The practice of deep learning has shown that neural networks generalize remarkably well even with an extreme number of learned parameters. This appears to contradict traditional statistical wisdom, in which a trade-off between model complexity and fit to the data is essential. We aim to address this discrepancy by adopting a convex optimization and sparse recovery perspective. We consider the training and generalization properties of two-layer ReLU networks with standard weight decay regularization. Under certain regularity assumptions on the data, we show that ReLU networks with an arbitrary number of parameters learn only simple models that explain the data. This is analogous to the recovery of the sparsest linear model in compressed sensing. For ReLU networks and their variants with skip connections or normalization layers, we present isometry conditions that ensure the exact recovery of planted neurons. For randomly generated data, we show the existence of a phase transition in recovering planted neural network models, which is easy to describe: whenever the ratio between the number of samples and the dimension exceeds a numerical threshold, the recovery succeeds with high probability; otherwise, it fails with high probability. Surprisingly, ReLU networks learn simple and sparse models that generalize well even when the labels are noisy . The phase transition phenomenon is confirmed through numerical experiments.


翻译:深度学习实践表明,即使学习参数数量极其庞大,神经网络仍能实现出色的泛化性能。这似乎与传统统计理论相悖——后者强调模型复杂度与数据拟合之间的必要权衡。我们旨在通过采用凸优化和稀疏恢复视角来阐释这一矛盾。本文研究了具有标准权重衰减正则化的两层ReLU网络的训练与泛化特性。在数据的特定正则性假设下,我们证明:无论参数数量如何,ReLU网络仅学习能解释数据的简单模型,这类似于压缩感知中恢复最稀疏线性模型的过程。针对ReLU网络及其带有跳跃连接或归一化层的变体,我们提出了确保植入神经元精确恢复的等距条件。对于随机生成的数据,我们展示了恢复植入神经网络模型时存在的相变现象,其描述简明:当样本数与维度之比超过数值阈值时,恢复以高概率成功;反之则高概率失败。令人惊讶的是,即使标签存在噪声,ReLU网络仍能学习具有良好泛化性的简单稀疏模型。数值实验验证了这一相变现象。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
8+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
10+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
6+阅读 · 6月4日
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
20+阅读 · 6月2日
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员