論文の概要: Statistically Meaningful Approximation: a Case Study on Approximating Turing Machines with Transformers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.13163v3
• Date: Thu, 30 Mar 2023 06:31:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-31 18:46:55.710362
• Title: Statistically Meaningful Approximation: a Case Study on Approximating Turing Machines with Transformers
• Title（参考訳）: 統計的に有意義な近似:変圧器付きチューリングマシンのケーススタディ
• Authors: Colin Wei, Yining Chen, Tengyu Ma
• Abstract要約: 本研究は,統計的学習性を示すために近似ネットワークを必要とする統計有意(SM)近似の形式的定義を提案する。 回路とチューリングマシンの2つの機能クラスに対するSM近似について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 50.85524803885483
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A common lens to theoretically study neural net architectures is to analyze the functions they can approximate. However, constructions from approximation theory may be unrealistic and therefore less meaningful. For example, a common unrealistic trick is to encode target function values using infinite precision. To address these issues, this work proposes a formal definition of statistically meaningful (SM) approximation which requires the approximating network to exhibit good statistical learnability. We study SM approximation for two function classes: boolean circuits and Turing machines. We show that overparameterized feedforward neural nets can SM approximate boolean circuits with sample complexity depending only polynomially on the circuit size, not the size of the network. In addition, we show that transformers can SM approximate Turing machines with computation time bounded by $T$ with sample complexity polynomial in the alphabet size, state space size, and $\log (T)$. We also introduce new tools for analyzing generalization which provide much tighter sample complexities than the typical VC-dimension or norm-based bounds, which may be of independent interest.
• Abstract（参考訳）: ニューラルネットワークアーキテクチャを理論的に研究する一般的なレンズは、近似可能な関数を分析することである。 しかし、近似理論による構成は非現実的であり、従って意味が薄い。 例えば、共通の非現実的なトリックは、目標関数値を無限の精度でエンコードすることである。 これらの問題に対処するため、この研究は、統計的学習可能性を示すために近似ネットワークを必要とする統計的意味(SM)近似の形式的定義を提案する。 ブール回路とチューリングマシンの2種類の関数クラスに対するSM近似について検討した。 過パラメータ化されたフィードフォワードニューラルネットワークは,ネットワークサイズではなく,回路サイズにのみ依存するサンプル複雑性を持つ近似ブール回路をsmできることを示す。 さらに、変換器は、演算時間を$T$で有界なチューリングマシンを、アルファベットサイズ、状態空間サイズ、$\log (T)$のサンプル複雑性多項式で近似できることを示す。 また,一般的なvc次元やノルムベース境界よりもはるかに厳密なサンプル複雑度を提供する一般化分析ツールも紹介する。

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