性分析依赖于广泛采用的均匀光滑性假设。然而,最近的实验研究表明,许多机器学习问题表现出非均匀光滑性,即光滑因子是模型参数的函数而非通用常数。特别地,已观察到光滑性随训练轨迹中梯度范数的增大而增长。受此现象启发,相较于传统的$L$-光滑性,近期提出的$(L_0, L_1)$-光滑性是一种更广义的概念,它捕捉了光滑性与梯度范数之间的这种正向关系。在此类非均匀光滑性条件下,现有文献通过采用梯度裁剪技术设计了随机一阶算法,以获得寻找$\epsilon$-近似一阶稳定解的最优$\mathcal{O}(\epsilon^{-3})$样本复杂度。然而,拟牛顿方法的研究仍属空白。考虑到拟牛顿方法具有更高的精度和更强的鲁棒性,本文针对光滑性存在非均匀性的情况提出了一种快速随机拟牛顿方法。通过结合梯度裁剪与方差缩减技术,我们的算法能够达到目前已知最优的$\mathcal{O}(\epsilon^{-3})$样本复杂度,并借助简单的超参数调整实现收敛加速。数值实验表明,我们提出的算法优于现有最先进的方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

【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
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
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
1+阅读 · 2016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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
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
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
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
1+阅读 · 2016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
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
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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员