Conflict-Averse Gradient Descent for Multi-task learning

计算机科学 梯度下降 强化学习 任务(项目管理) 启发式 人工智能 趋同(经济学) 多任务学习 集合(抽象数据类型) 机器学习 数学优化 数学 人工神经网络 操作系统 经济增长 经济 管理 程序设计语言
作者
Bo Liu,Xingchao Liu,Xiaojie Jin,Peter Stone,Qiang Liu
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
卷期号:34
摘要

The goal of multi-task learning is to enable more efficient learning than single task learning by sharing model structures for a diverse set of tasks. A standard multi-task learning objective is to minimize the average loss across all tasks. While straightforward, using this objective often results in much worse final performance for each task than learning them independently. A major challenge in optimizing a multi-task model is the conflicting gradients, where gradients of different task objectives are not well aligned so that following the average gradient direction can be detrimental to specific tasks' performance. Previous work has proposed several heuristics to manipulate the task gradients for mitigating this problem. But most of them lack convergence guarantee and/or could converge to any Pareto-stationary point. In this paper, we introduce Conflict-Averse Gradient descent (CAGrad) which minimizes the average loss function, while leveraging the worst local improvement of individual tasks to regularize the algorithm trajectory. CAGrad balances the objectives automatically and still provably converges to a minimum over the average loss. It includes the regular gradient descent (GD) and the multiple gradient descent algorithm (MGDA) in the multi-objective optimization (MOO) literature as special cases. On a series of challenging multi-task supervised learning and reinforcement learning tasks, CAGrad achieves improved performance over prior state-of-the-art multi-objective gradient manipulation methods.

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