ML4 - 深度学习 Deep Learning

6. Deep Learning 简介

最先开始的是感知机，然后是多层感知机，深度学习其实就是多加了隐藏层。

全连接的前馈神经网络如下：

对于每一层的计算可以写成矩阵操作的形式，不断重复的矩阵操作就可以考虑使用并行计算来进行加速。
对于分类问题，在输出层通常使用softmax函数多分类。

• 问题：如何确定多少层，多少个神经元
  通常依靠经验、直觉、尝试，可能会需要领域知识。

7.Backpropagation 反向传播算法

BP算法可以更加有效地计算梯度，主要运用了链式法则，将损失函数关于权重的微分分成向前和向后两部分来计算。

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向前计算的部分非常简单，如下图，正好每一层的输入xi。

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向后计算的部分，为什么说是向后计算呢，如下图可以发现l对z的微分可以转变成对后一层z'和在z"的微分,所以可以一直往后推到最后一层。

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实际计算时就是通过向前和向后分别把z关于a的微分和l关于z的微分全算出来，最后相乘得到，l关于w的微分。

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8.keras

9. Tips for deep learning

在deep learning 中会遇到很多问题，一般首先看在训练集上的效果，再看在测试集上的效果。
如果训练集上效果都不好，就要重新选择模型；如果训练集上效果好，但是测试集上效果不好，我们需要考虑是否过拟合。
有一种情况：如果神经网络的层数多了反而不如层数少的效果好，这个不能简单地归罪于过拟合，这个很可能就是没有训练好。
对于不同的问题需要采用不同的解决办法。

9.1 训练集效果不好

1. 采用新的激活函数
在神经网络层数比较多的情况下会发生vanishing gradient problem，在越靠近输入的地方梯度比较小，学习很慢；靠近输出的地方学习得特别快。这个现象的出现是因为sigmoid函数。如下图，当w改变△w时，经过sigmoid函数后输出的变化很少，经过几层之后，损失函数的变化非常之下，所以在靠近输入的地方梯度特别小。

9.1-1

可以替换的激活函数：

• ReLU
  当使用ReLU时实际上input关于output是线性的（注意只是在input的附近是线性的，只有input变化大了，就不是线性了）。

ReLU

• ReLU variant
  (Exponential Linear Unit)

ReLU_variant.png

• Maxout
  Maxout network可以自己学习activation function。ReLU是Maxout的一种特例。

Maxout.png

2.自适应的学习速率

• RMSProp

RMSProp

• momentum
  模拟物理上的球滚动，将动量的因素加入。将前一次的运动方向认为是惯性。

momentum.png

9.2 训练集效果好，但是测试集效果不好

1. early stopping
当在validation set 上error不减少，即使在training set 上loss仍然在减少也要停止Epoch。
2. Regularization
使得参数每一次update的时候都变小。没用的参数最后变成0，但是有用的参数最后不会是0.
L1: 对所有的参数一视同仁。最后参数差距大。有些特别接近0，有些比较大。
L2:对比较大的参数惩罚强。最后参数聚集在接近0，但不会真的很靠近0的地方 。
3. Dropout
Dropout可以认为是一种ensemble的方式。 但是只有linear 时候 可以在testing的时候乘以（1-p)%。