跟李沐学AI：实用机器学习 | 第九章

9.1 模型调参

手动调参

从一个好的基线开始，从工具包或者论文中的设置选择起始参数。

每次调一个超参数的值，观察性能变化。

虽然SGD在参数调得好的情况下模型效果会优于Adam，但是Adam相比于SGD，相对来说对超参数没那么敏感，调参方便一些。

记录所有训练日志和超参数，工具：TensorBoard，weights&bias

重复实验很难，因为：①环境 ②代码 ③随机性（随机种子）

自动调参Automated Machine Learning AutoML

Hyperparameter optimization(HPO)、Neural architecture search(NAS)

9.2 超参数优化HPO

搜索空间

HPO算法：black box or multi-fidelity

• 黑盒：把训练任务当做一个黑盒
• multi-fidelity：修改训练任务加速搜索 ①训练采样到的小数据集 ②减小模型尺寸（更少的层数、通道） ③早期停止 

  

Black box

Grid search：穷举，评估所有的组合，可以找到最好的结果，但是会遭受维度灾难

 

Random search：尝试n个随机组合，比Grid search更高效（最常用！！）

 

n的选择可以通过运行时间、best_result的变化来选，觉得OK了就可以停止

Bayesian optimization (BO)：迭代地学习从超参数到目标函数之间的映射

• 代理模型surrogate model：估计目标函数和超参数的关系，如概率回归模型，随机森林、高斯过程……
• 获取函数acquisition function：acquisition高意味着不确定性高，根据获取函数采样下一轮尝试的超参数。Trade off exploration and exploitation（探索和利用之间的权衡)
• limitation：早期和随机搜索差不多，后期效果好一些；优化过程是串行的。

Multi-Fidelity

Successive Halving：选取n个超参数，每个超参数训练m个epoch (n>m)，留下最好的n/2个超参数再训练m个epoch，留下(n/2)/2个超参数再训练2m个epoch…… 直到只剩下最后1-2个超参数。（训练任务减半，训练时间翻倍）基于预算选取n和m。

Hyperband：多跑几次Successive Halving

9.3 网络架构搜索NAS

一个神经网络有不同类型的超参数：拓扑结构(layers)，单层参数(kernel_size, channels, hidden_outputs)

NAS使神经网络的设计自动化：定义搜索空间、搜索空间搜索策略、性能估计

NAS with Reinforcement Learning

The One-shot Approach：既训练框架，又训练模型参数（常用的是DARTS）

• 可微的架构搜索Differentiable architecture search

 

Scaling CNNs

CNN可以从三个方面进行调整：更多层(Deeper)、更多输出通道(Wider)、增加输入图片像素(Larger inputs)

EfficientNet：提出了一种综合调整方法

ps：FLOP，计算复杂度

研究方向

• NAS结果的可解释性
• 嵌入边缘设备的搜索架构：边缘设备的数据隐私性、处理器多样性、能耗限制。最小化模型损失和硬件延迟

• 做一些扩展使机器学习更加自动化