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Scalar-Order Theories of Deep Kernel Adaptation

Description du projet

L’adaptation profonde des noyaux pourrait expliquer les performances de l’apprentissage profond

Les scientifiques ne comprennent pas encore suffisamment les limites que la taille des jeux de données et la largeur des réseaux imposent à l’apprentissage. Cette question est cruciale dans le contexte de la limite classique de l’apprentissage en physique statistique, compte tenu de l’expansion rapide des jeux de données réels. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SOTA vise à démontrer que la sortie d’un réseau peut être prédite à l’aide d’une mesure de similarité entre les points de données (un noyau effectif) présentant une adaptation de faible dimension au jeu de données. En réunissant l’apprentissage «paresseux» (dans lequel le calcul est différé jusqu’à la prédiction) et l’apprentissage «riche» (dans lequel les poids sont activement mis à jour pour extraire des caractéristiques), SOTA s’attachera à élaborer une explication mécaniste, tout en analysant les corrections qui sont négligeables dans la limite classique, mais particulièrement importantes pour les jeux de données plus volumineux.

Objectif

The AI revolution is under way, yet we still lack a thermodynamic understanding of deep learning, that is explaining what a network can learn in the limit of large dataset and large network width.

The central proposal of SOTA is that, the output of a deep network on real data can be predicted by an effective kernel - a similarity measure between data points - that shows simple low-dimensional adaptation to the dataset. This reconnects two regimes often seen as completely different: “lazy” learning (where a fixed kernel predictor explains outputs) and “rich” learning (where network features are plastic and little understood).

Indeed, SOTA argues that rich learning in fully-connected networks effectively reduces predictor variance, while almost no adaptation of the mean predictor is predicted and observed. Convolutional networks instead show local adaptations of the kernel that also change the mean predictor.

This is where the number of data samples is proportional to width, the classical limit in statistical physics of learning. Due to the abundance (or augmentation) of data in recent deep learning practice, also the quadratic sample-width limit will need to be investigated.

Based on these consequential observations, a three-pronged investigation is proposed:

- Comparison of predictions to large-scale Monte-Carlo experiments on real data.

- Mechanistic explanation through a proposed mechanism of auto-ensembling.

- Analysis of corrections to the effective action that are sub-leading in the proportional limit, but become relevant when data is more abundant.

SOTA disrupts widely held assumptions about rich learning, and makes major progress on a long-standing challenge: Explaining the performance of deep, nonlinear networks in the feature learning regime, on real data, through a simple, effective theory.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinateur

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PARMA
Contribution nette de l'UE
€ 193 643,28
Coût total
Aucune donnée