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
好奇查了一下陈宇昕的家境,原来他从小就在国外留学是有原因的

好奇查了一下陈宇昕的家境,原来他从小就在国外留学是有原因的

皮蛋儿电影
2026-10-20 09:58:37
越跌越买!神秘资金再度出手,信号已经很明显了!

越跌越买!神秘资金再度出手,信号已经很明显了!

星图金融研究院
2026-10-22 16:02:05
50岁的赵薇真实状态,扯掉了多少女明星的遮羞布

50岁的赵薇真实状态,扯掉了多少女明星的遮羞布

蜜桔娱乐
2026-10-22 22:07:38
全市场:皇马明夏900万欧可回购拉蒙,球员现身价5500万欧

全市场:皇马明夏900万欧可回购拉蒙,球员现身价5500万欧

懂球帝
2026-10-22 23:26:08
卫冕失败:中国2-3不敌日本,无缘乒乓球亚锦赛女团冠军

卫冕失败:中国2-3不敌日本,无缘乒乓球亚锦赛女团冠军

侧身凌空斩
2026-10-22 22:06:07
炸裂!日本妻子拍AV挽救婚姻,瞒夫出道老公崩溃,如今丈夫成粉丝

炸裂!日本妻子拍AV挽救婚姻,瞒夫出道老公崩溃,如今丈夫成粉丝

悠悠说世界
2026-08-17 13:48:27
广东大胜广厦止连败!1人打成核心,教练变阵救赎,首发该调整了

广东大胜广厦止连败!1人打成核心,教练变阵救赎,首发该调整了

董说体育
2026-10-22 22:00:33
岳飞巨幅真迹出土,已达“字如其人”至高境界,秦桧看了无地自容

岳飞巨幅真迹出土,已达“字如其人”至高境界,秦桧看了无地自容

幸福娃书画苑
2025-08-03 09:40:40
风暴已经出现,中国不得不面对!40年来从未出现的四种情况已到来

风暴已经出现,中国不得不面对!40年来从未出现的四种情况已到来

影孖看世界
2026-10-17 21:54:52
土耳其的女子确实漂亮,兼具典雅容貌与异域风情

土耳其的女子确实漂亮,兼具典雅容貌与异域风情

娱你同欢
2026-10-07 11:06:22
泽连斯基:愿在保留75%领土控制权的基础上达成和平协议

泽连斯基:愿在保留75%领土控制权的基础上达成和平协议

界面新闻
2026-10-21 19:47:20
张一鸣建议公司年轻人,不要住在城乡结合部,应该全部住在市区内,哪怕房子小一点

张一鸣建议公司年轻人,不要住在城乡结合部,应该全部住在市区内,哪怕房子小一点

元气科技馆
2026-10-20 17:03:13
民调连跌5个月、支持率破50%、丑闻接连不断!日本史上首位女首相第一年的答卷合格吗?

民调连跌5个月、支持率破50%、丑闻接连不断!日本史上首位女首相第一年的答卷合格吗?

东京陈洋观察
2026-10-21 17:09:16
台湾地区知名评论员邱毅表示:倘若解放军踏上台湾的土地,台湾军队极可能会选择避免正面冲突,直接缴械投降

台湾地区知名评论员邱毅表示:倘若解放军踏上台湾的土地,台湾军队极可能会选择避免正面冲突,直接缴械投降

人生录
2026-10-20 00:05:14
韩国财阀四代女爱豆登上自家大屏,网友感慨:太有权利了!

韩国财阀四代女爱豆登上自家大屏,网友感慨:太有权利了!

奋斗在韩国
2026-10-22 14:04:12
一女孩在F4演唱会因外形酷似大S引热议,本人回应:“长相是自然的,没有去do脸,也没有化仿妆”

一女孩在F4演唱会因外形酷似大S引热议,本人回应:“长相是自然的,没有去do脸,也没有化仿妆”

韩小娱
2026-10-22 07:02:07
就煮三回,肺部老痰就通开了!白痰黄痰一抹而空,嗓子好舒服!

就煮三回,肺部老痰就通开了!白痰黄痰一抹而空,嗓子好舒服!

小谈食刻美食
2026-09-08 08:59:43
肉肉的女生很漂亮,背部美的女生更漂亮

肉肉的女生很漂亮,背部美的女生更漂亮

疾跑的小蜗牛
2026-10-22 19:52:41
“这种环境都能排卵?”女毕业生表白单位男领导,评论区炸锅了

“这种环境都能排卵?”女毕业生表白单位男领导,评论区炸锅了

世界圈
2026-10-05 20:58:42
一心想要冲出舒适区,连领导都劝不住!30岁程序员从国企跳槽到百度,入职2个月就被裁

一心想要冲出舒适区,连领导都劝不住!30岁程序员从国企跳槽到百度,入职2个月就被裁

蝴蝶花雨话教育
2026-10-23 00:05:15
2026-10-23 04:24:49
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

腾讯云谷歌紧急行动!互联网安全出大事

头条要闻

西藏7.0级地震亲历者:房子震得嘎嘎叫 不敢回家

头条要闻

西藏7.0级地震亲历者:房子震得嘎嘎叫 不敢回家

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

宁德,跌成了一只红利股?

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

家居
旅游
房产
亲子
军事航空

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

旅游要闻

6.5米高塔菊首次亮相天坛,菊花班班长揭秘如何拿到全国金奖?

房产要闻

租金大跳水!荒了6年,海口这个地标商业,开始急了!

亲子要闻

刚生完娃,她嘴里突然长满溃疡,医生说没事!10天后,孩子死了…

军事要闻

泽连斯基"愿以领土换和平协议" 普京表态

无障碍浏览 进入关怀版