論文の概要: A Theory of Non-Linear Feature Learning with One Gradient Step in Two-Layer Neural Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.07891v3
• Date: Sun, 16 Jun 2024 20:44:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-19 12:30:40.031668
• Title: A Theory of Non-Linear Feature Learning with One Gradient Step in Two-Layer Neural Networks
• Title（参考訳）: 2層ニューラルネットワークにおける1段階のステップによる非線形特徴学習の一理論
• Authors: Behrad Moniri, Donghwan Lee, Hamed Hassani, Edgar Dobriban,
• Abstract要約: 機能学習は、ディープニューラルネットワークの成功の根本的な理由の1つであると考えられている。 サンプルサイズとともに成長する学習率によって、このようなトレーニングが実際に複数のランクワンコンポーネントを導入していることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.281323350357404
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Feature learning is thought to be one of the fundamental reasons for the success of deep neural networks. It is rigorously known that in two-layer fully-connected neural networks under certain conditions, one step of gradient descent on the first layer can lead to feature learning; characterized by the appearance of a separated rank-one component -- spike -- in the spectrum of the feature matrix. However, with a constant gradient descent step size, this spike only carries information from the linear component of the target function and therefore learning non-linear components is impossible. We show that with a learning rate that grows with the sample size, such training in fact introduces multiple rank-one components, each corresponding to a specific polynomial feature. We further prove that the limiting large-dimensional and large sample training and test errors of the updated neural networks are fully characterized by these spikes. By precisely analyzing the improvement in the training and test errors, we demonstrate that these non-linear features can enhance learning.
• Abstract（参考訳）: 機能学習は、ディープニューラルネットワークの成功の根本的な理由の1つであると考えられている。 特定の条件下での2層完全連結ニューラルネットワークでは、第1層の勾配勾配の1ステップが特徴学習につながることが知られている。 しかし、勾配降下段差が一定であれば、このスパイクは対象関数の線形成分からの情報のみを伝達するので、非線形成分の学習は不可能である。 サンプルサイズとともに成長する学習率により、実際に複数のランク1成分を導入し、それぞれが特定の多項式の特徴に対応することを示す。 さらに、更新されたニューラルネットワークの大規模かつ大規模なサンプルトレーニングとテストエラーの制限が、これらのスパイクによって完全に特徴づけられることを証明した。 トレーニングとテストの誤りの改善を正確に分析することにより、これらの非線形特徴が学習を向上させることを実証する。

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