Classical machine learning models such as deep neural networks are usually trained by using Stochastic Gradient Descent-based (SGD) algorithms. The classical SGD can be interpreted as a discretization of the stochastic gradient flow. In this paper we propose a novel, robust and accelerated stochastic optimizer that relies on two key elements: (1) an accelerated Nesterov-like Stochastic Differential Equation (SDE) and (2) its semi-implicit Gauss-Seidel type discretization. The convergence and stability of the obtained method, referred to as NAG-GS, are first studied extensively in the case of the minimization of a quadratic function. This analysis allows us to come up with an optimal learning rate in terms of the convergence rate while ensuring the stability of NAG-GS. This is achieved by the careful analysis of the spectral radius of the iteration matrix and the covariance matrix at stationarity with respect to all hyperparameters of our method. Further, we show that NAG- GS is competitive with state-of-the-art methods such as momentum SGD with weight decay and AdamW for the training of machine learning models such as the logistic regression model, the residual networks models on standard computer vision datasets, Transformers in the frame of the GLUE benchmark and the recent Vision Transformers.


翻译:经典机器学习模型(如深度神经网络)通常采用基于随机梯度下降(SGD)的算法进行训练。经典SGD可视为随机梯度流的离散化形式。本文提出一种新颖、鲁棒且加速的随机优化器,其核心依赖两个关键要素:(1)加速型Nesterov类随机微分方程(SDE);(2)其半隐式Gauss-Seidel型离散化方法。该优化器被称为NAG-GS,我们首先针对二次函数最小化问题对其收敛性与稳定性进行深入分析。通过精细分析迭代矩阵谱半径以及稳态下所有超参数相关的协方差矩阵,我们推导出能在保证NAG-GS稳定性的同时实现最优收敛速率的学习率。进一步研究表明,NAG-GS在逻辑回归模型训练、标准计算机视觉数据集上的残差网络模型、GLUE基准框架下的Transformer模型以及近期视觉Transformer(Vision Transformer)等机器学习模型训练任务中,与动量SGD(含权重衰减)、AdamW等最先进方法具有同等竞争力。

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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
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
3+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
Arxiv
19+阅读 · 2021年6月15日
Arxiv
12+阅读 · 2018年1月28日
VIP会员
最新内容
俄乌无人机战争的六大启示
专知会员服务
9+阅读 · 8月3日
《无人机空中监控:通信实验洞察》
专知会员服务
6+阅读 · 8月3日
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
6+阅读 · 8月2日
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
9+阅读 · 8月1日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
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
3+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