梯度消失和梯度爆炸是深度学习中常见的问题,与神经网络的训练相关。这两个问题都涉及到梯度在反向传播过程中的传递。
-
梯度消失(Gradient Vanishing): 当神经网络较深时,反向传播过程中梯度可能逐层减小,最终趋近于零。这意味着在网络较深层的权重更新过程中,这些层的权重几乎没有被更新,从而导致网络学习缓慢或无法学到有效的表示。
造成梯度消失的主要原因是激活函数的选择和权重初始化。某些激活函数(如 sigmoid、tanh)在输入值较大或较小时饱和,导致梯度趋于零。在网络中使用多个这样的层,梯度不断相乘,就会导致整个梯度链的值趋近于零。
例子: 考虑一个深度神经网络,使用 sigmoid 激活函数。如果权重初始化不当,网络的初始输入在 sigmoid 函数中经过多层,梯度将会迅速减小,最终导致梯度消失。
-
梯度爆炸(Gradient Exploding): 与梯度消失相反,梯度爆炸指的是在反向传播过程中,梯度变得非常大。这会导致权重更新过大,使模型的参数发散,导致数值不稳定性,甚至溢出。
梯度爆炸通常发生在网络层数较多时,尤其是在循环神经网络(RNN)等架构中。造成梯度爆炸的原因可以是网络权重初始化不当、梯度裁剪不足等。
例子: 在循环神经网络中,如果权重矩阵的值较大,反向传播过程中梯度会指数级增长,导致梯度爆炸。这可能会导致数值溢出,使模型无法收敛。
为解决这些问题,可以采取一些措施,例如使用梯度裁剪、选择合适的激活函数(如 ReLU)、使用批量归一化(Batch Normalization)、良好的权重初始化等。这些方法有助于维持梯度的适度大小,防止梯度消失或爆炸。