动手学深度学习11 权重衰退
- 1. 权重衰退
- 2. 代码实现
- 3. QA
视频： https://www.bilibili.com/video/BV1UK4y1o7dy/?spm_id_from=autoNext&vd_source=eb04c9a33e87ceba9c9a2e5f09752ef8
电子书： ttps://zh-v2.d2l.ai/chapter_multilayer-perceptrons/weight-decay.html
课件： https://courses.d2l.ai/zh-v2/assets/pdfs/part-0_16.pdf
1. 权重衰退
为了便于讨论，我们假设训练的模型中只有w1和w2两个参数
但是我们觉得100这个数还是太大了，怎么办？我们在损失函数中添加一项，这一项是w1的平方+w2的平方
罚的项是L2正则项，因为离原点越近，正则项越小
绿线是损失函数的取值, 黄线是惩罚项的取值, 两者都是圈越大取值越大
两个圆锥的交点可能是最优点！！！！！！！
这里的平衡点可以看看kkt条件来理解，但其实增广拉格朗日方程本身和subject to ||w||^2<theta的模型是等价的，在这里用subject to 的模型来理解可能更简单
其实就是新的损失函数由两项组成，此时求导后，梯度有两项了，一项将w向绿线中心拉，一项将w向原点拉进，最后将在w*点达到一个平衡
每次都在权重更新之前对w做了一次放小(ηλ<1)， 所以叫做权重衰退。
lambda是控制模型参数的超参数
2. 代码实现
%matplotlib inline
import torch
from torch import nn
from d2l import torch as d2ln_train, n_test, num_inputs, batch_size = 20, 100, 200, 5
true_w, true_b = torch.ones((num_inputs, 1)) * 0.01, 0.05
train_data = d2l.synthetic_data(true_w, true_b, n_train)
train_iter = d2l.load_array(train_data, batch_size)
test_data = d2l.synthetic_data(true_w, true_b, n_test)
test_iter = d2l.load_array(test_data, batch_size, is_train=False)
print(train_data[0], train_data[1])def init_params():w = torch.normal(0, 1, size=(num_inputs, 1), requires_grad=True)b = torch.zeros(1, requires_grad=True)return [w, b]def l2_penalty(w):return torch.sum(w.pow(2)) / 2 # w.pow(2) 幂函数 w的2次幂def train(lambd):w, b = init_params()net, loss = lambda X: d2l.linreg(X, w, b), d2l.squared_lossnum_epochs, lr = 100, 0.03animator = d2l.Animator(xlabel='epochs', ylabel='loss', yscale='log', xlim=[5, num_epochs], legend=['train', 'test'])for epoch in range(num_epochs):for X, y in train_iter:# 增加了L2范数惩罚项# 广播机制使L2_penalty(w)成为一个长度为batch_size的向量l = loss(net(X), y) + lambd * l2_penalty(w)l.sum().backward()d2l.sgd([w,b], lr, batch_size)if (epoch+1)%5 == 0:animator.add(epoch+1, (d2l.evaluate_loss(net, train_iter, loss), d2l.evaluate_loss(net, test_iter, loss)))print("w的L2范数是：", torch.norm(w).item())train(lambd=0)
train(lambd=3)
w的L2范数是： 12.036040306091309 # lambda=0
w的L2范数是： 0.03226672485470772 # lambda=3
lambd = 0
lambd = 3
3. QA
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pytorch是否支持复数神经网络，nn输入输出权重激活函数都是复数，loss则是一个复数到实数的映射。
不支持。复数是把一个数做到二维，加一个第二维实现效果，不一定要用复数。 -
为什么参数不过大模型复杂度就低呢？
限制整个模型在优化的时候，是在很小的范围取参数。只能在在一些比较平滑的模型曲线上取参数，这样就学不出一个很复杂的模型。 -
如果是L1范数的话如何更新权重？
把上面的l2_penalty()函数内容，换成torch.abs(w)尝试
w的L1范数是： 0.7089653015136719return torch.sum(torch.abs(w)) ...... train(lambd=3)
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实践中权重衰减的值一般设置为多少好？有时感觉权重衰减的效果并不好
一般取1e-2, 1e-3， 1e-4 (0.01, 0.001, 0.0001)。 权重衰退有一点点，但是不要太指望这个方法。如果模型很复杂，权重衰退没有很好的效果。可以试下 1e-3，效果不好换别的方法。 -
损失函数正则项中的2为什么使用上标而不是下标？之前介绍L2范数使用的是下标，是相同的概念？不太理解不同的数学记法。
上标是平方的意思L2的平方项，L2范数是在下标有2的，但是L2是默认的范数，所以一般都是省略的。 -
为什么要把w往小的啦？如果最优解的w就是比较大的数，那权重衰减是不是会有反作用？
数据是有噪音的，可能学到的不是真正的最优解，lambda过大过小都会和最优解离得比较远，所以选择的lambda值要合适。 -
L2 norm理解是让w的值变得更平均，没有突出的值为什么这样调整可以使得拟合更好呢？
不是让w更平均，而是让值更小一点。当没有lambda学到的范数很大的情况下，可以用lambda往回拉。但模型没有overfitting的时候，往回拉这种操作是没用的。 -
weight_decay的值一般怎么选择？有哪些实践经验？
试试1e-3这些值，没效果换方法。 -
实际应用中，lambda作为超参数是一次次在训练后调整优化了吗？调整到什么时候达到满意的效果?有什么方法论或最佳实践吗？
不知道什么时候最优。看看训练集和测试集曲线的差距，调下参数。
10 在解释数据噪音的时候，说如果噪音越大，w就比较大，是经验所得还是可以证明？
可以证明。噪音越大，学的w就越大，可以尝试一下。
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