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注意尖峰:固定维度下核与神经网络的良性过拟合

机器学习 2024-11-07 v3 机器学习 统计理论 统计理论

摘要

将过参数化神经网络训练至近零训练误差所取得的成功,引发了人们对良性过拟合现象的极大兴趣,即估计量即使插值了含噪训练数据,在统计上仍是一致的。尽管固定维度下的良性过拟合已在某些学习方法中得到确立,现有文献表明,对于典型核方法与宽神经网络的回归,良性过拟合需要维度随样本量增长的的高维设定。本文中,我们表明估计量的平滑性而非维度才是关键:良性过拟合当且仅当估计量的导数足够大时才可能。我们将现有的不一致性结果推广到非插值模型与更多核,以证明在固定维度下具有适中导数的良性过拟合是不可能的。反之,我们证明对于使用具有大导数的尖峰-平滑核序列的回归,达到最优速率的良性过拟合是可能的。利用神经正切核,我们将结果转化到宽神经网络。我们证明,虽然无限宽网络在 ReLU 激活下不能良性过拟合,但可通过向激活函数添加微小高频波动来修复。我们的实验验证了此类神经网络虽过拟合,却确实能在低维数据集上良好泛化。

关键词

引用

@article{arxiv.2305.14077,
  title  = {Mind the spikes: Benign overfitting of kernels and neural networks in fixed dimension},
  author = {Moritz Haas and David Holzmüller and Ulrike von Luxburg and Ingo Steinwart},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2305.14077},
  year   = {2024}
}

备注

Compared to the NeurIPS version (v2), this version strengthens Assumption (K) from d/2<s<=3d/4 to d/2<s<3d/4 and corrects Lemma B.2 by posing additional assumptions. This does not affect any other statements. We provide Python code to reproduce all of our experimental results at https://github.com/moritzhaas/mind-the-spikes