L2正则化简单理解

\quad\quad 众所周知,L2正则化的目的是减少过拟合。训练网络过程中过拟合的直接表现就是训练集的loss不断减小而验证集的loss基本不变或震荡。
\quad\quad 究其原因,出现这种训练集的loss不断减小而验证集的loss基本不变或震荡的现象,有两种原因。一是在训练集中有噪声数据,训练网络时拟合了这些噪声数据,得到的模型比较复杂,反而对验证集的预测效果下降;二是在验证集中有噪声数据,这样也会导致验证集的loss较大。
\quad\quad L2正则化是在要优化的目标函数后面加上一项: λ 2 n ∑ i − 1 n ( w i ) 2 \frac{\lambda}{2n}\sum_{i-1}^{n}{(w_i)^2} 2nλi1n(wi)2,构成一个新的目标函数。直观的讲,新的目标函数可以让学习到的网络权重更小,模型更简单。为什么呢?加上正则化的目标函数的极值点更靠近原点,即更接近0.
\quad\quad 那么L2正则是怎样避免过拟合呢?针对上面提到的原因一:加了正则的目标函数不再仅仅着眼于优化原损失函数(例如均方误差或交叉熵损失),还要考虑到取正则项的最小,因此针对原损失函数而言,它得到的是次优解,原损失函数的值大于未加正则项时损失函数的值,避免了对原损失函数的过分优化,从而避免过拟合;针对原因二:L2正则可以减小权重w的值,从而减小验证集中的噪声项的最终干扰程度,从而减小验证集的loss。综上所述,L2正则化可以避免过拟合。

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