【机器学习合集】深度学习模型优化方法最优化问题合集 -＞（个人学习记录笔记）

news2024/9/30 17:33:39

文章目录

最优化
- 1. 最优化目标
- - 1.1 凸函数&凹函数
  - 1.2 鞍点
  - 1.3 学习率
- 2. 常见的深度学习模型优化方法
- - 2.1 随机梯度下降法
  - 2.2 动量法(Momentum)
  - 2.3 Nesterov accelerated gradient法(NAG)
  - 2.4 Adagrad法
  - 2.5 Adadelta与Rmsprop法
  - 2.6 Adam法
  - 2.7 Adam算法的改进
- 3. SGD的改进算法一定会更好吗？
- 4. 二阶优化算法为何不用？

最优化

最优化是应用数学的一个分支，主要研究在特定情况下最大化或最小化某一特定函数或变量。

1. 最优化目标

1.1 凸函数&凹函数

在这里插入图片描述

1.2 鞍点

在这里插入图片描述

1.3 学习率

在这里插入图片描述

2. 常见的深度学习模型优化方法

深度学习模型的优化是训练深度神经网络的关键步骤，有多种方法可用于此目的。以下是一些常见的深度学习模型优化方法：

随机梯度下降（SGD）：

操作：在每个迭代中，使用一小批训练样本来估计损失函数的梯度，并更新模型参数。
特点：SGD是深度学习中最常见的优化方法，具有较低的计算复杂性。

小批量梯度下降（Mini-batch GD）：

操作：与SGD类似，但在每个迭代中使用多个训练样本来估计梯度。
特点：Mini-batch GD通常比SGD更稳定，并可通过调整批大小来平衡计算效率和收敛速度。

动量（Momentum）：

操作：引入动量项，加速收敛，并减小梯度下降的震荡。
特点：动量有助于克服局部极小值，提高训练速度。

AdaGrad：

操作：自适应地调整每个参数的学习率，使稀疏特征的学习率更大。
特点：AdaGrad适用于稀疏数据，但可能会随时间降低学习率。

RMSprop：

操作：改进AdaGrad，引入指数移动平均来平滑学习率。
特点：RMSprop适用于非稀疏数据，提高了学习率的稳定性。

Adam：

操作：结合动量和RMSprop，具有自适应学习率和动量调整。
特点：Adam通常表现出色，被广泛用于深度学习。

Adadelta：

操作：类似于RMSprop，但不需要手动设置学习率。
特点：Adadelta自适应地调整学习率，无需调整超参数。

Nadam：

操作：结合Nesterov动量和Adam的优点，同时考虑梯度和自适应学习率。
特点：Nadam通常具有较好的收敛性能。

L-BFGS（Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno）：

操作：使用L-BFGS等优化器来在每个迭代中直接优化损失函数。
特点：L-BFGS通常用于较小的数据集和较小的模型，具有较高的计算复杂性。

这些优化方法具有不同的性能和特点，适用于不同类型的深度学习任务。在实际应用中，通常需要根据任务、数据和模型来选择合适的优化方法，并进行超参数调整以获得最佳性能。

这些深度学习模型优化方法在不同方面存在区别和差异，包括学习率调整、收敛性、计算效率和适用性等。以下是它们的一些主要区别和差异：

学习率调整：

SGD：通常需要手动设置全局学习率，对学习率敏感。
Momentum：引入动量项，加速收敛，但需要额外的动量超参数。
AdaGrad：自适应地调整每个参数的学习率，但可能会导致学习率过小。
RMSprop：改进AdaGrad，使用指数移动平均，减小学习率的不稳定性。
Adam：结合动量和RMSprop，具有自适应学习率和动量，通常无需手动调整学习率。
Adadelta：类似RMSprop，但无需手动设置学习率。
Nadam：结合Nesterov动量和Adam，同时考虑梯度和自适应学习率。

收敛性：

不同方法在收敛速度和稳定性上有所差异。Adam通常在训练速度和稳定性方面表现良好，而L-BFGS可能需要更多迭代以收敛。

计算效率：

SGD和Mini-batch GD通常具有较低的计算复杂性，适用于大规模数据和模型。
Adam等方法通常需要更多计算资源，但在训练速度上更具优势。

适用性：

不同方法适用于不同类型的问题。例如，Adadelta和Adagrad适用于稀疏数据，而Adam和Nadam通常适用于一般的深度学习任务。

超参数数量：

不同方法可能需要设置的超参数数量不同。SGD通常只需要设置全局学习率，而Adam和Nadam需要设置更多超参数。

收敛性能：

在不同问题上，不同方法可能具有不同的性能表现。通常需要进行实验来确定哪种方法对特定问题最有效。