Recent research shows that the dynamics of an infinitely wide neural network (NN) trained by gradient descent can be characterized by Neural Tangent Kernel (NTK) \citep{jacot2018neural}. Under the squared loss, the infinite-width NN trained by gradient descent with an infinitely small learning rate is equivalent to kernel regression with NTK \citep{arora2019exact}. However, the equivalence is only known for ridge regression currently \citep{arora2019harnessing}, while the equivalence between NN and other kernel machines (KMs), e.g. support vector machine (SVM), remains unknown. Therefore, in this work, we propose to establish the equivalence between NN and SVM, and specifically, the infinitely wide NN trained by soft margin loss and the standard soft margin SVM with NTK trained by subgradient descent. Our main theoretical results include establishing the equivalence between NN and a broad family of $\ell_2$ regularized KMs with finite-width bounds, which cannot be handled by prior work, and showing that every finite-width NN trained by such regularized loss functions is approximately a KM. Furthermore, we demonstrate our theory can enable three practical applications, including (i) \textit{non-vacuous} generalization bound of NN via the corresponding KM; (ii) \textit{non-trivial} robustness certificate for the infinite-width NN (while existing robustness verification methods would provide vacuous bounds); (iii) intrinsically more robust infinite-width NNs than those from previous kernel regression. Our code for the experiments are available at \url{https://github.com/leslie-CH/equiv-nn-svm}.


翻译:最近的研究显示,由梯度下移所训练的无限宽度神经网络(NN)的动态只能以Neal Tangent Kernel (NTK)\ citep{jacot2018neur}来描述。在平方损失下,由梯度下移所训练的无限宽度NNN,其学习率极小相当于内核回归,NTK \ citep{arora2019exact}。然而,只有目前峰值回归所知道的等值,而NN和其他内核机(KM)之间的等值,例如支持矢量机(SVM)的等值。因此,在这项工作中,我们提议在NNN和SVM(T)之间建立无限宽度的等值,而SVM(NNT) 和宽度的直流(NNF) 等值的等值,而NM-lority-lations的等值(K) 等值正值的等等值, 以硬度校正值校准的校准的校正三。

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在机器学习中,支持向量机(SVM,也称为支持向量网络)是带有相关学习算法的监督学习模型,该算法分析用于分类和回归分析的数据。支持向量机(SVM)算法是一种流行的机器学习工具,可为分类和回归问题提供解决方案。给定一组训练示例,每个训练示例都标记为属于两个类别中的一个或另一个,则SVM训练算法会构建一个模型,该模型将新示例分配给一个类别或另一个类别,使其成为非概率二进制线性分类器(尽管方法存在诸如Platt缩放的问题,以便在概率分类设置中使用SVM)。SVM模型是将示例表示为空间中的点,并进行了映射,以使各个类别的示例被尽可能宽的明显间隙分开。然后,将新示例映射到相同的空间,并根据它们落入的间隙的侧面来预测属于一个类别。

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