神经网络基础-正则化方法

文章目录

- [1. 什么是正则化](#1. 什么是正则化)
- [2. 正则化方法](#2. 正则化方法)
- - [2.1 Dropout正则化](#2.1 Dropout正则化)
  - [2.2 批量归一化(BN层)](#2.2 批量归一化(BN层))

学习目标：

知道正则化的作用
掌握随机失活 DropOut 策略
知道 BN 层的作用

1. 什么是正则化

在设计机器学习算法时希望在新样本上的泛化能力强。许多机器学习算法都采用相关的策略来减小测试误差，这些策略被统称为正则化。
神经网络的强大的表示能力经常遇到过拟合，所以需要使用不同形式的正则化策略。
目前在深度学习中使用较多的策略有范数惩罚 ，DropOut ，特殊的网络层等，接下来我们对其进行详细的介绍。

2. 正则化方法

2.1 Dropout正则化

在练神经网络中模型参数较多，在数据量不足的情况下，很容易过拟合。Dropout（随机失活）是一个简单有效的正则化方法。

在训练过程中，Dropout 的实现是让神经元以超参数 p 的概率停止工作或者激活被置为0,未被置为0的进行缩放，缩放比例为1/(1-p)。训练过程可以认为是对完整的神经网络的一些子集进行训练，每次基于输入数据只更新子网络的参数。
在测试过程中，随机失活不起作用。

python实现：

python 复制代码

import torch
import torch.nn as nn


# Dropout 正则化
def test():
    # 初始化随机失活层
    dropout = nn.Dropout(p=0.4)
    # 初始化输入数据：表示某一层的 weight 值
    inputs = torch.randint(0,10,size=[1,4]).float()
    layer = nn.Linear(4,5)
    y = layer(inputs)
    print("未失活FC层的输出结果\n",y)
    y = dropout(y)
    print("失活后FC层的输出结果\n",y)

test()

输出结果：

tex 复制代码

未失活FC层的输出结果
 tensor([[-2.2610, -0.7930,  0.3200,  7.0264, -2.2781]],
       grad_fn=<AddmmBackward0>)
失活后FC层的输出结果
 tensor([[-0.0000, -1.3217,  0.0000,  0.0000, -3.7968]], grad_fn=<MulBackward0>)

上述代码将 Dropout 层的概率 p 设置为 0.4，此时经过 Dropout 层计算的张量中就出现了很多 0 , 未变为0的按照（1/(1-0.4)）进行处理。

2.2 批量归一化(BN层)

先对数据标准化，再对数据重构（缩放+平移），如下所示：

λ 和 β 是可学习的参数，它相当于对标准化后的值做了一个线性变换，λ 为系数，β 为偏置；
eps 通常指为 1e-5，避免分母为 0；
E(x) 表示变量的均值；
Var(x) 表示变量的方差；

批量归一化层在计算机视觉领域使用较多，具体使用方法我们到后面在给大家进行介绍。