論文の概要: Rolling Ball Optimizer: Learning by ironing out loss landscape wrinkles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.19527v3
• Date: Fri, 24 Oct 2025 04:55:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 09:00:14.949137
• Title: Rolling Ball Optimizer: Learning by ironing out loss landscape wrinkles
• Title（参考訳）: 転がりボール最適化:損失景観のしわを和らげることによる学習
• Authors: Mohammed Djameleddine Belgoumri, Mohamed Reda Bouadjenek, Hakim Hacid, Imran Razzak, Sunil Aryal,
• Abstract要約: 大規模ニューラルネットワーク(NN)のトレーニングには,高次元データ依存損失関数の最適化が必要である。 これらの関数は、しばしば非常に複雑で、テクスチャがあり、フラクタル的ですらある。 トレーニングデータのノイズは前方に伝播し、非表現的な小さな幾何学をもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.667068548957143
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Training large neural networks (NNs) requires optimizing high-dimensional data-dependent loss functions. The optimization landscape of these functions is often highly complex and textured, even fractal-like, with many spurious local minima, ill-conditioned valleys, degenerate points, and saddle points. Complicating things further is the fact that these landscape characteristics are a function of the data, meaning that noise in the training data can propagate forward and give rise to unrepresentative small-scale geometry. This poses a difficulty for gradient-based optimization methods, which rely on local geometry to compute updates and are, therefore, vulnerable to being derailed by noisy data. In practice,this translates to a strong dependence of the optimization dynamics on the noise in the data, i.e., poor generalization performance. To remediate this problem, we propose a new optimization procedure: Rolling Ball Optimizer (RBO), that breaks this spatial locality by incorporating information from a larger region of the loss landscape in its updates. We achieve this by simulating the motion of a rigid sphere of finite radius rolling on the loss landscape, a straightforward generalization of Gradient Descent (GD) that simplifies into it in the infinitesimal limit. The radius serves as a hyperparameter that determines the scale at which RBO sees the loss landscape, allowing control over the granularity of its interaction therewith. We are motivated by the intuition that the large-scale geometry of the loss landscape is less data-specific than its fine-grained structure, and that it is easier to optimize. We support this intuition by proving that our algorithm has a smoothing effect on the loss function. Evaluation against SGD, SAM, and Entropy-SGD, on MNIST and CIFAR-10/100 demonstrates promising results in terms of convergence speed, training accuracy, and generalization performance.
• Abstract（参考訳）: 大規模ニューラルネットワーク(NN)のトレーニングには,高次元データ依存損失関数の最適化が必要である。 これらの関数の最適化のランドスケープは、しばしば非常に複雑で、フラクタルのようなテクスチャがあり、多くの刺激的な局所的なミニマ、不条件の谷、退化点、サドル点がある。 さらに複雑なことは、これらのランドスケープ特性がデータの関数であるという事実であり、トレーニングデータのノイズが前方に伝播し、非表現的な小さな幾何学をもたらすことを意味する。 これは、更新を計算するために局所的幾何に依存する勾配に基づく最適化手法では困難であり、ノイズの多いデータによって脱線される危険性がある。 実際、これはデータのノイズ、すなわち一般化性能に最適化力学が強く依存していることを意味する。 そこで本研究では,その更新にロスランドスケープの広い領域からの情報を取り入れることで,この空間的局所性を損なう新しい最適化手法を提案する。 ロスランドスケープ上を転がる有限半径の剛球の運動をシミュレートし、無限小極限においてその運動を単純化するグラディエント・ディクセント(GD)の直接的な一般化を実現する。 半径は、RBOがロスランドスケープを見るスケールを決定するハイパーパラメータとして機能し、その相互作用の粒度を制御できる。 我々は、損失ランドスケープの大規模幾何学は、その微細な構造よりもデータ固有性が低く、最適化が容易であるという直感に動機付けられている。 この直感は、アルゴリズムが損失関数に滑らかな効果があることを証明することで支持する。 MNISTおよびCIFAR-10/100におけるSGD,SAM,Entropy-SGDに対する評価は、収束速度、トレーニング精度、一般化性能の点で有望な結果を示す。

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