我們研究了時間差分(TD)學習中泛化與干涉之間的關系。干涉被定義為兩個不同梯度的內積,表示它們的對齊。這個量從對神經網絡、參數共享和動態學習的各種觀察中產生。我們發現,TD很容易導致低干擾、欠泛化參數,而在監督學習中,這種效應似乎是相反的。我們假設,原因可以追溯到相互作用之間的動態干擾和bootstrapping。這是由幾個觀察:支持經驗之間的負面關系泛化間隙和干涉TD,引導對干擾的負面影響和當地的一致性目標,和信息的傳播速度之間的對比在TD(0)和TD(λ)和回歸蒙特卡羅政策評估等任務。我們希望這些新的發現能夠指導未來更好的引導方法的發現。
由于硬件資源有限,深度學習模型的訓練目標通常是在訓練和推理的時間和內存限制下最大化準確性。在這種情況下,我們研究了模型大小的影響,關注于計算受限的NLP任務的Transformer模型:自監督的預訓練和高資源機器翻譯。我們首先展示了,盡管較小的Transformer模型在每次迭代中執行得更快,但更廣、更深入的模型在顯著更少的步驟中收斂。此外,這種收斂速度通常超過了使用更大模型的額外計算開銷。因此,計算效率最高的訓練策略是反直覺地訓練非常大的模型,但在少量迭代后停止。
這導致了大型Transformer 模型的訓練效率和小型Transformer 模型的推理效率之間的明顯權衡。然而,我們表明大模型比小模型在壓縮技術(如量化和剪枝)方面更健壯。因此,一個人可以得到最好的兩個好處: 重壓縮,大模型比輕壓縮,小模型獲得更高的準確度。
//www.zhuanzhi.ai/paper/4d7bcea8653fcc448137766511ec7d8a
概述:
在當前的深度學習范式中,使用更多的計算(例如,增加模型大小、數據集大小或訓練步驟)通常會導致更高的模型準確度(brock2018large;raffel2019exploring)。最近自監督預訓練的成功進一步論證了這種趨勢經模型。因此,計算資源日益成為提高模型準確度的關鍵制約因素。這個約束導致模型訓練的(通常是隱含的)目標是最大化計算效率:如何在固定的硬件和訓練時間下達到最高的模型準確度。
最大化計算效率需要重新考慮關于模型訓練的常見假設。特別是,有一個典型的隱式假設,即模型必須經過訓練直到收斂,這使得較大的模型在有限的計算預算下顯得不太可行。我們通過展示以收斂為代價來增加模型大小的機會來挑戰這一假設。具體地說,我們表明,訓練Transformer 模型的最快方法(vaswani2017attention)是大幅度增加模型大小,但很早停止訓練。
在我們的實驗中,我們改變了Transformer模型的寬度和深度,并在自監督的預訓練(RoBERTa (liu2019roberta)在Wikipedia和BookCorpus上訓練)和機器翻譯(WMT14英語→法語)上評估了它們的訓練時間和準確性。對于這些任務,我們首先展示了更大的模型比更小的模型在更少的梯度更新中收斂到更低的驗證錯誤(第3節)。此外,這種收斂速度的增加超過了使用更大模型所帶來的額外計算開銷——計算效率最高的模型是非常大的,并且遠遠不能收斂(例如,圖2,左)。我們還表明,收斂的加速主要是參數計數的函數,只有模型寬度、深度和批大小的微弱影響。
雖然較大的模型訓練速度更快,但它們也增加了推理的計算和內存需求。這種增加的成本在現實應用中尤其成問題,推理成本占訓練成本的主要比例(jouppi2017datacenter;crankshaw2017clipper;metz2017tpu)。然而,對于RoBERTa來說,這種明顯的權衡可以與壓縮相協調:與小型模型相比,大型模型在壓縮方面更加健壯(第4節)。因此,使用可比較的推理成本,大型重壓縮的模型優于小型輕壓縮的模型(例如,圖2,右)。
我們介紹了一種通過對比圖的結構視圖來學習節點和圖級表示的自監督方法。我們表明,與視覺表示學習不同,增加視圖數量到兩個以上或對比多尺度編碼不會提高性能,而最佳性能是通過對比一階鄰居編碼和圖擴散來實現的。在線性評估協議下,我們在8個節點中的8個和圖分類基準上實現了新的最先進的自監督學習結果。例如,在Cora(節點)和reddy - binary(圖形)分類基準上,我們實現了86.8%和84.5%的準確率,相對于之前的最先進水平分別提高了5.5%和2.4%。與監督基準相比,我們的方法在8個基準中有4個優于監督基準。
題目: DeeBERT: Dynamic Early Exiting for Accelerating BERT Inference
摘要:
大規模的預訓練語言模型(如BERT)給NLP應用帶來了顯著的改進。然而,它們也因推理速度慢而臭名昭著,這使得它們很難部署到實時應用程序中。我們提出了一個簡單而有效的方法DeeBERT,來加速BERT推理。我們的方法允許樣本在不經過整個模型的情況下提前退出。實驗表明,在模型質量下降最小的情況下,DeeBERT可以節省高達40%的推理時間。進一步的分析顯示了伯特變壓器層的不同行為,并揭示了它們的冗余性。我們的工作為有效地將深度轉換模型應用于下游任務提供了新的思路。
We study the link between generalization and interference in temporal-difference (TD) learning. Interference is defined as the inner product of two different gradients, representing their alignment. This quantity emerges as being of interest from a variety of observations about neural networks, parameter sharing and the dynamics of learning. We find that TD easily leads to low-interference, under-generalizing parameters, while the effect seems reversed in supervised learning. We hypothesize that the cause can be traced back to the interplay between the dynamics of interference and bootstrapping. This is supported empirically by several observations: the negative relationship between the generalization gap and interference in TD, the negative effect of bootstrapping on interference and the local coherence of targets, and the contrast between the propagation rate of information in TD(0) versus TD($\lambda$) and regression tasks such as Monte-Carlo policy evaluation. We hope that these new findings can guide the future discovery of better bootstrapping methods.
題目: Learning with Differentiable Perturbed Optimizers
摘 要:
機器學習管道通常依賴于優化過程來做出離散的決策(例如排序、挑選最近的鄰居、尋找最短路徑或最佳匹配)。雖然這些離散的決策很容易以正向的方式進行計算,但它們不能用于使用一階優化技術修改模型參數,因為它們破壞了計算圖的反向傳播。為了擴展端到端的學習問題的范圍,提出了一種將輸出最優離散決策的塊轉換為可微操作的系統方法。我們的方法依賴于這些參數的隨機擾動,并且可以很容易地在現有的求解器中使用,而不需要特別的正則化或平滑。這些擾動的優化器得到的解是可微的,且不滿足局部常數。平滑度的大小可以通過選擇的噪聲幅值進行調整,我們分析了噪聲幅值的影響。這些擾動解的導數可以得到有效的評價。我們還展示了該框架如何與結構化預測中產生的一系列損失相聯系,并描述了如何在有理論保證的情況下,在無監督和監督學習中使用這些損失。我們在模擬和真實數據的實驗中證明了我們的方法在幾個機器學習任務中的性能。
強化學習(RL)研究的是當環境(即動力和回報)最初未知,但可以通過直接交互學習時的順序決策問題。RL算法最近在許多問題上取得了令人印象深刻的成果,包括游戲和機器人。 然而,大多數最新的RL算法需要大量的數據來學習一個令人滿意的策略,并且不能用于樣本昂貴和/或無法進行長時間模擬的領域(例如,人機交互)。朝著更具樣本效率的算法邁進的一個基本步驟是,設計適當平衡環境探索、收集有用信息的方法,以及利用所學策略收集盡可能多的回報的方法。
本教程的目的是讓您認識到探索性開發困境對于提高現代RL算法的樣本效率的重要性。本教程將向觀眾提供主要算法原理(特別是,面對不確定性和后驗抽樣時的樂觀主義)、精確情況下的理論保證(即表格RL)及其在更復雜環境中的應用,包括參數化MDP、線性二次控制,以及它們與深度學習架構的集成。本教程應提供足夠的理論和算法背景,以使AI和RL的研究人員在現有的RL算法中集成探索原理,并設計新穎的樣本高效的RL方法,能夠處理復雜的應用,例如人機交互(例如,會話代理),醫學應用(例如,藥物優化)和廣告(例如,營銷中的終身價值優化)。在整個教程中,我們將討論開放的問題和未來可能的研究方向。
NeurIPS 2019(Neural Information Processing Systems)將在12月8日-14日在加拿大溫哥華舉行。NeurIPS 是全球最受矚目的AI、機器學習頂級學術會議之一,每年全球的人工智能愛好者和科學家都會在這里聚集,發布最新研究。今天小編整理了表示學習相關論文。
作者: Da Xu, Chuanwei Ruan, Evren Korpeoglu, Sushant Kumar, Kannan Achan
摘要:在自然語言處理中,具有self-attention的序列模型已經取得了很好的效果。self-attention具有模型靈活性、計算復雜性和可解釋性等優點,正逐漸成為事件序列模型的重要組成部分。然而,像大多數其他的序列模型一樣,自我注意并不能解釋事件之間的時間跨度,因此它捕捉的是序列信號而不是時間模式。在不依賴遞歸網絡結構的情況下,self-attention通過位置編碼來識別事件的順序。為了彌補時間無關和時間相關事件序列建模之間的差距,我們引入了一個嵌入時間跨度到高維空間的功能特征映射。通過構造相關的平移不變時間核函數,揭示了經典函數函數分析結果下特征圖的函數形式,即Bochner定理和Mercer定理。我們提出了幾個模型來學習函數性時間表示以及與事件表示的交互。這些方法是在各種連續時間事件序列預測任務下對真實數據集進行評估的。實驗結果表明,所提出的方法與基線模型相比,具有更好的性能,同時也能捕獲有用的時間-事件交互。
論文鏈接:
//papers.nips.cc/paper/9720-self-attention-with-functional-time-representation-learning
作者:Jeff Donahue, Karen Simonyan
摘要:對抗訓練生成模型(GANs)最近取得了引人注目的圖像合成結果。GANs在無監督的表現學習中盡管在早期取得了的成功,但是它們已經被基于自監督的方法所取代。在這項工作中,我們證明了圖像生成質量的進步轉化為極大地改進了表示學習性能。我們的方法BigBiGAN建立在最先進的BigGAN模型之上,通過添加編碼器和修改鑒別器將其擴展到表示學習。我們廣泛地評估了這些BigBiGAN模型的表示學習和生成能力,證明了這些基于生成的模型在ImageNet的無監督表示學習方面達到了最新的水平,并在無條件生成圖像方面取得了令人信服的結果。
論文鏈接:
作者:Yu Tian, Long Zhao, Xi Peng, Dimitris Metaxas
摘要:圖核是度量圖相似性的核心方法,是圖分類的標準工具。然而,作為與圖表示學習相關的一個問題,使用核方法進行節點分類仍然是不適定的,目前最先進的方法大多基于啟發式。在這里,我們提出了一個新的基于核的節點分類理論框架,它可以彌補這兩個圖上表示學習問題之間的差距。我們的方法是由圖核方法驅動的,但是擴展到學習捕獲圖中結構信息的節點表示。我們從理論上證明了我們的公式與任何半正定核一樣強大。為了有效地學習內核,我們提出了一種新的節點特征聚合機制和在訓練階段使用的數據驅動的相似度度量。更重要的是,我們的框架是靈活的,并補充了其他基于圖形的深度學習模型,如圖卷積網絡(GCNs)。我們在一些標準節點分類基準上對我們的方法進行了經驗評估,并證明我們的模型設置了最新的技術狀態。
論文鏈接:
作者:Dushyant Rao, Francesco Visin, Andrei Rusu, Razvan Pascanu, Yee Whye Teh, Raia Hadsell
摘要:持續學習旨在提高現代學習系統處理非平穩分布的能力,通常是通過嘗試按順序學習一系列任務。該領域的現有技術主要考慮監督或強化學習任務,并經常假設對任務標簽和邊界有充分的認識。在這項工作中,我們提出了一種方法(CURL)來處理一個更普遍的問題,我們稱之為無監督連續學習。重點是在不了解任務身份的情況下學習表示,我們將探索任務之間的突然變化、從一個任務到另一個任務的平穩過渡,甚至是數據重組時的場景。提出的方法直接在模型中執行任務推斷,能夠在其生命周期內動態擴展以捕獲新概念,并結合其他基于排練的技術來處理災難性遺忘。我們用MNIST和Omniglot演示了CURL在無監督學習環境中的有效性,在這種環境中,沒有標簽可以確保沒有關于任務的信息泄露。此外,與現有技術相比,我們在i.i.中表現出了較強的性能。在i.i.d的設置下,或將該技術應用于監督任務(如漸進式課堂學習)時。 論文鏈接:
作者: Jean-Yves Franceschi, Aymeric Dieuleveut, Martin Jaggi
摘要:由于時間序列在實際應用中具有高度可變的長度和稀疏標記,因此對機器學習算法而言,時間序列是一種具有挑戰性的數據類型。在本文中,我們提出了一種學習時間序列通用嵌入的無監督方法來解決這一問題。與以前的工作不同,它的長度是可伸縮的,我們通過深入實驗和比較來展示學習表示的質量、可移植性和實用性。為此,我們將基于因果擴張卷積的編碼器與基于時間負采樣的新三重態損耗相結合,獲得了可變長度和多元時間序列的通用表示。
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作者:Shen-Huan Lyu, Liang Yang, Zhi-Hua Zhou
摘要:在本文中,我們將森林表示學習方法casForest作為一個加法模型,并證明當與邊際標準差相對于邊際均值的邊際比率足夠小時,泛化誤差可以以O(ln m/m)為界。這激勵我們優化比例。為此,我們設計了一種邊際分布的權重調整方法,使深林模型的邊際比較小。實驗驗證了邊緣分布與泛化性能之間的關系。我們注意到,本研究從邊緣理論的角度對casForest提供了一個新的理解,并進一步指導了逐層的森林表示學習。
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作者:Shuangfei Zhai, Walter Talbott, Carlos Guestrin, Joshua Susskind
摘要:我們通過基于深度能量的模型(EBMs)來研究生成對抗網絡(GANs),目的是利用從這個公式推導出的密度模型。與傳統的鑒別器在達到收斂時學習一個常數函數的觀點不同,這里我們證明了它可以為后續的任務提供有用的信息,例如分類的特征提取。具體來說,在EBM公式中,鑒別器學習一個非歸一化密度函數(即,負能量項),它描述了數據流形。我們建議通過從EBM中獲得相應的Fisher分數和Fisher信息來評估生成器和鑒別器。我們證明了通過假設生成的示例形成了對學習密度的估計,費雪信息和歸一化費雪向量都很容易計算。我們還證明了我們能夠推導出例子之間和例子集之間的距離度量。我們進行的實驗表明,在分類和感知相似性任務中,甘氏神經網絡誘導的費雪向量作為無監督特征提取器表現出了競爭力。代碼地址:
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作者:Fan-Yun Sun, Meng Qu, Jordan Hoffmann, Chin-Wei Huang, Jian Tang
摘要:本文重點研究了圖數據分析的兩個基本任務:社區檢測和節點表示學習,它們分別捕獲圖數據的全局結構和局部結構。在現有的文獻中,這兩個任務通常是獨立研究的,但實際上是高度相關的。提出了一種協作學習社區成員和節點表示的概率生成模型vGraph。具體地說,我們假設每個節點都可以表示為群落的混合,并且每個群落都定義為節點上的多項分布。混合系數和群落分布均由節點和群落的低維表示參數化。我們設計了一種有效的變分推理算法,通過反向傳播進行優化,使相鄰節點的社區成員關系在潛在空間中相似。在多個真實圖上的實驗結果表明,vGraph在社區檢測和節點表示學習兩方面都非常有效,在兩方面都優于許多有競爭力的基線。結果表明,該vGraph框架具有良好的靈活性,可以方便地擴展到層次社區的檢測。
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題目: Causal Inference and Stable Learning
簡介:
在一個常見的機器學習問題中,使用一個根據訓練數據集估計的模型,根據觀察到的特征來預測未來的結果值。當測試數據和訓練數據來自相同的分布時,許多學習算法被提出并證明是成功的。然而,對于給定的訓練數據分布,性能最好的模型通常利用特征之間微妙的統計關系,這使得它們在應用于測試數據時更容易出現預測錯誤,因為測試數據的分布與訓練數據的分布不同。對于學術研究和實際應用來說,如何建立穩定、可靠的學習模型是至關重要的。因果推理是一種強大的統計建模工具,用于解釋和穩定的學習。因果推理是指基于某一效應發生的條件,對某一因果關系做出結論的過程。在本教程中,我們將重點討論因果推理和穩定學習,旨在從觀察數據中探索因果知識,以提高機器學習算法的可解釋性和穩定性。首先,我們將介紹因果推理,并介紹一些最近的數據驅動的方法來估計因果效應的觀測數據,特別是在高維設置。摘要為了彌補因果推理與機器學習在穩定學習上的差距,我們首先給出了學習算法的穩定性和魯棒性的定義,然后介紹了一些最近出現的穩定學習算法,以提高預測的穩定性和可解釋性。最后,我們將討論穩定學習的應用和未來方向,并為穩定學習提供基準。
邀請嘉賓:
張潼,香港科技大學計算機科學與數學教授。此前,他是羅格斯大學(Rutgers university)教授,曾在IBM、雅虎(Yahoo)、百度和騰訊(Tencent)工作。張潼的研究興趣包括機器學習算法和理論、大數據統計方法及其應用。他是ASA和IMS的研究員,曾在主要機器學習期刊的編委會和頂級機器學習會議的項目委員會任職。張潼在康奈爾大學獲得數學和計算機科學學士學位,在斯坦福大學獲得計算機科學博士學位。
崔鵬,清華大學計算機系長聘副教授,博士生導師。2010年于清華大學計算機系獲得博士學位。研究興趣包括社會動力學建模、大規模網絡表征學習以及大數據驅動的因果推理和穩定預測。近5年在數據挖掘及人工智能領域高水平會議和期刊發表論文60余篇,曾5次獲得頂級國際會議或期刊論文獎,并先后兩次入選數據挖掘領域頂級國際會議KDD最佳論文專刊。目前擔任IEEE TKDE、ACM TOMM、ACM TIST、IEEE TBD等國際期刊編委。曾獲得國家自然科學二等獎、教育部自然科學一等獎、電子學會自然科學一等獎、CCF-IEEE CS青年科學家獎、ACM中國新星獎。入選中組部萬人計劃青年拔尖人才,并當選中國科協全國委員會委員。
題目: A Meta-Transfer Objective for Learning to Disentangle Causal Mechanisms
簡介: 我們建議使用一種元學習目標,該目標可以在修改后的分布上最大程度地提高轉移速度,以學習如何模塊化獲取的知識。特別是,我們專注于如何根據因果關系將聯合分布分解為適當的條件。我們假設分布的變化是局部的(例如,由于對變量之一的干預而導致的)處于局部分布的假設,從而解釋了何時可以奏效。我們證明了在因果機制局部變化的這種假設下,正確的因果圖將傾向于僅具有其一些具有非零梯度的參數,即需要進行調整的參數(那些修正變量)。我們爭論并通過實驗觀察到,這將導致更快的適應,并使用此屬性來定義元學習替代評分,該評分除了圖形的連續參數化外,還將傾向于正確的因果圖。最后,受AI智能體的啟發(例如,機器人自動發現其環境),我們考慮將同一目標如何發現因果變量本身,作為觀察到的無因果意義的低級變量的轉換。在兩個變量情況下的實驗驗證了所提出的思想和理論結果。
作者介紹: Yoshua Bengio是蒙特利爾大學計算機科學與運籌學系的教授,Mila和IVADO的科學總監和創始人,2018年圖靈獎獲得者,加拿大統計學習算法研究主席以及加拿大AI CIFAR主席。 他開創了深度學習的先河,并在2018年每天獲得全球所有計算機科學家中最多的引用。 他是加拿大勛章的官員,加拿大皇家學會的成員,并于2017年被授予基拉姆獎,瑪麗·維克多獎和年度無線電加拿大科學家,并且是NeurIPS顧問的成員。 ICLR會議的董事會和聯合創始人,以及CIFAR“機器和大腦學習”計劃的程序總監。 他的目標是幫助發現通過學習產生智力的原理,并促進AI的發展以造福所有人。