Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > stat > arXiv:2510.14074

帮助 | 高级搜索

统计学 > 机器学习

arXiv:2510.14074 (stat)
[提交于 2025年10月15日 ]

标题: 多类随机梯度下降的精确动力学

标题: Exact Dynamics of Multi-class Stochastic Gradient Descent

Authors:Elizabeth Collins-Woodfin, Inbar Seroussi
摘要: 我们开发了一个框架,用于分析使用单次遍历随机梯度下降(SGD)训练的多种高维优化问题的训练和学习率动态,这些数据来自多个各向异性类别。 我们给出了限制动态的一类函数的精确表达式,包括风险和与真实信号的重叠,这些表达式是基于一个常微分方程组(ODE)的确定性解。 我们将现有的高维SGD动态理论扩展到高斯混合数据和大量(随着参数规模增长)类别。 然后,我们详细研究了数据协方差的各向异性结构在二元逻辑回归和最小二乘损失问题中的影响。 我们研究了三种情况:各向同性协方差、具有大量零特征值的数据协方差矩阵(称为零一模型),以及谱遵循幂律分布的协方差矩阵。 我们证明存在一种结构相变。 特别是,我们证明对于零一模型和足够大的幂的幂律模型,SGD倾向于更紧密地对齐于投影到“干净方向”(即方差较小的方向)的类别均值。 这得到了数值模拟和分析研究的支持,这些研究显示了高维极限下损失的精确渐近行为。
摘要: We develop a framework for analyzing the training and learning rate dynamics on a variety of high- dimensional optimization problems trained using one-pass stochastic gradient descent (SGD) with data generated from multiple anisotropic classes. We give exact expressions for a large class of functions of the limiting dynamics, including the risk and the overlap with the true signal, in terms of a deterministic solution to a system of ODEs. We extend the existing theory of high-dimensional SGD dynamics to Gaussian-mixture data and a large (growing with the parameter size) number of classes. We then investigate in detail the effect of the anisotropic structure of the covariance of the data in the problems of binary logistic regression and least square loss. We study three cases: isotropic covariances, data covariance matrices with a large fraction of zero eigenvalues (denoted as the zero-one model), and covariance matrices with spectra following a power-law distribution. We show that there exists a structural phase transition. In particular, we demonstrate that, for the zero-one model and the power-law model with sufficiently large power, SGD tends to align more closely with values of the class mean that are projected onto the "clean directions" (i.e., directions of smaller variance). This is supported by both numerical simulations and analytical studies, which show the exact asymptotic behavior of the loss in the high-dimensional limit.
评论: 58页,12图
主题: 机器学习 (stat.ML) ; 机器学习 (cs.LG); 优化与控制 (math.OC); 概率 (math.PR)
MSC 类: 60H30
引用方式: arXiv:2510.14074 [stat.ML]
  (或者 arXiv:2510.14074v1 [stat.ML] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.14074
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Elizabeth Collins-Woodfin [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 10 月 15 日 20:31:49 UTC (2,333 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
查看许可
当前浏览上下文:
stat.ML
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-10
切换浏览方式为:
cs
cs.LG
math
math.OC
math.PR
stat

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号