Regularization is a set of techniques that are used to improve the generalization ability of deep neural networks. In this paper, we introduce weight compander (WC), a novel effective method to improve generalization by reparameterizing each weight in deep neural networks using a nonlinear function. It is a general, intuitive, cheap and easy to implement method, which can be combined with various other regularization techniques. Large weights in deep neural networks are a sign of a more complex network that is overfitted to the training data. Moreover, regularized networks tend to have a greater range of weights around zero with fewer weights centered at zero. We introduce a weight reparameterization function which is applied to each weight and implicitly reduces overfitting by restricting the magnitude of the weights while forcing them away from zero at the same time. This leads to a more democratic decision-making in the network. Firstly, individual weights cannot have too much influence in the prediction process due to the restriction of their magnitude. Secondly, more weights are used in the prediction process, since they are forced away from zero during the training. This promotes the extraction of more features from the input data and increases the level of weight redundancy, which makes the network less sensitive to statistical differences between training and test data. We extend our method to learn the hyperparameters of the introduced weight reparameterization function. This avoids hyperparameter search and gives the network the opportunity to align the weight reparameterization with the training progress. We show experimentally that using weight compander in addition to standard regularization methods improves the performance of neural networks.


翻译:摘要:正则化是一系列用于提升深度神经网络泛化能力的技术集合。本文提出权重压缩器(WC),这是一种通过非线性函数对深度神经网络中每个权重进行重参数化来改进泛化性能的新型有效方法。该方法具有通用性、直观性、低计算成本且易于实现的特点,可与其他多种正则化技术联合使用。深度神经网络中的大权重通常意味着网络复杂度较高且对训练数据存在过拟合现象。此外,经过正则化的网络倾向于在零值附近具有更广的权重分布范围,同时以零为中心的权重数量更少。我们引入一种应用于每个权重的重参数化函数,通过限制权重幅值并同时迫使权重偏离零值,隐式地减少过拟合。这促使网络实现更民主的决策机制:首先,由于幅值限制,单个权重在预测过程中的影响力无法过大;其次,训练过程中权重被强制偏离零值,使得更多权重参与到预测过程中。这种设计促进了从输入数据中提取更多特征,并提高了权重冗余度,从而使网络对训练数据与测试数据之间的统计差异更不敏感。我们进一步扩展该方法,使其能够学习所引入的权重重参数化函数的超参数。这一设计避免了超参数搜索,并赋予网络将权重重参数化与训练进程对齐的能力。实验表明,在标准正则化方法基础上引入权重压缩器可有效提升神经网络性能。

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
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
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
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
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
1+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
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
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月18日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月17日
Arxiv
16+阅读 · 2022年11月1日
Arxiv
33+阅读 · 2021年12月31日
Arxiv
58+阅读 · 2021年5月3日
Arxiv
16+阅读 · 2019年4月4日
VIP会员
最新内容
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
专知会员服务
0+阅读 · 今天2:42
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
2+阅读 · 今天1:46
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
2+阅读 · 8月1日
美空军如何将人工智能从战场部署至后方机关
专知会员服务
11+阅读 · 7月31日
《史诗怒火行动:多域前瞻评估》49页报告
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
《英国防部:未来空战系统数字化战略》33页
专知会员服务
5+阅读 · 7月31日
《面向自主飞行网络的智能体人工智能架构》
专知会员服务
7+阅读 · 7月31日
相关VIP内容
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
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
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18日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月17日
Arxiv
16+阅读 · 2022年11月1日
Arxiv
33+阅读 · 2021年12月31日
Arxiv
58+阅读 · 2021年5月3日
Arxiv
16+阅读 · 2019年4月4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
3+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
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
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
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员