Recent studies have shown that heavy tails can emerge in stochastic optimization and that the heaviness of the tails has links to the generalization error. While these studies have shed light on interesting aspects of the generalization behavior in modern settings, they relied on strong topological and statistical regularity assumptions, which are hard to verify in practice. Furthermore, it has been empirically illustrated that the relation between heavy tails and generalization might not always be monotonic in practice, contrary to the conclusions of existing theory. In this study, we establish novel links between the tail behavior and generalization properties of stochastic gradient descent (SGD), through the lens of algorithmic stability. We consider a quadratic optimization problem and use a heavy-tailed stochastic differential equation as a proxy for modeling the heavy-tailed behavior emerging in SGD. We then prove uniform stability bounds, which reveal the following outcomes: (i) Without making any exotic assumptions, we show that SGD will not be stable if the stability is measured with the squared-loss $x\mapsto x^2$, whereas it in turn becomes stable if the stability is instead measured with a surrogate loss $x\mapsto |x|^p$ with some $p<2$. (ii) Depending on the variance of the data, there exists a \emph{`threshold of heavy-tailedness'} such that the generalization error decreases as the tails become heavier, as long as the tails are lighter than this threshold. This suggests that the relation between heavy tails and generalization is not globally monotonic. (iii) We prove matching lower-bounds on uniform stability, implying that our bounds are tight in terms of the heaviness of the tails. We support our theory with synthetic and real neural network experiments.


翻译:最近的研究显示,重尾和概括性之间的关系在实践上并不总是单调的,与现有理论的结论相反。在本研究中,我们通过算法稳定性的镜像,在尾部行为和梯度下降(SGD)的概括性特性(SGD)之间建立起了新的联系。虽然这些研究揭示了现代环境中一般化行为的有趣方面,但它们依赖强烈的表面学和统计规律性假设,而在实践中很难加以核实。此外,我们从经验上表明,重尾部和概括性之间的关系在实践上可能并不总是单一的。我们通过算法稳定性的镜镜镜,在尾部梯度下降的尾部行为和概括性特性(SGD)之间建立起更明确的联系。我们考虑了二次二次整齐的优化问题,并使用一个严重尾部差异性差异性方程式,作为模拟SGDGD中出现的重尾部行为。然后,我们证明了统一的稳定性界限,这揭示了以下结果:(一)不做任何异性假设,我们表明,如果以正负值的正负值衡量我们的稳定性,那么SGD将无法稳定,我们的稳定性将比正正值更低的下值(x masstoxtoxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
70+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
70+阅读 · 2020年8月2日
专知会员服务
158+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
98+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年7月15日
VIP会员
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
70+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
70+阅读 · 2020年8月2日
专知会员服务
158+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
98+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
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 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员