神经网络基础-神经网络补充概念-48-rmsprop

概念## 标题

RMSProp（Root Mean Square Propagation）是一种优化算法，用于在训练神经网络等机器学习模型时自适应地调整学习率，以加速收敛并提高性能。RMSProp可以有效地处理不同特征尺度和梯度变化，对于处理稀疏数据和非平稳目标函数也表现良好。

核心思想

RMSProp的核心思想是根据参数梯度的历史信息自适应地调整每个参数的学习率。具体来说，RMSProp使用指数加权移动平均（Exponential Moving Average，EMA）来计算参数的平方梯度的均值，并使用该平均值来调整学习率。

步骤

1初始化参数：初始化模型的参数。

2初始化均方梯度的移动平均：初始化一个用于记录参数平方梯度的指数加权移动平均变量，通常初始化为零向量。

3计算梯度：计算当前位置的梯度。

4计算均方梯度的移动平均：计算参数平方梯度的指数加权移动平均，通常使用指数加权平均公式。

moving_average = beta * moving_average + (1 - beta) * gradient^2

其中，beta 是用于计算指数加权平均的超参数

5更新参数：根据均方梯度的移动平均和学习率，更新模型的参数。

parameter = parameter - learning_rate * gradient / sqrt(moving_average + epsilon)

其中，epsilon 是一个小的常数，防止分母为零。

6重复迭代：重复执行步骤 3 到 5，直到达到预定的迭代次数（epochs）或收敛条件。

代码实现

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成随机数据
np.random.seed(0)
X = 2 * np.random.rand(100, 1)
y = 4 + 3 * X + np.random.randn(100, 1)

# 添加偏置项
X_b = np.c_[np.ones((100, 1)), X]

# 初始化参数
theta = np.random.randn(2, 1)

# 学习率
learning_rate = 0.1

# RMSProp参数
beta = 0.9
epsilon = 1e-8
moving_average = np.zeros_like(theta)

# 迭代次数
n_iterations = 1000

# RMSProp优化
for iteration in range(n_iterations):
    gradients = 2 / 100 * X_b.T.dot(X_b.dot(theta) - y)
    moving_average = beta * moving_average + (1 - beta) * gradients**2
    theta = theta - learning_rate * gradients / np.sqrt(moving_average + epsilon)

# 绘制数据和拟合直线
plt.scatter(X, y)
plt.plot(X, X_b.dot(theta), color='red')
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('y')
plt.title('Linear Regression with RMSProp Optimization')
plt.show()

print("Intercept (theta0):", theta[0][0])
print("Slope (theta1):", theta[1][0])