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局部正则化神经微分方程:有些黑箱本应保持封闭!

机器学习 2023-06-05 v3 人工智能 数值分析 数值分析

摘要

隐式层深度学习技术,如神经微分方程,因其能自动适应新问题已成为重要的建模框架。训练神经微分方程实质上是在一组合理动力系统空间中进行搜索。然而,由于依赖自适应求解器所采取的步数,控制这些模型的计算成本十分困难。多数已有工作使用高阶方法以减少预测耗时,却大幅增加了训练时间;或依赖特定训练算法同时减少训练与预测耗时,但因对自动微分有严格要求而难以作为即插即用替代。在本文中,我们利用自适应微分方程求解器在随机时间点的内部代价启发式,引导训练学习更易积分的动力系统。我们“封闭黑箱”,使我们的方法可与任意伴随技术结合用于微分方程解的梯度计算。我们开展实验研究,将方法与全局正则化比较,表明我们在不牺牲常微分方程(ODEs)与随机微分方程(SDEs)实现灵活性的前提下取得了相近性能。我们开发了两种采样策略以权衡性能与训练时间。我们的方法将函数求值次数降至 0.556–0.733 倍,并将预测加速 1.3–2 倍。

关键词

引用

@article{arxiv.2303.02262,
  title  = {Locally Regularized Neural Differential Equations: Some Black Boxes Were Meant to Remain Closed!},
  author = {Avik Pal and Alan Edelman and Chris Rackauckas},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2303.02262},
  year   = {2023}
}

备注

Proceedings of the 40th International Conference on Machine Learning, Honolulu, Hawaii, USA. PMLR 202, 2023