全连接网络训练中的优化技巧（个人笔记）

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全连接网络训练中的优化技巧

欠拟合：
       根本原因是特征维度过少，模型过于简单，导致拟合的函数无法满足训练集，误差较大。
       解决方法：增加特征维度，增加训练数据；
过拟合：
       根本原因是特征维度过多，模型假设过于复杂，参数过多，训练数据过少，噪声过多，导致拟合的函数完美的预测训练集，但对新数据的测试集预测结果差。 过度的拟合了训练数据，而没有考虑到泛化能力。
       避免过拟合常用的方法：

early stopping: 在发生过拟合之前提前结束训练；理论上是可以，但这一点不好把握。数据集扩增：就是让模型见到更多的情况，可以最大化的满足全样本，但是实际应用中对未来事件的预测却显得鞭长莫及。正则化：是通过引入范数概念，增强模型的泛化能力，包括L1、L2dropout：使网络模型的一种方法，每次训练是舍去一些节点来增强泛化能力。

后两种重点介绍：
1.正则化：
       就是在神经网络计算损失值的过程中，在损失值再加一项。

L1：所有学习参数w的绝对值的和L2：所有学习参数w的平方和然后求平方根

其中，less(0)代表真实的loss值，它后面的那一项就代表正则化了，入为一个可以调节的参数，用来控制正则化对loss的影响。
       对于L2将其乘以1/2是为了反向传播是=时对其求导正好将数据规整。

注意：上面的公式记不记不是很重要，因为tensorflow已经有封装好的函数拿来直接用

# t为权重w

reg = 0.01 #入为0.01 loss=tf.reduce_mean((y_pred-y)**2)+tf.nn.l2_loss(weights['h1'])*reg+tf.nn.l2_loss(weights['h2'])*reg train_step = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate).minimize(loss)12

2.dropout:
       在训练过程中每次随机选择一部分节点不要去“学习”。
       这是因为，数据本身是不可能很纯净，即任何一个模型不能100%把数据完全分开，再某一类中一定会有异常数据，过拟合的问题恰恰是把这些异常数据当成规律来学习了。

注意：
       由于dropout让一部分节点不去学习，所以在增加模型的泛化能力的同时，会使学习速度降低，使模型不太容易学成，所以在使用过程需要合理的调节到底丢掉多少节点，不是越多越好。


在构建一层网络时dropout一下，然后将dropout后的传入第二层。

layer_1 = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(x, weights['h1']), biases['h1'])) keep_prob = tf.placeholder("float") layer_1_drop = tf.nn.dropout(layer_1, keep_prob) layer2 =tf.add(tf.matmul(layer_1_drop, weights['h2']),biases['h2']) y_pred = tf.maximum(layer2,0.01*layer2)123456

然后将舍去多少节点的值传入（因为这里使用的是占位符定义keep_prob）。

_, loss_val = sess.run([train_step, loss], feed_dict={x: X, y: Y,keep_prob:0.6})

最后测试的时候记得更改keep_prob为1。

print ("loss:\n", sess.run(loss, feed_dict={x: xTrain, y: yTrain,keep_prob:1.0}))

#延伸

基于退化学习率dropout技术来拟合异或数据

从上面的结果看，损失值在10000时是0.08，后来又涨到0.09，尤其在最后几次，出现了抖动，这表明后期的学习率有点大了

使用退化学习率：

global_step = tf.Variable(0, trainable=False) decaylearning_rate = tf.train.exponential_decay(learning_rate, global_step,1000, 0.9) #train_step = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate).minimize(loss) train_step = tf.train.AdamOptimizer(decaylearning_rate).minimize(loss,global_step=global_step)123

在使用优化器的代码部分添加decaylearning_rate，设置总步数为20000，每执行1000步，学习率缩减0.9，如上述代码。

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