在神经网络的训练过程中,我们一般会将输入样本特征进行归一化处理,使数据变为均值为0,标准差为1的分布或者范围在0~1的分布。因为当我们没有将数据进行归一化的话,由于样本特征分布较散,可能会导致神经网络学习速度缓慢甚至难以学习。
上图中样本特征的分布为椭圆,当用梯度下降法进行优化学习时,其优化过程将会比较曲折,需要经过好久才能到达最优点。
上图中样本特征的分布为比较正的圆,当用梯度下降法进行优化学习时,其有过的梯度方向将往比较正确的方向走,训练比较快就到达最优点。
但是我们以前在神经网络训练中,只是对输入层数据进行归一化处理,却没有在中间层进行归一化处理。要知道,虽然我们对输入数据进行了归一化处理,但是输入数据经过σ(WX+b)σ(WX+b)这样的矩阵乘法以及非线性运算之后,其数据分布很可能被改变,而随着深度网络的多层运算之后,数据分布的变化将越来越大。如果我们能在网络的中间也进行归一化处理,是否对网络的训练起到改进作用呢?答案是肯定的。
这种在神经网络中间层也进行归一化处理,使训练效果更好的方法,就是批归一化Batch Normalization(BN)。BN在神经网络训练中会有以下一些作用:
既然BN这么厉害,那么BN究竟是怎么样的呢?
BN可以作为神经网络的一层,放在激活函数(如Relu)之前。BN的算法流程如下图:
上述是BN训练时的过程,但是当在投入使用时,往往只是输入一个样本,没有所谓的均值μβμβ的无偏估计得到。
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近年来深度学习捷报连连,声名鹊起,随机梯度下架成了训练深度网络的主流方法。尽管随机梯度下降法,将对于训练深度网络,简单高效,但是它有个毛病,就是需要我们人为的去选择参数,比如学习率、参数初始化等,这些参数的选择对我们的训练至关重要,以至于我们很多时间都浪费在这些的调参上。那么学完这篇文献之后,你可以不需要那么刻意的去调整学习率这些参数。就像什么激活函数层、卷积层、全连接层一样,
研读:Batch Normalization: Acceleration Deep Network Training by Reducing Internal Covariate Shift 1.批量正则化简要介绍 1.1 相关背景知识:深度学习 我们知道,神经网络是如图所示的结构,具有输入层、输出层以及中间的隐含层。种树最好的时间是10年前,其次是现在!