Heavy Ball (HB) nowadays is one of the most popular momentum methods in non-convex optimization. It has been widely observed that incorporating the Heavy Ball dynamic in gradient-based methods accelerates the training process of modern machine learning models. However, the progress on establishing its theoretical foundation of acceleration is apparently far behind its empirical success. Existing provable acceleration results are of the quadratic or close-to-quadratic functions, as the current techniques of showing HB's acceleration are limited to the case when the Hessian is fixed. In this work, we develop some new techniques that help show acceleration beyond quadratics, which is achieved by analyzing how the change of the Hessian at two consecutive time points affects the convergence speed. Based on our technical results, a class of Polyak-\L{}ojasiewicz (PL) optimization problems for which provable acceleration can be achieved via HB is identified. Moreover, our analysis demonstrates a benefit of adaptively setting the momentum parameter. (Update: 08/29/2023) Erratum is added in Appendix J. This is an updated version that fixes an issue in the previous version. An additional condition needs to be satisfied for the acceleration result of HB beyond quadratics in this work, which naturally holds when the dimension is one or, more broadly, when the Hessian is diagonal. We elaborate on the issue in Appendix J.


翻译:重球法(HB)是目前非凸优化中最流行的动量方法之一。大量观测表明,在基于梯度的优化方法中引入重球动力学可加速现代机器学习模型的训练过程。然而,其加速理论基础的建立进展明显滞后于实证成功。现有的可证明加速结果局限于二次函数或近似二次函数,这是因为当前证明HB加速的技术仅适用于Hessian矩阵固定的情况。本研究开发了新技术,通过分析Hessian矩阵在连续两个时间点的变化如何影响收敛速度,实现了超越二次函数的加速证明。基于我们的技术结果,识别出一类可通过HB实现可证明加速的Polyak-Łojasiewicz(PL)优化问题。此外,我们的分析展示了自适应设定动量参数的优势。(更新于2023年8月29日)附录J增加了勘误说明。本更新版本修复了前一版本的问题:本文超越二次函数的HB加速结果需满足一个额外条件——该条件在一维情况下自然成立,更广泛地讲,当Hessian矩阵为对角矩阵时也自然成立。附录J详细阐述了该问题。

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
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
VIP会员
最新内容
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
4+阅读 · 6月12日
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
10+阅读 · 6月12日
美国陆军航空兵:以愿景引领转型
专知会员服务
6+阅读 · 6月12日
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
16+阅读 · 6月11日
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员