7 深度學(xué)習(xí)中的正則化

1 參數(shù)泛數(shù)懲罰

1.1. L^2參數(shù)正則化
通常被稱為權(quán)重衰減的 L^2參數(shù)泛數(shù)懲罰。這個正則化策略通過向目標函數(shù)添加一個正則項Ω(θ)=\frac{1}{2}||w||_2^2犯犁,使權(quán)重更接近原點。
只有在顯著減小目標函數(shù)方向上的參數(shù)會保留的相對完好变逃。對于無助于目標函數(shù)見效的方向(對應(yīng)Hessian矩陣較小的特征值)上改變參數(shù)不會顯著增加梯度郑气,這種不重要方向上對應(yīng)的分量會在訓(xùn)練過程中因正則化而衰減掉。
L^2正則化能讓學(xué)習(xí)算法感知到具有較高方差的輸入x乌昔,因此與輸出目標的協(xié)方差較小(也就是相關(guān)性不大)的特征的權(quán)重將會收縮隙疚。
1.2.L^1參數(shù)正則化
L^1為各個參數(shù)的絕對值之和,其定義如下:Ω(θ)=||w||_1=\sum_i|w_i|
相比L^2正則化磕道,L^1正則化會產(chǎn)生更稀疏的解供屉。此處稀疏性是指的是最優(yōu)值中的一些參數(shù)為0。由L^1正則化導(dǎo)出的稀疏性質(zhì)已經(jīng)被廣泛地用于特征選擇機制捅厂。

2 作為約束的范數(shù)懲罰

在4.4節(jié)中贯卦,構(gòu)造廣義的拉格朗日函數(shù)來最小化帶約束的函數(shù)资柔,即在原始的目標函數(shù)上添加一系列的懲罰項焙贷,如果我們想約束Ω(θ)小于k,則拉格朗日函數(shù)可以寫成:

lagrange with kkt

要優(yōu)化(調(diào)整)的參數(shù):θ和α贿堰,θ也就是w辙芍,α是權(quán)重衰減系數(shù),α在Ω(θ)>k時必須增加羹与,在Ω(θ)<k時必須減小故硅。所有正值的α都鼓勵Ω(θ)收縮。最優(yōu)值a^*也鼓勵Ω(θ)收縮纵搁,但不會強到使得Ω(θ)小于k吃衅。

如果Ω是一個L^2范數(shù),則權(quán)重被限制在一個L^2球里面腾誉;如果Ω是一個L^1范數(shù)徘层,則權(quán)重被限制在一個L^1范數(shù)限制的區(qū)域中利职。

顯式約束和投影:
對于每一個不同的α趣效,都尋找與此對應(yīng)的k,文中的方法時:先計算J(θ)的下降步猪贪,然后將θ投影到滿足Ω(θ)<k的最近點跷敬。
好處:1.懲罰可能會導(dǎo)致目標函數(shù)非凸,從而陷入局部極小值热押。2.重投影的顯示約束使優(yōu)化過程增加了一定的穩(wěn)定性西傀。

Frobenius范數(shù):


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