深度学习:梯度消失和梯度爆炸

梯度消失

主要是因为网络层数太多,太深,导致梯度无法传播。本质应该是激活函数的饱和性。

DNN结果出现nan值?

梯度爆炸,导致结果不收敛。都是梯度太大惹的祸,所以可以通过减小学习率(梯度变化直接变小)、减小batch size(累积梯度更小)、 features规格化(避免突然来一个大的输入)。

RNN的梯度爆炸和消失问题

不幸的是,实践中前面介绍的几种RNNs并不能很好的处理较长的序列。一个主要的原因是,RNN在训练中很容易发生梯度爆炸和梯度消失,这导致训练时梯度不能在较长序列中一直传递下去,从而使RNN无法捕捉到长距离的影响。

为什么RNN会产生梯度爆炸和消失问题呢?我们接下来将详细分析一下原因。我们根据式3可得:

深度学习:梯度消失和梯度爆炸_第1张图片

上式的定义为矩阵的模的上界。因为上式是一个指数函数,如果t-k很大的话(也就是向前看`很远的时候),会导致对应的误差项的值增长或缩小的非常快,这样就会导致相应的梯度爆炸和梯度消失问题(取决于大于1还是小于1)。

通常来说,梯度爆炸更容易处理一些。因为梯度爆炸的时候,我们的程序会收到NaN错误。我们也可以设置一个梯度阈值,当梯度超过这个阈值的时候可以直接截取。

梯度消失更难检测,而且也更难处理一些。总的来说,我们有三种方法应对梯度消失问题:

  1. 合理的初始化权重值。初始化权重,使每个神经元尽可能不要取极大或极小值,以躲开梯度消失的区域。
  2. 使用relu代替sigmoid和tanh作为激活函数。
  3. 使用其他结构的RNNs,比如长短时记忆网络(LTSM)和Gated Recurrent Unit(GRU),这是最流行的做法。我们将在以后的文章中介绍这两种网络。

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