基于高阶统计量的循环神经网络梯度问题形成机理及其抑制方法研究
批准号:
62106083
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李超鹏
依托单位:
学科分类:
机器学习
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李超鹏
中文摘要
该项目拟研究基于高阶统计量的循环神经网络(RNN)梯度问题形成机理及其抑制方法。由于RNN模型时间延拓和隐含层权复用的结构特点,模型易出现梯度消失/爆炸现象和权重分布异化现象。实验发现,不同于序贯模型,RNN模型在训练过程中存在低阶统计量约束的权重正则不足以有效抑制梯度爆炸/消失的问题。为有效解决梯度问题,该课题拟研究引入高阶统计量,分析模型权重的高阶原点矩、高阶中心距等统计量对梯度问题抑制作用,探究权重分布异化与梯度问题的关联性,提出面向RNN类模型梯度问题形成机理的高阶统计量分析理论,设计一类新型通用的RNN梯度抑制方法,并且拓展该方法在语音识别、视频信号处理等领域的应用。
英文摘要
The project intends to investigate the formation mechanism and suppression methods of the recurrent neural network (RNN) gradient problem based on high-order statistics. Due to the structural characteristics of time extension and hidden layer weight reuse, the RNN model is prone to gradient disappearance/explosion and weight distribution alienation. Experiments show that, unlike the sequential model, the weight regularity constrained by low-order statistics in the training process of the RNN model is not effectively suppress the problem of gradient explosion/disappearance. In order to effectively solve the gradient problem, this project intends to study high-order statistics, analyzes the inhibitory effect of the high-order origin moments and high-order center distances of the weights on the gradient problem, and explore the correlation between the weight distribution alienation and the gradient problem. Facing the high-order statistical analysis theory of the formation mechanism of the gradient problems in RNN, design a new type of general gradient suppression method, and expand the application of this method in speech recognition, video signal processing and other fields.
本项目聚焦于循环神经网络(RNN)类模型的梯度问题,旨在提出有效的分析方法和抑制手段。项目按计划执行,2022年至2024年期间,搭建了深度学习实验平台,完成了RNN模型程序设计及相关实验,撰写了多篇学术论文,并参与了学术年会。研究目标包括提出基于权重高阶统计量的梯度问题分析方法、设计新型梯度抑制方法,并在多应用场景中验证其有效性。项目成功完成了这些目标,提出了适用于不同神经元函数和门限结构的分析理论,设计了包括新型权重初始化方法、权重高阶统计量分析和权重梯度归一化(WGN)等在内的多种抑制方法,并在多个数据集中取得了显著的性能提升。.本项目主要研究内容涵盖了RNN模型权重分布异化与梯度消失/爆炸现象的关联性研究,以及面向RNN类模型的梯度问题的新型抑制理论及方法研究。通过数学化的表述方法,系统地对不同RNN类模型的梯度问题影响因素、影响程度等做出解释,并设计了能在模型训练过程中保持权重偏度值、峰度值等高阶统计量参数的模型训练手段。.本项目的主要研究结果包括基于高阶统计量的权重异化分析方法、新型权重初始化方法和WGN训练方法。这些方法为模型的权重训练变化提供了分析指导,并通过实验验证了其有效性。实验数据表明,所提出的方法在提高模型性能方面具有显著效果。.本项目的科学意义在于,所研究的基于高阶统计量的循环神经网络梯度问题机理机制,以及提出的偏度初始化、WGN等方法,对后续循环结构以及时序数据分析等神经网络模型具有借鉴指导意义。这些研究成果不仅为相关领域的研究提供了可解释的数学分析框架,还为确定模型权重初始化合理方案和抑制梯度爆炸、梯度消失等问题提供了有效的技术手段。项目执行期间,共培养了2名研究生,发表SCI检索论文5篇,获得授权国家发明专利1项,成果数量符合预期。
基于方差一致性理论的循环神经网络梯度问题形成机理及其抑制方法研究
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批准号:2022J05162
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项目类别:省市级项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2022
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负责人:李超鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金