模型优化方法

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引入概念(可以反向传播去推导):

sigmoid

tanh

以上问题解决

Relu

通过调整学习率缓解Dead  Relu Problem

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引入概念(可以反向传播去推导):

每一层的梯度都与它当前层数接收到的数据相关，除此之外，层数越往前，和梯度相关的因素就越多(后面层数的梯度  与   后面层接收到的数据经过目标函数的导函数   的  累乘将越多)，这里累乘意味着当相关因素大于1的时候，前几层的梯度会比较大，小于一时，会非常小，对后几层的影响会越来越小。过大过小的情况，分别被称为，梯度爆炸和梯度消失。

sigmoid

左图为sigmoid函数图像，右图为导函数图像，对于sigmoid激活函数，其导函数最大值为0.25，在累乘情况下有可能出现梯度消失的现象。

如果sigmoid函数接收到的值处于饱和状态(非常大或非常小)，此时导函数取值趋近于零，则更容易导致模型梯度消失。此时对于复杂模型而言，看似层数很多，但前几层的梯度非常小，因此梯度更新慢，学习能力较弱，单纯的增加层数也无法得到更好的效果。

tanh

 对与tanh函数，因为函数可以输出负值，则可以输入零均值的数据，就意味着导函数接受到的结果也可能在0附近，此时导函数取得最大值1，也保证后续层接受到的数据为零均值的数据(Zero-centered Data)，可有效避免梯度消失的情况。

梯度和导函数关系如下:

但是，如果梯度更新中，出现个别参数，较大的情况，则更新过程会出现波动，一部分更新很快，一部分得不到更新，出现梯度爆炸(梯度不平稳)的情况

以上问题解决

 无论是梯度爆炸还是梯度消失，都属于梯度不平稳的现象，解决此现象，一般有:参数初始化方法，数据的归一化方法，衍生激活函数使用方法，学习率调度方法和梯度下降方法。这些方法都有一个基本的理论:glorot条件

通过之前的经验，要让梯度有一个稳定的变化，核心是激活函数的导数值尽可能区最大值，也就是输入数据为Zero-centered Data。输入数据一般为X*w，X可以用归一化方法处理，关键在于w如何变为Zero-centered Data(一般w会给到网络自动生成)。对于w，明确的一点是它的均值为0，而方差的确定需要满足glorot条件，即:正向传播时，每个线性层输入数据的方差等于输出数据的方差，同时，反向传播时，数据流经某层之前和流经某层之后该层的梯度也具有相同的方差。(主要围绕tanh函数的优化)

Relu

relu函数的累乘不会出现梯度爆炸或者梯度消失的现象，但由于其部分数值归零的特性，会出现Dead  Relu Problem(神经元活性失效) 问题。

根据上面的导函数图像性质，当输入数据为负时，会存在导函数取值为零，则后续梯度的累乘过程中都为零，此时梯度无法更新。

通过调整学习率缓解Dead  Relu Problem

当迭代次数越多，越容易陷入我们梯度全为零的问题中，而较小的学习率就以为更小的步长，此时模型更加保守，更加不容易走到梯度为零的位置，而更小的梯度则需要更多的迭代次数(迭代次数与计算量有关)，但relu函数的计算量相对于前两个函数来说较小，不会有显著提升(初始化输入的数据不能让梯度为零)。

而只要不出现神经元活性失效问题，则导函数取值都为一，梯度的取值也会更加平稳，不会出现梯度爆炸或者消失的现象。小批量梯度下降中，可能会出现一批数据输出是零的情况，此时，梯度是不更新的，而不为零，则为一。