warmup学习率训练

warmup的定义

在模型训练之初选用较小的学习率，训练一段时间之后（如：10epoches或10000steps）使用预设的学习率进行训练。

为什么使用warmup

• 因为模型的weights是随机初始化的，可以理解为训练之初模型对数据的“理解程度”为0（即：没有任何先验知识），在第一个epoches中，每个batch的数据对模型来说都是新的，模型会根据输入的数据进行快速调参，此时如果采用较大的学习率的话，有很大的可能使模型对于数据“过拟合”（“学偏”），后续需要更多的轮次才能“拉回来”；
• 当模型训练一段时间之后（如：10epoches或10000steps），模型对数据具有一定的先验知识，此时使用较大的学习率模型就不容易学“偏”，可以使用较大的学习率加速模型收敛；
• 当模型使用较大的学习率训练一段时间之后，模型的分布相对比较稳定，此时不宜从数据中再学到新特点，如果仍使用较大的学习率会破坏模型的稳定性，而使用小学习率更容易获取local optima。

常用warmup

• Constant warmup
  学习率从非常小的数值线性增加到预设值之后保持不变。但是学习率突然从小变为比较大的数值，模型的偏差可能较大。其学习率的系数如下图所示： - Linear Warmup
  学习率从非常小的数值线性增加到预设值之后，然后再线性减小。其学习率的系数如下图所示:
  
• Cosine Warmup
  学习率先从很小的数值线性增加到预设学习率，然后按照cos函数值进行衰减。其学习率系数如下图所示：
  
• Gradual Warmup
  constant warmup的不足之处在于从一个很小的学习率一下变为比较大的学习率可能会导致训练误差突然增大。于是18年Facebook提出了gradual warmup来解决这个问题，即从最初的小学习率开始，每个step增大一点点，直到达到最初设置的比较大的学习率时，采用最初设置的学习率进行训练。

"""
Implements gradual warmup, if train_steps < warmup_steps, the
learning rate will be `train_steps/warmup_steps * init_lr`.
Args:
    warmup_steps:warmup步长阈值,即train_steps
import numpy as np
warmup_steps = 2500
init_lr = 0.1  
# 模拟训练15000步
max_steps = 15000
for train_steps in range(max_steps):
    if warmup_steps and train_steps < warmup_steps:
        warmup_percent_done = train_steps / warmup_steps
        warmup_learning_rate = init_lr * warmup_percent_done  #gradual warmup_lr
        learning_rate = warmup_learning_rate
    else:
        #learning_rate = np.sin(learning_rate)  #预热学习率结束后,学习率呈sin衰减
        learning_rate = learning_rate**1.0001 #预热学习率结束后,学习率呈指数衰减(近似模拟指数衰减)
    if (train_steps+1) % 100 == 0:
             print("train_steps:%.3f--warmup_steps:%.3f--learning_rate:%.3f" % (
                 train_steps+1,warmup_steps,learning_rate))