MachineLearningWu_4_GradientDescent

我们在上一个章节中学习了损失函数,我们的最终目的是要求得损失函数最小化的weight和bias,那么如何做到这一点呢,我们引入梯度下降算法,

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请注意,对于Linear Regression + MSE,你得到的J(w, b)和w, b的图必然是一个如大碗状的凸函数,而策略Gradient Descent只是决定你该如何下降到这个最低点。但是对于别的模型,你的损失函数图可能会存在多个局部最优点,你会去往哪个最低点,这往往取决于你的起始点(权重初始化)和baby-step大小(learning rate),如下,

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我们将上面的下降过程通过数学表达式的方式来呈现,我们的结果如下,偏微分部分决定了下降方向,alpha决定了步子的大小。需要注意到是,我们的W和b是同步更新的,即在计算b时我们使用的是未更新的W。

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为了对GD中的偏导数有一个更直观的理解,我们同样将bias=0,然后观察weight在GD中的变化,我们发现初始点不论是在最低点的左侧或者右侧,GD算法都很好地做到了他应该做的事情:将J(W)下降到最小

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接下来我们将重点探讨一下Learning Rate学习率带来的变化。如果Learing rate选取的太小,那么收敛地会很慢;如果Learning rate选取的太大,那么可能会fail to converge无法收敛,

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而局部最优解的存在更是破坏性的,这会使得你的导数在局部最优解时无法进行移动,始终保持在局部最优解。

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接下来我们将会把上面学习到的知识全部结合起来,即我们使用Linear R的model,使用MSE的策略,使用Grandient D的算法。

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在Gradient D中我们需要求取偏导,对于w和b的偏微分的求取过程如下,

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当我们采用Linear R作为模型,而使用MSE作为策略时,我们的J函数永远都是Convex func,如下,

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而整个梯度下降法的拟合过程如下所示,

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但是往往我们并不会选取全部的数据进行训练,我们会使用一个Batch的数据进行训练,于是有了BGD或者mini-BGD,如下,

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