3.深度学习的实用层面

第一周：深度学习的实用层面

 

 项目进展得一个关键性得因素就是划分高质量得训练集，验证集，测试集。这有助于提高循环迭代得效率。验证集也称为development set

也称为dev set。

验证集主要用于评价不同得模型，通过验证来选择最终得模型。或者说是验证不同得算法，检验那种算法更有效。

然后测试集在选择得模型上进行评估。

三种集合要来自于同一种划分。

深度学习的趋势是权衡方差和偏差

通过训练集与验证集的正确率来观察偏差和方差。假设验证集和训练集是同一分布

紫色的线部分欠拟合，部分过拟合，所以具有高偏差和高方差。

当我们训练好模型后首先要知道模型的偏差是否过高，如果偏差过高甚至无法拟合训练集，那么选择一个新的网络，比如含有更多隐藏层和隐藏单元的网络，

花费更多的时间来训练网络，直至网络拟合训练集。

之后观察方差是否过高，如果方差过高，那么采用更多的数据，或者正则化。

重复此过程，直至找到一个低偏差和低方差的网络

 

 如果怀疑神经网络中出现了高方差，那么一种方法是用更多的数据。另一种方法就是用正则化方法。

在逻辑回归中使用正则化项。

 

w是一个高维参数矢量，b是一个实数。所以b可以忽略。如果用l1正则化，那么w讲是稀疏的，w中会有很多0。人们越来越倾向于使用l2正则化。

神经网络中的正则化也被称为权重衰减。神经网络中，参数w是一个矩阵，l2正则化其实也是计算平方和。

 

 神经网络最后的那个计算就是让矩阵先乘以一个系数（系数小于1）（被称为权重衰减的原因），再减去那个。

 

直观的理解就是正则化系数如果设置的过大，那么权重矩阵就会被设置为权重趋于0的值。许多隐藏单元的值为0，其实也就是消除了这些隐藏单元的理解

 

dropout是一种正则化方法，中文名称为随机失活。

假设左边的神经网络存在过拟合，dropout会遍历网络的每一层，设置每一层中消除网络中节点的概率，然后删掉被删除节点进入和射出的线，从而得到一个节点更少，规模更小的网络。作用于训练阶段，在测试阶段不再用，每一次迭代都会从新计算dropout，因此每次的代价函数都不同。

dropout最常用的就是反向随机失活(inverted dropout)

 

 d是随机生成一个向量，a是某一层输出的结果向量。a与b相乘后，a仍需要除以keep-prob

另外一种正则化防止过拟合的方法就是扩大训练集。用翻转，切割，强变形等手段

早停就是在中间点结束训练。

零均值化与方差均值化。训练集用此方法来进行归一化后，测试集也应该用此方法来进行归一化。尤其是数值不能变。

归一化有利于梯度下降。输入数据有的在0-1，有的在0-1000，那么归一化就十分有必要了。如果输入数据在相似的范围，那么归一化就没有那么有必要了。

 梯度消失与梯度爆炸详解：https://blog.csdn.net/qq_25737169/article/details/78847691

 较大三角形的高宽比更接近于导数，这不是一个单边公差，而是一个双边公差。双边公差更接近于导数。所以用双边公差来估计梯度。

梯度检验可以帮我们很好的发现反向传播中的bug

 

 

第二周：优化算法

 深度学习是一个高度依赖经验的过程，并且伴随着大量的迭代过程。需要训练大量的模型，才能找到适合的那一个。

首先来谈mini-batch gradient descent算法。

吧训练集分割为一些小的集和，这些集和称为mini-batch

右上角的小括号代表第几个训练样本，中括号代表神经网络的第几层输出，大括号代表第几个mini-batch

原来的训练集被划分为许多个小的mini-batch,在每个小的mini-batch上进行一次梯度下降。

现在我们要决定的就是mini-batch的大小

 

优点：有效的利用了向量化，每一次的迭代时间变少。另一方面，你不需要等到整个训练集被训练完，就可以开始后续的工作。

如果训练集较小，那么就直接使用batch算法。这里说的少一半是说少于2000个样本。

划分mini-batch时，一般大小为64-512,2的幂，主要是考虑到了电脑内存。

指数加权平均法

 

 

 在进行指数加权平均时，初期值会比较低，所以要用到偏差修正：但传统中人们一般不会考虑偏差修正。

接下来是动量梯度下降，传统的梯度下降，只计算当前的梯度，而动量梯度下降，不仅考虑到了当前的梯度，也考虑到了之前的梯度。方法就是指数加权平均。

 

 

学习率衰减

 超参数的重要程度：红橙紫

如果超参数过多，不适宜用排列组合，而是用随机选取点的方法。

再由粗略到精细：

一些事随机均匀选取的：

softmax回归，最后一层输出的是概率，和为1