論文の概要: Stochastic Saddle Avoidance Beyond Unit Excitation and Smoothness: A Pathwise Lyapunov-Perron Framework
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.03001v2
- Date: Thu, 06 Aug 2026 04:18:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-07 17:43:06.618892
- Title: Stochastic Saddle Avoidance Beyond Unit Excitation and Smoothness: A Pathwise Lyapunov-Perron Framework
- Title(参考訳): 単位励起と平滑性を超えた確率的サドル回避:リアプノフ・ペロンフレームワーク
- Abstract要約: ユニット(UE)はサドル回避の一般的な前提であるが、実際のノイズ構造を単純化する。
有限サム問題では、勾配ノイズは低次元のデータ依存部分空間に存在することがある。
UEを使わずに再帰の回避定理をほぼ確実に証明する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 13.105625785987321
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Unit excitation (UE) is a common assumption in stochastic saddle avoidance: the stochastic error must have a uniformly positive component along every direction, in expectation. This condition gives a direct way to rule out convergence to strict saddles, but it also oversimplifies the actual noise structure, and does not match many stochastic optimization regimes. In overparameterized or interpolation models, the noise may vanish near stationarity. In finite-sum problems, the stochastic gradient noise may lie in a low-dimensional, data-dependent subspace. In these (common) scenarios, UE is naturally not satisfied. In this paper, we prove an abstract almost sure avoidance theorem for stochastic recursions without UE. The theorem replaces UE-type requirements by verifiable pathwise conditions. In applications, these conditions follow, e.g., from local smoothness and finite-moment assumptions under standard i.i.d. sampling, or from the finite-sum structure under without-replacement sampling. Since the stochastically sampled maps generally do not share a fixed point, the celebrated center-stable manifold argument used in deterministic analyses is not directly applicable. Instead, we use a path-dependent change of variables together with a pathwise Lyapunov--Perron-based proof strategy. As applications, we obtain strict saddle avoidance for stochastic mirror descent (including SGD) and for random reshuffling. For nonsmooth composite objectives, we prove avoidance results for a proximal-type stochastic gradient method. Combining these insights with suitable iterate convergence guarantees, this allows establishing convergence to local minimizers of the original objective function.
- Abstract(参考訳): 単位励起(UE)は確率的サドル回避において一般的な仮定であり、確率的誤差は予想される全ての方向に沿って一様正の成分を持つ必要がある。
この条件は、厳密なサドルへの収束を除外する直接的な方法を与えるが、実際のノイズ構造を単純化し、多くの確率的最適化規則と一致しない。
過パラメータ化または補間モデルでは、ノイズは定常付近で消える可能性がある。
有限サム問題では、確率勾配ノイズは低次元のデータ依存部分空間に現れることがある。
これらの(一般的な)シナリオでは、UEは自然に満足しません。
本稿では,UEを含まない確率的再帰に対する抽象的ほぼ確実な回避定理を証明した。
この定理はUE型要件を検証可能なパスワイズ条件で置き換える。
応用において、これらの条件は、例えば、標準サンプリングの下での局所滑らかさや有限モーメント仮定から、あるいは非置換サンプリングの下での有限サム構造から従う。
確率的にサンプリングされた写像は一般に固定点を共有しないので、決定論的解析で使われる有名な中心安定多様体の議論は直接適用できない。
代わりに、パス依存的な変数変化と、パスワイズなリアプノフ-ペロンに基づく証明戦略を用いる。
応用として、確率的ミラー降下(SGDを含む)とランダムリシャッフルのための厳密なサドル回避が得られる。
非平滑な合成目的に対して、近位型確率勾配法における回避効果を証明した。
これらの洞察と適切な反復収束保証を組み合わせることで、元の目的関数の局所最小化への収束を確立することができる。
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