课程回顾-Improving Deep Neural Networks: Hyperparameter tuning, Regularization and Optimization

时间：2023-03-09 17:57:22
课程回顾-Improving Deep Neural Networks: Hyperparameter tuning, Regularization and Optimization

训练、验证、测试

划分的量

  • If size of the dataset is 100 to 1000000 ==> 60/20/20
  • If size of the dataset is 1000000 to INF ==> 98/1/1 or 99.5/0.25/0.25

要保证数据来自一个分布

偏差方差分析

如果存在high bias

  • 尝试用更大的网络
  • 尝试换一个网络模型
  • 跑更长的时间
  • 换不同的优化算法

如果存在high variance

  • 收集更多的数据
  • 尝试正则化方法
  • 尝试一个不同的模型

一般来说更大的网络更好

正则化

正则化减少过拟合的intuition

太大会导致其为0

Dropout
  • 原始的dropout

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  • Inverted Dropout

    我们稍微将 Dropout 方法改进一下，使得我们只需要在训练阶段缩放激活函数的输出值，而不用在测试阶段改变什么。这个改进的 Dropout 方法就被称之为 Inverted Dropout 。比例因子将修改为是保留概率的倒数，即课程回顾-Improving Deep Neural Networks: Hyperparameter tuning, Regularization and Optimization

dropout分析

  • 因为我们不能够过分依赖一个特征，dropout可以一定程度将权重分出去
  • 我们可以在不同的层设置不同的dropout
  • 输入层的dropout应该接近1，因为我们需要从中学习信息
  • CNN中dropout广泛应用
  • dropout带来的问题是调试困难，通常我们需要关掉dropout调试，确认无误再继续用dropout

其它正则化方法

数据增加（data augmentation）

就是通过一些变换得到新的图片（这种其实是在图像领域最为广泛应用，但是思想可以推广）

early stopping

就是在迭代中选择验证错误不再降低的点

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好处是不用调超参，坏处是it makes us think about something else more than optimize W's and b's.

ensemble

训练多个模型，组合

可以带来2%左右的提升，减少泛化误差

归一化输入

归一化可以加速训练

归一化的步骤

  • 计算均值
  • 所有数据减去均值
  • 计算方差
  • x/=variance

归一化应该应用于：训练、验证、测试

梯度消失/爆炸

这是训练深度学习难的一个点

权重初始化

是解决梯度消失/爆炸的一个部分的解决方案

对于sigmoid和tanh

np.random.rand(shape)*np.sqrt(1/n[l-1])

对于relu

np.random.rand(shape)*np.sqrt(2/n[l-1]) #n[l-1] In the multiple layers.

一个方差是1/Nx" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">1/Nx，另一个是2/Nx" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">2/Nx

通过数值近似计算梯度
  • 注意添加正则项的损失函数

优化算法

mini-batch

  • 为了利用向量化，batch大小应该是2的指数
  • 注意CPU/GPU内存大小

momentum

计算权重的指数加权平均

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RMSprop

Root mean square prop

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使用这个算法可以选择较大的学习率

Adam

Adaptive Momentum Estimation。其实就是把rmsprop和momentem放一起了，另加了一个纠正

{vdW[l]=β1vdW[l]+(1−β1)∂J∂W[l]vdW[l]corrected=vdW[l]1−(β1)tsdW[l]=β2sdW[l]+(1−β2)(∂J∂W[l])2sdW[l]corrected=sdW[l]1−(β1)tW[l]=W[l]−αvdW[l]correctedsdW[l]corrected+ε" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">{vdW[l]=β1vdW[l]+(1−β1)∂J∂W[l]vdW[l]corrected=vdW[l]1−(β1)tsdW[l]=β2sdW[l]+(1−β2)(∂J∂W[l])2sdW[l]corrected=sdW[l]1−(β1)tW[l]=W[l]−αvdW[l]correctedsdW[l]corrected+ε

其中推荐β1=0.9" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">β1=0.9, β2=0.999" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">β2=0.999, ϵ=10−8" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">ϵ=10−8

深度神经网络中的主要问题不是局部最小点，因为在高维空间中出现局部最优的可能性很小，但是很容易出现鞍点，鞍点会导致训练很慢，所以上面的几个方法会很有用

调参

顺序

Learning rate.

Mini-batch size.

No. of hidden units.

Momentum beta.

No. of layers.

Use learning rate decay?

Adam beta1 & beta2

regularization lambda

Activation functions

批规范化Batch Normalization

可以加速训练

和前面的对于输入数据的处理不一样，这里考虑的是对于隐层，我们能否对A[l]进行操作，使得训练加快。

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这里γ" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">γ和β" role="presentation" style="font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;">β是参数

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解决了梯度弥散的问题

批规范化其实做了一点正则化的工作，如果你希望减弱这种效果可以增大批大小。

测试用需要估计均值和方差

Reference

https://github.com/mbadry1/DeepLearning.ai-Summary

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