计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年7月9日
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标题: 通过稳定性获得的互信息自由拓扑泛化界
标题: Mutual Information Free Topological Generalization Bounds via Stability
摘要: 为随机优化算法提供泛化保证是现代学习理论中的一个重大挑战。 最近,一些研究强调了训练轨迹的几何结构对泛化误差的影响,无论是理论上还是实证上。 在这些工作中,提出了一系列拓扑泛化界,将泛化误差与源于拓扑数据分析(TDA)的拓扑复杂性概念联系起来。 尽管这些界限在实证上取得了成功,但它们依赖于复杂的信息论(IT)项,这些项在特定情况下可以被限制,但对于实际算法(如ADAM)来说仍然难以处理,这可能会降低所推导界限的相关性。 在本文中,我们旨在制定全面且可解释的拓扑泛化界限,避免难以处理的互信息项。 为此,我们引入了一个新的学习理论框架,通过基于算法稳定性的证明技术,摆脱了现有的策略。 通过将现有的\textit{假设集稳定性}概念扩展到\textit{轨迹稳定性},我们证明了轨迹稳定算法的泛化误差可以被上界表示为(i)描述优化器在参数空间中轨迹复杂性的TDA量,以及(ii)算法的轨迹稳定性参数。 通过一系列实验评估,我们证明了边界中的TDA项非常重要,尤其是在训练样本数量增加时。 这最终解释了拓扑泛化界限的实证成功。
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