Polyak--Ruppert averaging gives SGD and momentum methods the same asymptotic covariance. We characterize how fast finite runs reach it and how far they can be parallelized. For strongly convex quadratics with additive noise, we prove an online--offline bridge: the empirical risk minimizer on the samples of a tail average is one Newton step from the tail-averaged query point of any online procedure. For SGD, heavy ball, and Nesterov's method with constant momentum, this step is a boundary term at the two ends of the tail and splits the gap to the offline estimator into center, covariance, and shape errors. Necessary and sufficient conditions show that, on the least curved direction, the center error sets the pace: SGD needs $m\ggκ^2$ rounds but momentum only $m\ggκ$, where $κ$ is the condition number, so at sample size $N$ the critical batch size grows from $Θ(\sqrt{N}/κ)$ to $Θ(\sqrt{N/κ})$. The covariance error separates the momentum methods: heavy ball has relative variance excess $Θ(κ^{3/2}/m)$ along the stiffest direction, whereas Nesterov has relative error $O(\sqrtκ/m)$ in every direction. The shape error is method-independent by a Berry--Esseen bound uniform in $κ$ and batch size, so confidence intervals are valid when the other two errors vanish. We further examine how the conclusions change under heavy-tailed or state-dependent noise and clipping, and establish a first-order comparison with ERM for nonlinear Nesterov averaging under explicit conditions.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

动量方法 (Polyak, 1964) 旨在加速学习,特别是处理高曲率、小但一致的梯度,或是带噪声的梯度。 动量算法积累了之前梯度指数级衰减的移动平均,并且继续沿该方向移动。
【Google】平滑对抗训练,Smooth Adversarial Training
专知会员服务
49+阅读 · 2020年7月4日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
NLP新宠 | 浅谈Prompt的前世今生
机器学习与推荐算法
14+阅读 · 2021年8月16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
强推!《PyTorch中文手册》来了
新智元
34+阅读 · 2019年2月14日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
Attention is All You Need | 每周一起读
PaperWeekly
14+阅读 · 2017年6月28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
1+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
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 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 10月30日
VIP会员
最新内容
《面向国防领域的大语言模型基准测试与适配》
专知会员服务
16+阅读 · 10月28日
世界模型入门:从序贯决策到通用智能体
专知会员服务
17+阅读 · 10月24日
相关资讯
NLP新宠 | 浅谈Prompt的前世今生
机器学习与推荐算法
14+阅读 · 2021年8月16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
强推!《PyTorch中文手册》来了
新智元
34+阅读 · 2019年2月14日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
Attention is All You Need | 每周一起读
PaperWeekly
14+阅读 · 2017年6月28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
1+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
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 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员