统计学 > 机器学习
[提交于 2025年6月1日
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标题: 具有过参数化线性神经网络的线性回归:隐式$\ell^1$-正则化的紧上界和下界
标题: Linear regression with overparameterized linear neural networks: Tight upper and lower bounds for implicit $\ell^1$-regularization
摘要: 现代机器学习模型通常是在参数数量超过训练样本数量的设定下进行训练的。为了理解梯度下降在这种过参数化模型中的隐式偏差,之前的工作研究了回归设置下的对角线线性神经网络。这些研究表明,当以较小的权重初始化时,梯度下降倾向于偏好具有最小 $\ell^1$-范数的解——这种效应被称为隐式正则化。本文研究了深度为 $D\ge 2$ 的对角线线性神经网络在过参数化线性回归问题中的隐式正则化现象。我们着重分析梯度流轨迹极限点与 $\ell^1$-最小化问题解之间的逼近误差。通过推导出逼近误差的紧致上下界,我们精确描述了逼近误差如何依赖于初始化尺度 $\alpha$。 我们的结果显示了深度之间的定性差异:对于$D \ge 3$,误差随$\alpha$线性减小,而对于$D=2$,误差以速率$\alpha^{1-\varrho}$减小,其中参数$\varrho \in [0,1)$可以被显式刻画。有趣的是,这个参数与稀疏恢复文献中研究的所谓零空间性质常数密切相关。我们通过明确的例子展示了界的有效性。数值实验验证了我们的理论发现,并表明更深的网络,即$D \ge 3$,可能会导致更好的泛化能力,特别是在现实的初始化尺度下。
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