防止过拟合(NN/CNN)

文章目录

  • 前言
  • 方法一:损失函数添加正则项
    • 1. 正则项有哪些呢?
    • 2. 这么多正则项,如何选择呢?
      • weight之和 与 weight平方
  • 方法二:刻意丢掉一些节点
  • 方法三:在过拟合前停止训练
  • 方法四:交叉验证

前言

防止过拟合的方法很简单,这里列出几种以供参考。

方法一:损失函数添加正则项

1. 正则项有哪些呢?

L1 norm
∣ ∣ w ∣ ∣ 1 = Σ ∣ w i ∣ ||w||^1 = \Sigma{|w_i|} w1=Σwi

L2 norm
∣ ∣ w ∣ ∣ 2 = Σ ∣ w i ∣ 2 ||w||^2 = \sqrt{\Sigma_{|w_i|^2}} w2=Σwi2

普遍化之后就是Lp norm
∣ ∣ w ∣ ∣ p = Σ ∣ w i ∣ p p ||w||^p = \sqrt[p]{\Sigma_{|w_i|^p}} wp=pΣwip

2. 这么多正则项,如何选择呢?

weight之和 与 weight平方

weight之和会使得较小的weight重点受到惩罚
weight平方会使得较大的weight重点受到惩罚

原因很简单,在loss function中,某一项的值越大,该项收到的惩罚越大。平方后,越大的值会变得更大,而求和没有这个特征。于是,这两种做法相比较,就得到了上面这个结论。

实际实践过程中,为了避免过拟合,我们希望尽可能消去一些weights,所以我们选择的是方法二:求和,使得更小的weights受到更多的惩罚。

方法二:刻意丢掉一些节点

在某一层中,随机丢掉一些节点,即将该层中,和某些节点的所有连接权重为0。

Tensorflow中有专门的函数tf.keras.layers.Dropout(p=?)。其中,参数p代表丢掉的节点占全部节点的比例。具体的细节较为复杂,可以参考Tensorflow的API文档。

Dropout是一种计算开销较小的方法(每次更新只有O(n)的复杂度),但是能够很有效的让模型更为稀疏,也就是会得到一个更简单的模型,从而有效减小过拟合。

可以用于几乎任何distrubuted representation的网络。

方法三:在过拟合前停止训练

想要监测训练过程从而发现并及时停止训练从而防止过拟合,可以利用Tensorflow Dashboard之类的工具。

方法四:交叉验证

把数据集等分为几份,比如3份(A,B和C),然后分别把他们作为训练集和校验集。这种方法也叫k-fold

举个例子:

批次 训练集 校验集
1 A B C
2 A C B
3 B C A

或者每次忽略一部分

批次 训练集 忽略的部分
1 A B C
2 A C B
3 B C A

不过一般被忽略的部分占比较小。

这种方法可以使得训练的结果更具有普遍性,从而能够更好的适应未来没见过的数据。

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