As a second-order method, the Natural Gradient Descent (NGD) has the ability to accelerate training of neural networks. However, due to the prohibitive computational and memory costs of computing and inverting the Fisher Information Matrix (FIM), efficient approximations are necessary to make NGD scalable to Deep Neural Networks (DNNs). Many such approximations have been attempted. The most sophisticated of these is KFAC, which approximates the FIM as a block-diagonal matrix, where each block corresponds to a layer of the neural network. By doing so, KFAC ignores the interactions between different layers. In this work, we investigate the interest of restoring some low-frequency interactions between the layers by means of two-level methods. Inspired from domain decomposition, several two-level corrections to KFAC using different coarse spaces are proposed and assessed. The obtained results show that incorporating the layer interactions in this fashion does not really improve the performance of KFAC. This suggests that it is safe to discard the off-diagonal blocks of the FIM, since the block-diagonal approach is sufficiently robust, accurate and economical in computation time.


翻译:作为二阶方法,自然梯度下降(NGD)具有加速神经网络训练的能力。然而,由于计算和反转费舍尔信息矩阵(FIM)的计算和内存成本过高,因此需要有效的近似方法使NGD适用于深度神经网络(DNN)。已经尝试过许多这样的近似方法。其中最复杂的是KFAC,它将FIM近似为一个块对角矩阵,其中每个块对应于神经网络的一层。通过这样做,KFAC忽略了不同层之间的相互作用。在这项工作中,我们通过使用不同的粗略空间提出并评估了多个KFAC的两级修正,这些修正灵感来自于域分解。所得结果表明,通过这种方式融合层之间的相互作用并没有真正改善KFAC的性能。这表明,丢弃FIM的非对角块是安全的,因为块对角方法在计算时间上足够健壮、准确和经济。

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