Existing theory suggests that for linear regression problems categorized by capacity and source conditions, gradient descent (GD) is always minimax optimal, while both ridge regression and online stochastic gradient descent (SGD) are polynomially suboptimal for certain categories of such problems. Moving beyond minimax theory, this work provides instance-wise comparisons of the finite-sample risks for these algorithms on any well-specified linear regression problem. Our analysis yields three key findings. First, GD dominates ridge regression: with comparable regularization, the excess risk of GD is always within a constant factor of that of ridge, but ridge can be polynomially worse even when tuned optimally. Second, GD is incomparable with SGD. While it is known that for certain problems GD can be polynomially better than SGD, the reverse is also true: we construct problems, inspired by benign overfitting theory, where optimally stopped GD is polynomially worse. Finally, GD dominates SGD for a significant subclass of problems -- those with fast and continuously decaying covariance spectra -- which includes all problems satisfying the standard capacity condition.


翻译:现有理论表明,对于按容量和源条件分类的线性回归问题,梯度下降始终是极小化极大最优的,而岭回归和在线随机梯度下降在某些问题类别中则是多项式次优的。本文超越极小化极大理论,针对任意良好设定的线性回归问题,提供了这些算法在有限样本风险上的实例级比较。分析得出三个关键发现。首先,梯度下降优于岭回归:在正则化程度相当的情况下,梯度下降的过剩风险始终在岭回归的常数因子范围内,但即使经过最优调参,岭回归仍可能呈多项式级更差。其次,梯度下降与随机梯度下降不可比较。虽然已知在某些问题上梯度下降可比随机梯度下降呈多项式级更优,但反之亦然:受良性过拟合理论启发,我们构建了问题,其中最优停止的梯度下降呈多项式级更差。最后,对于显著子类问题——即具有快速且连续衰减协方差谱的问题,包括所有满足标准容量条件的问题——梯度下降优于随机梯度下降。

0
下载
关闭预览

相关内容

梯度的本意是一个向量(矢量),表示某一函数在该点处的方向导数沿着该方向取得最大值,即函数在该点处沿着该方向(此梯度的方向)变化最快,变化率最大(为该梯度的模)。
一文读懂线性回归、岭回归和Lasso回归
CSDN
34+阅读 · 2019年10月13日
数据分析师应该知道的16种回归方法:负二项回归
数萃大数据
74+阅读 · 2018年9月16日
数据分析师应该知道的16种回归方法:泊松回归
数萃大数据
35+阅读 · 2018年9月13日
数据分析师应该知道的16种回归技术:弹性网络回归
数萃大数据
91+阅读 · 2018年8月16日
数据分析师应该知道的16种回归技术:岭回归
数萃大数据
15+阅读 · 2018年8月11日
线性回归:简单线性回归详解
专知
12+阅读 · 2018年3月10日
国家自然科学基金
6+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 · 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
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
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
4+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
8+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
8+阅读 · 7月31日
相关VIP内容
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
6+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 · 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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员