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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2501.00817 (cs)
[提交于 2025年1月1日 (v1) ,最后修订 2025年1月8日 (此版本, v2)]

标题: 神经网络学习固定奇偶性的问题难度

标题: Hardness of Learning Fixed Parities with Neural Networks

Authors:Itamar Shoshani, Ohad Shamir
摘要: 学习奇偶函数是学习理论中的一个经典问题,尽管在计算上是可行的,但不适用于梯度相关的标准学习算法。 这种难度通常通过统计查询下界来解释[Kearns, 1998]。 然而,这些界限只意味着对于任何给定的算法,存在某些最坏情况下的奇偶函数难以学习。 因此,它们无法解释为什么固定的奇偶函数——例如所有坐标上的完整奇偶函数——在实践中,至少使用标准预测器和梯度下降方法时,难以学习[Abbe and Boix-Adsera, 2022]。 在本文中,我们通过证明对于任何固定大小的最小奇偶函数,将其作为目标函数来训练带有扰动梯度下降的一层隐藏层ReLU网络将无法产生任何有意义的结果,从而解决了这个开放问题。 为了建立这一点,我们证明了一个关于线性阈值(或加权多数)函数的傅里叶系数衰减的新结果,这可能具有独立的兴趣。
摘要: Learning parity functions is a canonical problem in learning theory, which although computationally tractable, is not amenable to standard learning algorithms such as gradient-based methods. This hardness is usually explained via statistical query lower bounds [Kearns, 1998]. However, these bounds only imply that for any given algorithm, there is some worst-case parity function that will be hard to learn. Thus, they do not explain why fixed parities - say, the full parity function over all coordinates - are difficult to learn in practice, at least with standard predictors and gradient-based methods [Abbe and Boix-Adsera, 2022]. In this paper, we address this open problem, by showing that for any fixed parity of some minimal size, using it as a target function to train one-hidden-layer ReLU networks with perturbed gradient descent will fail to produce anything meaningful. To establish this, we prove a new result about the decay of the Fourier coefficients of linear threshold (or weighted majority) functions, which may be of independent interest.
评论: 一个更新的版本被上传以修正定理2陈述中的拼写错误
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 机器学习 (stat.ML)
引用方式: arXiv:2501.00817 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2501.00817v2 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.00817
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Itamar Shoshani [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 1 月 1 日 12:04:06 UTC (33 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 1 月 8 日 10:42:53 UTC (33 KB)
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