Datawhale X 李宏毅苹果书 AI夏令营-深度学习进阶task2：自适应学习率，分类

1.自适应学习率

临界点其实不一定是在训练一个网络的时候会遇到的最大的障碍。很多时候训练网络，损失不再下降，不是因为到了临界点，而是可能在山谷之间不停震荡。

以下为不同学习率对训练的影响，下图中左右平缓，上下陡峭。学习率大时无法进入山谷，太小时左右又无法移动

1.1 AdaGrad

AdaGrad（Adaptive Gradient）是典型的自适应学习率方法，其能够根据梯度大小自动调整学习率。AdaGrad 可以做到梯度比较大的时候，学习率就减小，梯度比较小的时候，学习率就放大。

以下为公式

1.2 RMSProp

同一个参数需要的学习率，也会随着时间而改变。

其中 0 < α < 1，其是一个可以调整的超参数，用来设置权重

1.3 Adam

最常用的优化的策略或者优化器（optimizer）是Adam（Adaptive moment estimation）。Adam 可以看作 RMSprop 加上动量，其使用动量作为参数更新方向，并且能够自适应调整学习率。

1.4 学习率调度

由于bc段纵轴梯度太小，导致步伐变大，出现红圈中显现。不过步伐变大后，其会走到梯度比较大的地方。走到梯度比较大的地方后，σ会慢慢变大，更新的步伐大小会慢慢变小，从而回到原来的路线。

通过学习率调度（learning rate scheduling）可以解决这个问题。之前的学习率调整方法中 η 是一个固定的值，而在学习率调度中 η 跟时间有关。

学习率调度中最常见的策略是学习率衰减（learning rate decay），也称为学习率退火（learning rateannealing）。随着参数的不断更新，让 η 越来越小。

除了学习率下降以外，还有另外一个经典的学习率调度的方式———预热。预热的方法是让学习率先变大后变小，至于变到多大、变大的速度、变小的速度是超参数。残差网络里面是有预热的，在残差网络里面，学习率先设置成 0.01，再设置成 0.1，并且其论文还特别说明，一开始用 0.1 反而训练不好。除了残差网络，BERT 和 Transformer 的训练也都使用了预热。

2.分类

2.1分类的概念

回归是输入一个向量 x，输出 yˆ，我们希望 yˆ 跟某一个标签 y 越接近越好，y 是要学习的目标。而分类可当作回归来看，输入 x 后，输出仍然是一个标量 yˆ，要让它跟正确答案的那个类越接近越好。yˆ 是一个数字，我们可以把类也变成数字。

实际上，在做分类的问题的时候，比较常见的做法也是用独热向量表示类。

2.2 softmax

实际做分类的时候，往往会把 yˆ 通过 softmax 函数得到 y′，才去计算 y′ 跟 yˆ 之间的距离。

为什么分类过程中要加上 softmax 函数？一个比较简单的解释是，y 是独热向量，所以其里面的值只有 0 跟 1，但是 yˆ 里面有任何值。既然目标只有 0 跟 1，但 yˆ 有任何值，可以先把它归一化到 0 到 1 之间，这样才能跟标签的计算相似度。

公式如下

示例：

2.3分类损失

交叉熵更常用，当 yˆ 跟 y′ 相同时，可以最小化交叉熵的值，此时均方误差也是最小的。最小化交叉熵其实就是最大化似然（maximize likelihood）。

以下为使用最小化交叉熵的好处，交叉熵在左上角有梯度，可以移动。均方误差在左上角十分平缓，会卡住。

3.HW3(CNN)卷积神经网络-图像分类

下载代码和数据集，一键运行

git lfs install
git clone https://www.modelscope.cn/datasets/Datawhale/LeeDL-HW3-CNN.git

卷积神经网络是深度学习中的一个非常重要的分支，本作业提供了进行图像分类任务的基本范式。

• 准备数据

• 训练模型

• 应用模型

要完成一个深度神经网络训练模型的代码，大概需要完成下面的内容：

1. 导入所需要的库/工具包

2. 数据准备与预处理

3. 定义模型

4. 定义损失函数和优化器等其他配置

5. 训练模型

6. 评估模型

7. 进行预测

此范式不仅适用于图像分类任务，对于广泛的深度学习任务也是适用的。