神经网络训练数据的一点理解

神经网络是通过梯度方反向传播来更新参数，所需的数据集一般分为训练数据和测试数据，其中训练的数据会根据有监督和无监督学习进行分类。

有监督学习

对于有监督学习，一般是给网络一个输入，然后再定一个网络应该的输出的数据，称为标签（label）。
然后输入数据X，会得到一组输出Y，将这个Y与X对应的Y_label进行对比，比较二者之间的差值（一般用mse或者交叉熵来刻画），然后通过这个差值去调整网络中的W和b参数（梯度反向传播调整参数），使得下一次输出的Y更加接近Y_label。

• 一般来说，调整神经网络参数W和b是需要大量的数据的，所以我们需要训练数据，对于有监督学习，训练数据会分为数据（X）和标签(Y_label)两个部分，在训练完之后，我们需要查看网络训练的好不好，也就是查看网络在训练集上的准确率。
• 另外，在训练集上的准确率高不能反映网络训练的好坏，需要在测试集上进行验证，即需要拿网络从来没有用过的数据去测试它，然后网络在测试集上的准确率。只有测试准确率高，才能说明网络训练的好。
• 另外，我们在进行网络设计的时候，网络的层数，卷积核的大小等等参数刚开始也无从下手，不知道怎么去确定，这些参数叫做超参数。一般我们会用数据进行训练来不断尝试这些超参数的好坏，这里用到的数据叫验证集（注意，在验证超参数的好坏的时候，不能用训练集的数据，因为训练集已经参与了网络参数的调整过程），所以，一般流程如下：在用训练集训练完之后，用验证集去判断哪个超参数最好，选择最好的那组超参数，然后用测试集去测试网络训练的准确度。
• 验证集一般从从训练集里面划分，例如把训练集划分为10，其中随机9分作为训练集，1份作为验证集，接着任选其余9份作为训练集，1份作为验证集，如此循环，反复去验证某一组超参数最优。

过拟合及抑制方法

过拟合

  当网络学习能力比较强，训练集的数据少，训练的次数多的时候，可能会导致网络学习的过于细枝末节，造成了网络在训练集上准确率很高，在测试集上准确率急剧下降。 这个现象就是过拟合。
  例如，现在我们只想对是非人类进行判断，一个简单的是非问题。当训练集只有5张图片且5个人全是带着帽子或者眼镜。网络通过反复学习后，可能出现的情况就是，它认为必须带帽子或者眼镜的人才被认为是人，换句话说，网络的泛化能力就不行了，它没有学到人类的通用特征，而是学到了一些更细枝末节的东西，然后它以这些细节去评判是非人类，这样在测试时准确率当然会急剧下降。


如图所示，当训练集和测试集精度比较接近时，认为网络训练没有问题，它没有发生过拟合。
当测试精度与训练精度差别很大时，认为网络发生过拟合。

抑制方法

1. Dropout
2. Batch Normalization
   Dropout：神经元之间的严重依赖关系会导致网络的泛化能力不强，这会造成过拟合。dropout在训练的正向传播时会以一定的概率关闭神经元（神经元一旦被关闭，则其不可能被激活，输出一直为0），从而来增强神经元的独立工作能力，来增强神经网络的泛化能力。然后这些神经元在测试的时候又全部打开。
   Batch Normalization：对输出的特征图，对数据进行均值变为0，方差变为1的归一化。可以极大的提升训练速度，加快收敛过程。