L2正則化項為什麼能防止過擬合學習筆記

2021-08-30 13:23:06 字數 1522 閱讀 6354

l2 regularization(權重衰減)l2

代表原始的代價函式,後面那一項就是

l2正則化項,它是這樣來的:所有引數

w的平方的和,除以訓練集的樣本大小n。

λ就是正則項係數,權衡正則項與

c0項的比重。另外還有乙個係數

1/2,

1/2經常會看到,主要是為了後面求導的結果方便,後面那一項求導會產生乙個2,與

1/2相乘剛好湊整。 l2

正則化項是怎麼避免

overfitting

的呢?我們推導一下看看,先求導:

可以發現

l2正則化項對

b的更新沒有影響,但是對於

w的更新有影響:

在不使用

l2正則化時,求導結果中

w前係數為

1,現在

w前面係數為

1−ηλ/n

,因為η、λ

、n都是正的,所以1−ηλ/n小於1,它的效果是減小w,這也就是權重衰減(weight decay)的由來當然考慮到後面的導數項,w最終的值可能增大也可能減小

另外,需要提一下,對於基於

mini-batch

的隨機梯度下降,w和

b更新的公式跟上面給出的有點不同:

對比上面

w的更新公式,可以發現後面那一項變了,變成所有導數加和,乘以

η再除以m,

m是乙個

mini-batch

中樣本的個數。

到目前為止,我們只是解釋了

l2正則化項有讓

w「變小

」的效果,但是還沒解釋為什麼

w「變小

」可以防止

overfitting

?乙個所謂

「顯而易見

」的解釋就是:更小的權值

w,從某種意義上說,表示網路的複雜度更低,對資料的擬合剛剛好(這個法則也叫做奧卡姆剃刀),而在實際應用中,也驗證了這一點,

l2正則化的效果往往好於未經正則化的效果。當然,對於很多人(包括我)來說,這個解釋似乎不那麼顯而易見,所以這裡新增乙個稍微數學一點的解釋(引自知乎):

過擬合的時候,擬合函式的係數往往非常大,為什麼?如下圖所示,過擬合,就是擬合函式需要顧忌每乙個點,最終形成的擬合函式波動很大。在某些很小的區間裡,函式值的變化很劇烈。這就意味著函式在某些小區間裡的導數值(絕對值)非常大,由於自變數值可大可小,所以只有係數足夠大,才能保證導數值很大。

而正則化是通過約束引數的範數使其不要太大,所以可以在一定程度上減少過擬合情況

L1正則化產生稀疏模型,L2正則防止過擬合

j j0 alph a w w 1 1 j j0 a lpha w w 其中j0 j 0是原始的損失函式,後半部分為l1 l 1正則化項,為絕對值之和,j j 帶有絕對值符號的函式,因此 j role presentation j j是不完全可微的。機器學習的任務就是要通過一些方法 比如梯度下降 求...

l2範數求導 L2 正則化為什麼可以防止過擬合

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防止過擬合 L1 L2正則化

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