随机梯度下降

Posted 2020-11-22 weilonghu

• 优化目标函数：(L( heta) = mathbb{E}_{(x,y) sim p_{data}} L(f(x, heta), y))
• 找到平均损失最小的模型参数，也就是求解优化问题：( heta^{*} = mathop{arg min} L( heta))

经典梯度下降

• 采用所有训练数据的平均损失来近似目标函数，即(L( heta) = frac{1}{M}sum limits_{i=1}^{M}L(f(x_i, heta), y_i)?)
• ( abla L( heta) = frac{1}{M}sum limits_{i=1}^{M} abla L(f(x_i, heta), y_i))
• 需要遍历所有训练数据，计算开销太大，但效果其实最好

随机梯度下降

• 用单个训练样本的损失来近似平均损失，即

  [egin{aligned} L( heta; x_i, y_i) & = L(f(x_i, heta), y_i) \ abla L( heta; x_i, y_i) & = abla L(f(x_i, heta), y_i) end{aligned}?]

• 加快收敛速度，也适合在线更新

• 小批量梯度下降法

  • 降低随机梯度的方差，使迭代更稳定

  • 充分利用高度优化的矩阵运算

  • 同时处理m个训练数据({ (x_1, x_2), cdots, (x_m, y_m) }),目标函数及其梯度为

    [egin{aligned} L( heta) & = frac{1}{m} sum limits_{i=1}^{m}L(f(x_i, heta), y_i) \ abla L( heta) & = frac{1}{m} sum limits_{i = 1}^{m} abla L(f(x_i, heta), y_i) end{aligned}]

  • 注意：

    • m的选取：一般选2的幂次，充分利用矩阵运算
    • 挑选m条数据：shuffle
    • 学习率：动态可调的