为什么要学习最优化理论？
因为对于ML模型训练，最终都可以归结为最优化问题，寻找最优参数，是模型的loss最小。
在ML中，最优化分为 无约束的最优化问题和有约束的最优化问题。
一、无约束的最优化问题
由极值条件可知，函数的极小值问题，可转化为：
由于在多维空间中，以上表达式是n个原方程组问题，求解过程较为复杂。在ML领域，求解最优化问题，往往通过迭代法。
迭代法的基本思想是：首先给定极小值点的初始估计x0，通过迭代得到点序列，若点序列无限接近极小值点，称该序列是极小化序列。
如何将最优化转化为极小化序列？表达式如下：
其中，dk是方向，另一个是步长。这是各种梯度下降算法的普遍抽象。
二、梯度下降算法
梯度下降算法的迭代方向d有函数f的一阶导数决定。
首先回顾梯度的几何意义：梯度向量表示函数f在x0出函数值变化最快的方向。
梯度下降算法分为：BGD、SGD、MBGD。
使用MBGD，一般的n的范围是50-100之间。
对于梯度下降方向d和步长而言，主要有算法 传统更新策略、、动量更新策略、动量更新策略、改进的动量更新策略和自适应梯度策略。
1.传统更新策略
缺点：一方面极易受lr的影响；另一方面，若迭代的化太小，会提前终止迭代操作。在传统更新策略中，每一次迭代的方向dk=当前batch数据集误差损失函数的梯度。
2.动量更新策略
本策略主要是对每一次的迭代方向dk做迭代。
在每次迭代优化dk，有两部分组成：上衣时刻的迭代方向，即：动量；当前样本集合的梯度方向，公式如下：
第一部分表示动量，第二部分表示当前样本的梯度方向。前者是上一batch的前进方向，后者是当前batch的前进方向。在每一次迭代中，向量方向是上一次迭代方向与当前样本梯度方向的向量之和。
3.改进动量更新策略(NAG)
该公式的含义是：先经过动量计算使上一次的参数沿原来梯度到达新的点，然后在新的点沿新的梯度方向前进。
4.自适应梯度策略(AdaGrad)
数学表达式如下：
其中，acci表示累计梯度，参数是第i次迭代时的参数。由表达式可知：AdaGrad实现了学习率的变化，并且迭代次数越多，步长越短。
网友评论