一項新研究對深度學習中的一個常見假設——平坦極小值有助於神經網路泛化——提出了挑戰。來自澳大利亞國立大學的Michael Timothy Bennett在預印本論文《Are Flat Minima an Illusion?》中論證,平坦性並非泛化的真正驅動因素,而是一種稱為“弱度”(weakness)的度量才是關鍵。
平坦極小值通常被認為與更好的泛化相關,Sharpness-Aware Minimization(SAM)等方法正是利用這一點來提升效能。然而,Bennett指出,函式保持的重新引數化可以在不改變任何預測的情況下將Hessian矩陣放大兩個數量級。這意味著權重空間的幾何形狀可以被任意製造,因此不能作為因果解釋。
相反,作者提出了“弱度”這一概念,它衡量的是在學習者的具身語言中與所學函式相容的完成體積。弱度具有重新引數化不變性,因為它基於網路的行為而非引數化方式定義。理論分析表明,弱度在可交換需求下是極小極大最優的,並且PAC-Bayes界限的有效性源於其與弱度的相關性。
實驗部分提供了有力證據。在MNIST資料集上,大批次訓練的泛化優勢隨著訓練樣本量增加而消失:當n=2,000時優勢為+1.6%,而當n=60,000時降至+0.02%。這表明平坦性只是一個混雜因素,其預測能力依賴於資料量。在100個相同架構和訓練條件的網路的頭對頭比較中,弱度顯著預測泛化(MNIST:ρ=+0.374,p=0.00012;Fashion-MNIST:ρ=+0.384,p=8.15×10⁻⁵),而平坦性呈負相關,簡單性(simplicity)僅在Fashion-MNIST上略有預測力。作者總結道,簡單性是資料集依賴的,而弱度是不變的。
這項研究提示,過分關注損失景觀的幾何特性可能會誤導研究方向。弱度作為一個更本質的度量,有望為理解神經網路泛化提供新的視角。