Several recent studies have reported negative results when using heteroskedastic neural regression models to model real-world data. In particular, for overparameterized models, the mean and variance networks are powerful enough to either fit every single data point (while shrinking the predicted variances to zero), or to learn a constant prediction with an output variance exactly matching every predicted residual (i.e., explaining the targets as pure noise). This paper studies these difficulties from the perspective of statistical physics. We show that the observed instabilities are not specific to any neural network architecture but are already present in a field theory of an overparameterized conditional Gaussian likelihood model. Under light assumptions, we derive a nonparametric free energy that can be solved numerically. The resulting solutions show excellent qualitative agreement with empirical model fits on real-world data and, in particular, prove the existence of phase transitions, i.e., abrupt, qualitative differences in the behaviors of the regressors upon varying the regularization strengths on the two networks. Our work thus provides a theoretical explanation for the necessity to carefully regularize heteroskedastic regression models. Moreover, the insights from our theory suggest a scheme for optimizing this regularization which is quadratically more efficient than the naive approach.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月20日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月18日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9日
Arxiv
19+阅读 · 2019年4月5日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月20日
Arxiv
0+阅读 · 2023年8月18日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9日
Arxiv
19+阅读 · 2019年4月5日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员