Understanding the internal representations learned by neural networks is a cornerstone challenge in the science of machine learning. While there have been significant recent strides in some cases towards understanding how neural networks implement specific target functions, this paper explores a complementary question -- why do networks arrive at particular computational strategies? Our inquiry focuses on the algebraic learning tasks of modular addition, sparse parities, and finite group operations. Our primary theoretical findings analytically characterize the features learned by stylized neural networks for these algebraic tasks. Notably, our main technique demonstrates how the principle of margin maximization alone can be used to fully specify the features learned by the network. Specifically, we prove that the trained networks utilize Fourier features to perform modular addition and employ features corresponding to irreducible group-theoretic representations to perform compositions in general groups, aligning closely with the empirical observations of Nanda et al. and Chughtai et al. More generally, we hope our techniques can help to foster a deeper understanding of why neural networks adopt specific computational strategies.


翻译:理解神经网络学习的内部表征是机器学习科学中的核心挑战。尽管近年来在某些案例中,人们对神经网络如何实现特定目标函数取得了重大进展,但本文探讨了一个互补性问题——神经网络为何会采用特定的计算策略?我们的研究聚焦于模加法、稀疏奇偶校验和有限群运算等代数学习任务。我们的主要理论发现通过分析表征了这些代数任务中规范化神经网络所学习的特征。值得注意的是,我们的核心技术证明了仅凭边际最大化原理即可完全指定网络学习的特征。具体而言,我们证明训练后的网络利用傅里叶特征执行模加法,并采用与不可约群表示对应的特征来执行一般群上的复合运算,这与Nanda等人和Chughtai等人的实证观察高度吻合。更广泛地说,我们希望我们的技术能够帮助加深对神经网络为何采用特定计算策略的理解。

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
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3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
【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
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
【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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+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
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
最新内容
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
0+阅读 · 18分钟前
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
【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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
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
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+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