深度学习中的dropout原理

1. 为什么要引入dropout

  • 解决过拟合问题:模型参数太多,训练样本往往是高维小样本数据,训练出来的模型容易产生过拟合现象。过拟合的具体表现:模型在训练数据上损失函数较小,预测准确率较高;但是在测试数据上损失函数较大,准确率低

  • 减少训练模型的处理时间:解决过拟合往往会采用集成算法,即训练多个模型进行组合。是很浪费时间

2. 什么是Dropout
训练深度神经网络向前传播的时候,让某个神经元的激活值以一定的概率P停止工作,使得模型的泛化能力更强,因为它不会太依赖于某些局部的特征
深度学习中的dropout原理_第1张图片
3. Dropout工作流程以及使用
深度学习中的dropout原理_第2张图片
输入是x输出是y,正常的流程是:我们首先把x通过网络前向传播,然后把误差反向传播以决定如何更新参数让网络进行学习。使用Dropout之后,过程变成如下:

(1)首先随机(临时)删掉网络中一半的隐藏神经元,输入输出神经元保持不变(图3中虚线为部分临时被删除的神经元)
(2) 然后把输入x通过修改后的网络前向传播,然后把得到的损失结果通过修改的网络反向传播。一小批训练样本执行完这个过程后,在没有被删除的神经元上按照随机梯度下降法更新对应的参数(w,b)。
深度学习中的dropout原理_第3张图片
(3)然后继续重复这一过程:
. 恢复被删掉的神经元(此时被删除的神经元保持原样,而没有被删除的神经元已经有所更新)
. 从隐藏层神经元中随机选择一个一半大小的子集临时删除掉(备份被删除神经元的参数)。
. 对一小批训练样本,先前向传播然后反向传播损失并根据随机梯度下降法更新参数(w,b) (没有被删除的那一部分参数得到更新,删除的神经元参数保持被删除前的结果)。

4. Dropout在神经网络中的具体应用

  • 训练模型阶段
    -深度学习中的dropout原理_第4张图片
    没有Dropout的网络计算公式:
    在这里插入图片描述
    . 采用Dropout的网络计算公式:
    深度学习中的dropout原理_第5张图片
    上面公式中Bernoulli函数是为了生成概率r向量,也就是随机生成一个0、1的向量。

    代码层面实现让某个神经元以概率p停止工作,实际上就是他的激活函数值以概率P变成0.比如某一层网络神经元的个数为1000,其激活函数输入为y1y2…y1000,dropout比率选择0.4,那么该层神经元经过dropout后,1000个神经元中大约有400个神经元会被置为0

  • 测试模型阶段
    每个神经元的权重参数要乘以概率P
    在这里插入图片描述

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