事实证明，稀疏的深度神经网络在大规模研究中对于预测模型构建有效。尽管几项作品研究了稀疏神经体系结构的理论和数值特性，但它们主要集中在边缘选择上。通过优势选择的稀疏性可能具有直觉上的吸引力；但是，它不一定会降低网络的结构复杂性。相反，修剪过多的节点会导致一个结构稀疏的网络，并在推理过程中具有显着的计算加速。为此，我们建议使用Spike and-Slab Gaussian先验者提出贝叶斯稀疏溶液，以允许在训练过程中选择自动节点。使用Spike and-Slab先验减轻了对修剪的临时阈值规则的需求。此外，我们采用了一种差异贝叶斯方法来规避传统马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）实施的计算挑战。在节点选择的背景下，我们建立了变异后一致性的基本结果，以及先前参数的表征。与以前的作品相反，我们的理论发展放宽了所有网络权重的节点和均匀界限的假设，从而适应具有层依赖性节点结构或系数边界的稀疏网络。通过对先前纳入概率的层表表征，我们讨论了后部变异的最佳收缩率。我们从经验上证明，我们所提出的方法的表现优于计算复杂性的边缘选择方法，具有相似或更好的预测性能。我们的实验证据进一步证明了我们的理论工作有助于层面上的最佳节点恢复。

We propose a simultaneous learning and pruning algorithm capable of identifying and eliminating irrelevant structures in a neural network during the early stages of training. Thus, the computational cost of subsequent training iterations, besides that of inference, is considerably reduced. Our method, based on variational inference principles using Gaussian scale mixture priors on neural network weights, learns the variational posterior distribution of Bernoulli random variables multiplying the units/filters similarly to adaptive dropout. Our algorithm, ensures that the Bernoulli parameters practically converge to either 0 or 1, establishing a deterministic final network. We analytically derive a novel hyper-prior distribution over the prior parameters that is crucial for their optimal selection and leads to consistent pruning levels and prediction accuracy regardless of weight initialization or the size of the starting network. We prove the convergence properties of our algorithm establishing theoretical and practical pruning conditions. We evaluate the proposed algorithm on the MNIST and CIFAR-10 data sets and the commonly used fully connected and convolutional LeNet and VGG16 architectures. The simulations show that our method achieves pruning levels on par with state-of the-art methods for structured pruning, while maintaining better test-accuracy and more importantly in a manner robust with respect to network initialization and initial size.

本文研究了用于训练过度参数化制度中的贝叶斯神经网络（BNN）的变异推理（VI），即当神经元的数量趋于无穷大时。更具体地说，我们考虑过度参数化的两层BNN，并指出平均VI训练中的关键问题。这个问题来自于证据（ELBO）的下限分解为两个术语：一个与模型的可能性函数相对应，第二个对应于kullback-leibler（KL）差异（KL）差异。特别是，我们从理论和经验上都表明，只有当根据观测值和神经元之间的比率适当地重新缩放KL时，在过度参数化制度中，这两个术语之间存在权衡。我们还通过数值实验来说明我们的理论结果，这些实验突出了该比率的关键选择。

变性推理（VI）为基于传统的采样方法提供了一种吸引人的替代方法，用于实施贝叶斯推断，因为其概念性的简单性，统计准确性和计算可扩展性。然而，常见的变分近似方案（例如平均场（MF）近似）需要某些共轭结构以促进有效的计算，这可能会增加不必要的限制对可行的先验分布家族，并对变异近似族对差异进行进一步的限制。在这项工作中，我们开发了一个通用计算框架，用于实施MF-VI VIA WASSERSTEIN梯度流（WGF），这是概率度量空间上的梯度流。当专门针对贝叶斯潜在变量模型时，我们将分析基于时间消化的WGF交替最小化方案的算法收敛，用于实现MF近似。特别是，所提出的算法类似于EM算法的分布版本，包括更新潜在变量变异分布的E step以及在参数的变异分布上进行最陡峭下降的m step。我们的理论分析依赖于概率度量空间中的最佳运输理论和细分微积分。我们证明了时间限制的WGF的指数收敛性，以最大程度地减少普通大地测量学严格的凸度的通用物镜功能。我们还提供了通过使用时间限制的WGF的固定点方程从MF近似获得的变异分布的指数收缩的新证明。我们将方法和理论应用于两个经典的贝叶斯潜在变量模型，即高斯混合模型和回归模型的混合物。还进行了数值实验，以补充这两个模型下的理论发现。

古典统计学习理论表示，拟合太多参数导致过度舒服和性能差。尽管大量参数矛盾，但是现代深度神经网络概括了这一发现，并构成了解释深度学习成功的主要未解决的问题。随机梯度下降（SGD）引起的隐式正规被认为是重要的，但其特定原则仍然是未知的。在这项工作中，我们研究了当地最小值周围的能量景观的局部几何学如何影响SGD的统计特性，具有高斯梯度噪声。我们争辩说，在合理的假设下，局部几何形状力强制SGD保持接近低维子空间，这会引起隐式正则化并导致深神经网络的泛化误差界定更严格的界限。为了获得神经网络的泛化误差界限，我们首先引入局部最小值周围的停滞迹象，并施加人口风险的局部基本凸性财产。在这些条件下，推导出SGD的下界，以保留在这些停滞套件中。如果发生停滞，我们会导出涉及权重矩阵的光谱规范的深神经网络的泛化误差的界限，但不是网络参数的数量。从技术上讲，我们的证据基于控制SGD中的参数值的变化以及基于局部最小值周围的合适邻域的熵迭代的参数值和局部均匀收敛。我们的工作试图通过统一收敛更好地连接非凸优化和泛化分析。

深入学习有权成为人工智能（AI）的最近成功。然而，作为深度学习的基本模型，深度神经网络遭受了当地陷阱和错误稳定等问题。在本文中，我们为稀疏深度学习提供了一个新的框架，这具有以一种连贯的方式解决了上述问题。特别是，我们阐述了稀疏深度学习的理论基础，并提出了用于学习稀疏神经网络的先前退火算法。前者已成功地将稀疏的深神经网络命名为统计建模的框架，使得能够正确量化预测不确定性。后者可以渐近地保证收敛到全局最优，从而实现了下游统计推断的有效性。数值结果表明，与现有的方法相比，所提出的方法的优越性。

This work studies training one-hidden-layer overparameterized ReLU networks via gradient descent in the neural tangent kernel (NTK) regime, where, differently from the previous works, the networks' biases are trainable and are initialized to some constant rather than zero. The first set of results of this work characterize the convergence of the network's gradient descent dynamics. Surprisingly, it is shown that the network after sparsification can achieve as fast convergence as the original network. The contribution over previous work is that not only the bias is allowed to be updated by gradient descent under our setting but also a finer analysis is given such that the required width to ensure the network's closeness to its NTK is improved. Secondly, the networks' generalization bound after training is provided. A width-sparsity dependence is presented which yields sparsity-dependent localized Rademacher complexity and a generalization bound matching previous analysis (up to logarithmic factors). As a by-product, if the bias initialization is chosen to be zero, the width requirement improves the previous bound for the shallow networks' generalization. Lastly, since the generalization bound has dependence on the smallest eigenvalue of the limiting NTK and the bounds from previous works yield vacuous generalization, this work further studies the least eigenvalue of the limiting NTK. Surprisingly, while it is not shown that trainable biases are necessary, trainable bias helps to identify a nice data-dependent region where a much finer analysis of the NTK's smallest eigenvalue can be conducted, which leads to a much sharper lower bound than the previously known worst-case bound and, consequently, a non-vacuous generalization bound.

近年来目睹了采用灵活的机械学习模型进行乐器变量（IV）回归的兴趣，但仍然缺乏不确定性量化方法的发展。在这项工作中，我们为IV次数回归提出了一种新的Quasi-Bayesian程序，建立了最近开发的核化IV模型和IV回归的双/极小配方。我们通过在$ l_2 $和sobolev规范中建立最低限度的最佳收缩率，并讨论可信球的常见有效性来分析所提出的方法的频繁行为。我们进一步推出了一种可扩展的推理算法，可以扩展到与宽神经网络模型一起工作。实证评价表明，我们的方法对复杂的高维问题产生了丰富的不确定性估计。

This paper investigates the stability of deep ReLU neural networks for nonparametric regression under the assumption that the noise has only a finite p-th moment. We unveil how the optimal rate of convergence depends on p, the degree of smoothness and the intrinsic dimension in a class of nonparametric regression functions with hierarchical composition structure when both the adaptive Huber loss and deep ReLU neural networks are used. This optimal rate of convergence cannot be obtained by the ordinary least squares but can be achieved by the Huber loss with a properly chosen parameter that adapts to the sample size, smoothness, and moment parameters. A concentration inequality for the adaptive Huber ReLU neural network estimators with allowable optimization errors is also derived. To establish a matching lower bound within the class of neural network estimators using the Huber loss, we employ a different strategy from the traditional route: constructing a deep ReLU network estimator that has a better empirical loss than the true function and the difference between these two functions furnishes a low bound. This step is related to the Huberization bias, yet more critically to the approximability of deep ReLU networks. As a result, we also contribute some new results on the approximation theory of deep ReLU neural networks.

我们提出了一种基于信息的足够表示学习（MSRL）方法，该方法使用了相互信息的变异表述，并利用了深神经网络的近似能力。 MSRL以最大的互明信息和用户选择的分布来学习足够的表示形式。它可以轻松处理多维连续或分类响应变量。在给定预测变量给定预测变量给定的响应变量的条件概率密度函数的情况下，响应变量的条件概率密度函数的意义上，MSRL被证明是一致的。在适当的条件下，也建立了MSRL的非反应误差界。为了建立误差范围，我们得出了普遍的达德利对订单的不平等，这是由深度神经网络索引的u-process索引，这可能具有独立的关注。我们讨论如何确定基础数据分布的内在维度。此外，我们通过广泛的数值实验和实际数据分析评估了MSRL的性能，并证明MSRL优于某些现有的非线性降低方法。

彩票假设猜测稀疏子网的存在大型随机初始化的深神经网络，可以在隔离中成功培训。最近的工作已经通过实验观察到这些门票中的一些可以在各种任务中实际重复使用，以某种形式的普遍性暗示。我们正规化这一概念，理论上证明不仅存在此类环球票，而且还不需要进一步培训。我们的证据介绍了一些与强化强烈彩票票据相关的技术创新，包括延长子集合结果的扩展和利用更高量的深度的策略。我们的明确稀疏建设普遍函数家庭可能具有独立的兴趣，因为它们突出了单变量卷积架构引起的代表效益。

Consider the multivariate nonparametric regression model. It is shown that estimators based on sparsely connected deep neural networks with ReLU activation function and properly chosen network architecture achieve the minimax rates of convergence (up to log nfactors) under a general composition assumption on the regression function. The framework includes many well-studied structural constraints such as (generalized) additive models. While there is a lot of flexibility in the network architecture, the tuning parameter is the sparsity of the network. Specifically, we consider large networks with number of potential network parameters exceeding the sample size. The analysis gives some insights into why multilayer feedforward neural networks perform well in practice. Interestingly, for ReLU activation function the depth (number of layers) of the neural network architectures plays an important role and our theory suggests that for nonparametric regression, scaling the network depth with the sample size is natural. It is also shown that under the composition assumption wavelet estimators can only achieve suboptimal rates.

我们使用边缘赋予易于思考Pac-Bayesian界的一般配方，临界成分是我们随机预测集中在某种程度上集中。我们开发的工具直接导致各种分类器的裕度界限，包括线性预测 - 一个类，包括升高和支持向量机 - 单隐藏层神经网络，具有异常\（\ ERF \）激活功能，以及深度释放网络。此外，我们延伸到部分易碎的预测器，其中只去除一些随机性，让我们延伸到我们预测器的浓度特性否则差的情况。

消息传递神经网络（MPNN）自从引入卷积神经网络以泛滥到图形结构的数据以来，人们的受欢迎程度急剧上升，现在被认为是解决各种以图形为中心的最先进的工具问题。我们研究图形分类和回归中MPNN的概括误差。我们假设不同类别的图是从不同的随机图模型中采样的。我们表明，当在从这种分布中采样的数据集上训练MPNN时，概括差距会增加MPNN的复杂性，并且不仅相对于训练样本的数量，而且还会减少节点的平均数量在图中。这表明，只要图形很大，具有高复杂性的MPNN如何从图形的小数据集中概括。概括结合是从均匀收敛结果得出的，该结果表明，应用于图的任何MPNN近似于该图离散的几何模型上应用的MPNN。

个性化决定规则（IDR）是一个决定函数，可根据他/她观察到的特征分配给定的治疗。文献中的大多数现有工作考虑使用二进制或有限的许多治疗方案的设置。在本文中，我们专注于连续治疗设定，并提出跳跃间隔 - 学习，开发一个最大化预期结果的个性化间隔值决定规则（I2DR）。与推荐单一治疗的IDRS不同，所提出的I2DR为每个人产生了一系列治疗方案，使其在实践中实施更加灵活。为了获得最佳I2DR，我们的跳跃间隔学习方法估计通过跳转惩罚回归给予治疗和协变量的结果的条件平均值，并基于估计的结果回归函数来衍生相应的最佳I2DR。允许回归线是用于清晰的解释或深神经网络的线性，以模拟复杂的处理 - 协调会相互作用。为了实现跳跃间隔学习，我们开发了一种基于动态编程的搜索算法，其有效计算结果回归函数。当结果回归函数是处理空间的分段或连续功能时，建立所得I2DR的统计特性。我们进一步制定了一个程序，以推断（估计）最佳政策下的平均结果。进行广泛的模拟和对华法林研究的真实数据应用，以证明所提出的I2DR的经验有效性。

我们为神经网络提出了一种新颖，结构化修剪算法 - 迭代，稀疏结构修剪算法，称为I-Spasp。从稀疏信号恢复的思想启发，I-Spasp通过迭代地识别网络内的较大的重要参数组（例如，滤波器或神经元），这些参数组大多数对修剪和密集网络输出之间的残差贡献，然后基于这些组阈值以较小的预定定义修剪比率。对于具有Relu激活的双层和多层网络架构，我们展示了通过多项式修剪修剪诱导的错误，该衰减是基于密集网络隐藏表示的稀疏性任意大的。在我们的实验中，I-Spasp在各种数据集（即MNIST和ImageNet）和架构（即馈送前向网络，Resnet34和MobileNetv2）中进行评估，其中显示用于发现高性能的子网和改进经过几种数量级的可提供基线方法的修剪效率。简而言之，I-Spasp很容易通过自动分化实现，实现强大的经验结果，具有理论收敛保证，并且是高效的，因此将自己区分开作为少数几个计算有效，实用，实用，实用，实用，实用，实用，实用，实用和可提供的修剪算法之一。

监督表示学习的目标是为预测构建有效的数据表示。在高维复杂数据的理想非参数表示的所有特征中，充分性，低维度和脱离是最重要的。我们提出了一种深层缩小方法，以使用这些特征来学习表示表示。提出的方法是对足够降低方法的非参数概括。我们制定理想的表示学习任务是找到非参数表示，该任务最小化了表征条件独立性并促进人口层面的分离的目标函数。然后，我们使用深层神经网络在非参数上估计样品级别的目标表示。我们表明，估计的深度非参数表示是一致的，因为它的过剩风险会收敛到零。我们使用模拟和真实基准数据的广泛数值实验表明，在分类和回归的背景下，所提出的方法比现有的几种降低方法和标准深度学习模型具有更好的性能。

Mixtures of regression are a powerful class of models for regression learning with respect to a highly uncertain and heterogeneous response variable of interest. In addition to being a rich predictive model for the response given some covariates, the parameters in this model class provide useful information about the heterogeneity in the data population, which is represented by the conditional distributions for the response given the covariates associated with a number of distinct but latent subpopulations. In this paper, we investigate conditions of strong identifiability, rates of convergence for conditional density and parameter estimation, and the Bayesian posterior contraction behavior arising in finite mixture of regression models, under exact-fitted and over-fitted settings and when the number of components is unknown. This theory is applicable to common choices of link functions and families of conditional distributions employed by practitioners. We provide simulation studies and data illustrations, which shed some light on the parameter learning behavior found in several popular regression mixture models reported in the literature.

近似贝叶斯计算（ABC）使复杂模型中的统计推断能够计算，其可能性难以计算，但易于模拟。 ABC通过接受/拒绝机制构建到后部分布的内核类型近似，该机制比较真实和模拟数据的摘要统计信息。为了避免对汇总统计数据的需求，我们直接将经验分布与通过分类获得的Kullback-Leibler（KL）发散估计值进行比较。特别是，我们将灵活的机器学习分类器混合在ABC中以自动化虚假/真实数据比较。我们考虑传统的接受/拒绝内核以及不需要ABC接受阈值的指数加权方案。我们的理论结果表明，我们的ABC后部分布集中在真实参数周围的速率取决于分类器的估计误差。我们得出了限制后形状的结果，并找到了一个正确缩放的指数内核，渐近常态持有。我们展示了我们对模拟示例以及在股票波动率估计的背景下的真实数据的有用性。

广义贝叶斯推理使用损失函数而不是可能性的先前信仰更新，因此可以用于赋予鲁棒性，以防止可能的错误规范的可能性。在这里，我们认为广泛化的贝叶斯推论斯坦坦差异作为损失函数的损失，由应用程序的可能性含有难治性归一化常数。在这种情况下，斯坦因差异来避免归一化恒定的评估，并产生封闭形式或使用标准马尔可夫链蒙特卡罗的通用后出版物。在理论层面上，我们显示了一致性，渐近的正常性和偏见 - 稳健性，突出了这些物业如何受到斯坦因差异的选择。然后，我们提供关于一系列棘手分布的数值实验，包括基于内核的指数家庭模型和非高斯图形模型的应用。