网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

多变量神经缩放定律迈向大一统:Mila联手DeepMind提出UNSL

0
分享至



机器之心编辑部

过去的大模型 scaling law 通常回答的是:当模型参数量、数据量和训练计算量增加后,loss 会如何下降。

但真实训练过程要复杂得多。模型性能不只受参数量和数据量影响,还会受到训练步数、处理 token 数、数据是否被重复使用、batch size、学习率、初始化尺度,以及推理时计算量等因素影响。

更麻烦的是,这些变量之间并不是简单相加关系:某个变量可能在特定区间成为瓶颈,也可能让性能曲线出现阶段性「拐点」,甚至带来非单调变化。比如,训练数据太少或训练超过一定 epoch 后可能出现过拟合;学习率或初始化权重标准差过大,也可能反过来损害性能。

针对这些限制,来自蒙特利尔大学 Mila、Google DeepMind 的研究者提出了一种全新的函数形式,称为统一神经缩放定律(Unified Neural Scaling Law,简称 UNSL),它把多变量同时变化、拐点、瓶颈、过拟合以及超参数带来的反向作用统一纳入 scaling law。

所以,这篇论文的主张可以概括为:神经网络的 scaling behavior 不应该只用「参数量 — 数据量 —loss」这样的二维或三维公式描述,而应该用一个能同时处理多变量、阶段性转折、性能瓶颈、过拟合和超参数影响的统一函数形式。



  • 论文标题:Unified Neural Scaling Laws
  • 论文链接:https://arxiv.org/pdf/2605.26248

论文一作 Ethan Caballero 用一段视频,展示了「统一神经缩放定律」准确建模和外推人工神经网络在多个变量同时变化时呈现出的多变量缩放定律。



UNSL 的函数形式

UNSL 的完整架构是由多个分层函数嵌套而成的,它在多维对数空间中将性能建模为一组平滑连接的超平面:



其中 Q 定义如下:



R 定义如下:



K 为多变量断裂神经缩放定律(Multivariate Broken Neural Scaling Law,MBNSL),定义如下:



整体上可以像下面这样理解:

在函数形式上,UNSL 不是简单把参数量、数据量和训练步数塞进一个幂律公式,而是采用了一套分层结构。

底层的 K 是多变量 broken scaling law,用来描述 log-log 空间中由多个平滑连接超平面构成的 scaling 曲面;其中的 hyperbreak 对应性能曲面中的阶段性转折。

再往上一层,R 将整体 scaling 行为拆成非瓶颈组件和瓶颈组件,分别描述多变量共同作用下的整体趋势,以及某一单独变量限制最终性能的情况。瓶颈组件表示,当其他变量都足够好时,某一个变量仍可能单独限制性能。例如模型够大、训练够久,但数据量不足,数据量就成为瓶颈;或者数据足够多,但模型太小,参数量成为瓶颈。

Q 则进一步引入学习率、初始化尺度等超参数可能带来的反向作用。

最外层公式再加入不可约性能极限、评价指标导致的坏表现极限,以及训练超过一定 epoch 后可能出现的过拟合项。

下图为统一神经缩放定律(Unified Neural Scaling Law,UNSL)的示意图,包含两个输入维度 x_1 和 x_2;中间图和右侧图分别展示了它在各个输入维度上的投影。

在这个具体例子中,一个 UNSL 包含 3 个 hyperbreak,也就是图中用更亮的虚线标出的橙色、黄色和绿色转折结构。Hyperbreak 可以理解为 scaling law 中的「阶段转折」。例如一开始增加数据带来明显收益,过了某个区间收益下降,这个转折就是一种 break;多变量情况下,它不再是一点,而是高维空间里的转折面。

其中,绿色 hyperbreak 由非瓶颈组件产生;橙色 hyperbreak 由 x_1 瓶颈组件产生;黄色 hyperbreak 由 x_2 瓶颈组件产生。



实验结果

在实验部分,研究者对比了以下几类函数形式。

第一类是已有 scaling law 形式,包括 CF 和 DC。CF 接近 Kaplan、Chinchilla 一类常见形式,主要描述参数量、训练数据量或训练 token 数与 loss 之间的关系。DC 来自 Muennighoff 等人的三变量函数形式,考虑参数量、训练 token 数和训练数据集大小。

第二类是作者设计的消融版本:A1、A2、A3。它们可以理解为 UNSL 的逐步简化版。其中 A1 去掉了 additive symmetry,A2 加入了性能下限项,A3 进一步加入部分反向作用结构;完整 UNSL 包含全部 additive symmetry、瓶颈组件、非瓶颈组件、过拟合项和超参数反向作用项。

接下来,研究者主要做了视觉和语言两大类实验。

在视觉任务中,研究者评估了下游少样本图像分类,包括 Birds 200、Cars 196 和 ImageNet。模型包括 ViT、MLP-Mixer 和 BiT,它们在 JFT-300M 子集上预训练。变量包括训练数据集大小、训练步数,以及在三变量设置中的模型参数量。结果显示,在下游图像识别任务中,UNSL 在 60.87% 的任务上取得最好的外推表现,而下一个最好的 A3 是 21.74%

在语言任务中,研究者评估了上游和下游语言表现,变量包括模型参数量、处理 token 数、训练数据 token 数等。下游任务包括 LAMBADA 和 CSR,其中 CSR 是 HellaSwag、ARC、PIQA、WinoGrande、OpenBookQA、SIQA、BoolQ 等常识推理任务的零样本平均错误率。结果显示,在语言任务中,UNSL 在 88.89% 的任务上外推最好,而下一个最好的 A2 是 11.11%



更细化地讲,视觉部分实验分为二变量和三变量两类:二变量设置中同时变化的是训练数据集大小和训练步数,三变量设置中同时变化的是训练数据集大小、训练步数和模型参数量。

在三变量视觉实验中,UNSL 的优势非常直接。以 Birds 和 ImageNet 为例,UNSL 都取得最低 RMSLE。尤其和 DC 相比,误差下降非常明显,说明只靠传统三变量形式不足以描述视觉模型在参数量、训练数据和训练步数同时变化时的外推趋势。



语言部分实验同时覆盖上游语言建模表现和下游任务表现。三变量语言实验使用 Muennighoff 等人的 scaling behavior 数据,三个同时变化的维度是 模型参数量、处理过的 token 数、训练数据集中的 token 数。二变量语言实验则关注模型参数量与训练步数 / 处理 token 数的关系。

在三变量语言实验中,UNSL 的 RMSLE 明显低于 A3、A2 、A1 和 DC。也就是说,在这个设置下,UNSL 的外推误差大约只有 DC 的八分之一左右。



二变量语言实验也体现了类似趋势。在下表 5 中,UNSL 在大多数任务上取得最低误差。



除了主文中的视觉和语言任务,论文还在附录中给出更多场景,试图说明 UNSL 的适用范围更广。UNSL 可以外推强化学习中的多变量 scaling behavior,可以处理宽度和深度同时变化的 scaling,还可以把 batch size 作为输入变量;另外,UNSL 还被用于学习率、初始化权重标准差和训练步数同时变化的三变量 scaling behavior。

一系列实验结果表明,UNSL 的优势不在于简单拟合历史数据,而在于它能在多变量同时变化的情况下,更稳定地预测模型性能随规模扩展的走势

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
死循环彻底锁死!油价越涨越不敢加油,最后拖垮整个民生链条

死循环彻底锁死!油价越涨越不敢加油,最后拖垮整个民生链条

趣味萌宠的日常
2026-10-21 08:09:39
苹果用户免费 安卓收15元 武汉通回应开卡费差异:安卓机型多 收费分摊成本

苹果用户免费 安卓收15元 武汉通回应开卡费差异:安卓机型多 收费分摊成本

快科技
2026-10-22 17:03:34
一名乌克兰人揭开当年投票背后的实情:当初73%选民支持泽连斯基,并非拥护是嫌弃,一名演员是如何将总统的支持率压到24%

一名乌克兰人揭开当年投票背后的实情:当初73%选民支持泽连斯基,并非拥护是嫌弃,一名演员是如何将总统的支持率压到24%

唠叨说历史
2026-10-22 17:00:37
高盛预警:人民币被低估20-25%!中国房产或将迎来全球资本围猎

高盛预警:人民币被低估20-25%!中国房产或将迎来全球资本围猎

时尚的弄潮
2026-10-23 06:45:12
随着阿联酋2-1,中国3-3巴林,U17海湾杯积分榜:中国第1

随着阿联酋2-1,中国3-3巴林,U17海湾杯积分榜:中国第1

稗官青史
2026-10-23 04:48:41
不利证词——近东救济工程处资深教师揭露:加沙学校存在激进化和仇视犹太人的教育

不利证词——近东救济工程处资深教师揭露:加沙学校存在激进化和仇视犹太人的教育

老王说正义
2026-10-22 00:57:45
蛇冬眠的时候有多危险?一个专业捕蛇人坦言:90% 的人根本想不到,蛇进入冬眠,它就可能变成老鼠的一顿大餐

蛇冬眠的时候有多危险?一个专业捕蛇人坦言:90% 的人根本想不到,蛇进入冬眠,它就可能变成老鼠的一顿大餐

扶苏聊历史
2026-10-21 16:34:58
7-0!6-1!U17女足世界杯疯狂夜:最新积分榜有变,中国队降至第2

7-0!6-1!U17女足世界杯疯狂夜:最新积分榜有变,中国队降至第2

大秦壁虎白话体育
2026-10-23 07:01:18
被停职审查、套现开溜、私生活混乱?董明珠的标签是时候真相大白

被停职审查、套现开溜、私生活混乱?董明珠的标签是时候真相大白

璀璨幻行者
2026-10-13 16:20:30
德国教授伪装流浪汉,在成都街头乞讨三天,成都人的做法让他泪目

德国教授伪装流浪汉,在成都街头乞讨三天,成都人的做法让他泪目

小影的娱乐
2026-10-22 02:38:12
“穿个底裤就出门了?”宝妈穿瑜伽短裤接孩子,网友:我一个女的都不好意看!

“穿个底裤就出门了?”宝妈穿瑜伽短裤接孩子,网友:我一个女的都不好意看!

林林先生
2026-10-02 07:45:07
NBA太会安排赛程!老队友首秀20+11+7对飙33+8+7 四方大交易都赚了

NBA太会安排赛程!老队友首秀20+11+7对飙33+8+7 四方大交易都赚了

锅子篮球
2026-10-22 12:36:44
日本人早已看透:一旦中日真开战,中国根本不是只打眼前这一仗

日本人早已看透:一旦中日真开战,中国根本不是只打眼前这一仗

阿芒娱乐说
2026-10-21 07:59:10
人能捅出多大娄子?英国公务员将绝密文件丢火车上,第二天,上BBC了…

人能捅出多大娄子?英国公务员将绝密文件丢火车上,第二天,上BBC了…

英国那些事儿
2026-10-22 00:49:51
一块电子屏,让张先生从山东一路“合法”开到了江苏的罚单里。

一块电子屏,让张先生从山东一路“合法”开到了江苏的罚单里。

林子说事
2026-10-23 03:49:27
50岁贝克汉姆剪短发现身温网,封爵喜事挂脸上,网友:布鲁克林那点事真没影响他心情

50岁贝克汉姆剪短发现身温网,封爵喜事挂脸上,网友:布鲁克林那点事真没影响他心情

手工制作阿歼
2026-10-21 01:27:51
中超第29轮!都是三点半开球 CCTV如果直播 你是看成都 还是海港比赛

中超第29轮!都是三点半开球 CCTV如果直播 你是看成都 还是海港比赛

80后体育大蜀黍
2026-10-22 18:31:18
重庆2岁坠亡幼童母亲再发声:“我只要一个真相”

重庆2岁坠亡幼童母亲再发声:“我只要一个真相”

一口娱乐
2026-10-23 05:02:41
追讨朝鲜海外资产近八年,一个美国家庭追回了多少钱?

追讨朝鲜海外资产近八年,一个美国家庭追回了多少钱?

火星人的想法
2026-10-21 14:11:47
上海交大:在血常规检查中,这6项数值异常,可能是“肿瘤”信号

上海交大:在血常规检查中,这6项数值异常,可能是“肿瘤”信号

医学科普汇
2026-10-21 21:35:07
2026-10-23 08:32:49
机器之心Pro incentive-icons
机器之心Pro
专业的人工智能媒体
14273文章数 142749关注度
往期回顾 全部

科技要闻

扎克伯格杀回来了,但Meta还没赢

头条要闻

美国间谍被指要伪装成商人卧底中国 五角大楼急忙否认

头条要闻

美国间谍被指要伪装成商人卧底中国 五角大楼急忙否认

体育要闻

卢卡:伦德伯格,欢迎来到NBA

娱乐要闻

芭莎盛典,张小斐因救场实现口碑暴涨

财经要闻

娃哈哈集团董事长许思敏离职

汽车要闻

搭城市NOA/续航555KM 捷达M6上市售7.98万起

态度原创

教育
手机
本地
数码
公开课

教育要闻

用AI默默守护,温柔照见孩子心事

手机要闻

iPhone Duo开售前全球果粉排队抢购 供应紧张或让多数人空手而归

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

数码要闻

王腾:iFlow睡眠精度高于AppleWatch 受限于成本确实不便宜

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版