2 9 區域性最優的問題

2022-05-28 07:15:15 字數 1077 閱讀 8929

人們總是擔心優化演算法會困在極差的區域性最優, 不過隨著深度學習理論不斷發展,我們對區域性最優的理解也發生了改變。

這是曾經人們在想到區域性最優時腦海裡會出現的圖,也許你想優化一些引數,我們把它們稱之為$$和$$,平面的高度就是損失函式。在圖中似乎各處都分布著區域性最優。梯度下降法或者某個演算法可能困在乙個區域性最優中,而不會抵達全域性最優。如果你要作圖計算乙個數字,比如說這兩個維度,就容易出現有多個不同區域性最優的圖,而這些低維的圖曾經影響了我們的理解,但是這些理解並不正確。事實上,如果你要建立乙個神經網路,通常梯度為零的點並不是這個圖中的區域性最優點,實際上成本函式的零梯度點,通常是鞍點。

但是乙個具有高維度空間的函式,如果梯度為 0,那麼在每個方向,它可能是凸函式,也可能是凹函式。如果你在 2 萬維空間中,那麼想要得到區域性最優,所有的 2 萬個方向都需要是這樣,但發生的機率也許很小,也許是$}$,你更有可能遇到有些方向的曲線會這樣向上彎曲,另一些方向曲線向下彎,而不是所有的都向上彎曲,因此在高維度空間,你更可能碰到鞍點,而不會碰到區域性最優。

由上圖我們可以分析是平穩段會減緩學習,平穩段是一塊區域,其中導數長時間接近於 0,如果你在此處,梯度會從曲面從從上向下下降,因為梯度等於或接近 0,曲面很平坦,你得花上很長時間慢慢抵達平穩段的這個點。

總結:你不太可能困在極差的區域性最優中,條件是你在訓練較大的神經網路,存在大量引數, 並且成本函式j被定義在較高的維度空間。

平穩段是乙個問題,這樣使得學習十分緩慢,這也是像 momentum 或是rmsprop, adam 這樣的演算法,能夠加速學習演算法的地方。在這些情況下,更成熟的優化演算法,如 adam 演算法,能夠加快速度,讓你盡早往下走出平穩段。

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