机器学习技法笔记-Lecture 12 Neural network

介绍神经网络的基本概念以及Backprop的推导。

 

输入为x, 首先对x做一个线性变换到s，然后对s做（通常是非线性的）变换，作为下一层的输入。如果对s也是线性的，那整个网络就是线性的，就不需要那么多层了。

对 s 经常使用的一个是双曲余弦的变换tanh

在离原点比较远的地方，它比较像阶梯函数，在接近原点的地方，接近线性函数。

 

网络的计算过程

可以分两步看，一个是算score，一个是做transform.

 

如何学习网络中的权重呢？

学习的最终目标仍然是让Ein最小，Ein可以看做是关于全部的w_ij的函数，使用梯度下降法对w_ij进行迭代。

如何计算

这里的关键一点是对s_j的偏导可以由后一层的所有s_k的偏导得来。

所以对w_ij的更新是从后向前进行的，叫做backpropagation

 

NN的最优化问题，首先不是凸优化，另外不同的初始值会让结果收敛在不同的局部最优处，对初值是比较敏感的。

如果w_ij比较大，tanh函数就会在比较靠近+-1的地方，这时候梯度变化非常小，那么更新很缓慢。

 

NN的VC维大致等于神经元乘以权重的个数.

只要神经元个数足够多，就能拟合任何函数，当然也会overfit.

 

NN的正则化

L1正则不可微，通常选用L2正则，L2是一种weight decay的方法，通常会对大的weight进行更大的shrink，小的weight进行小的shrink。这里希望能达到L1特征稀疏的效果，就采用了一种 scaled L2，在小的weight上也进行一个中等的shrink，最后这些小的weight就会消失掉。

 

另外一个正则方法是 early stopping. 进行GD的步数可以看做vc维的一个反映。可以使用validation来选择走多少步。

所有和GD有关的算法都能使用early stopping.