DeepLearning初窥门径

说明：　最近在看Ng的DL课程，感觉说的非常好，浅显易懂！

　　　　本来打算记录一下自己的学习过程，网上几个大神总结的太完美了，根本没必要自己去写了，而且浪费时间~~

 

网易地址：http://mooc.study.163.com/course/2001281002?tid=2001392029#/info，我是用1.75倍的速度看的，可能之前看过ML的缘故吧，就感觉很简单了。

大神博客地址：http://kyonhuang.top/Andrew-Ng-Deep-Learning-notes/#/

 

　　　　　　    https://redstonewill.github.io/2018/03/29/39/

 　　　　　　   http://binweber.top/2017/09/28/deep_learning_3/

　　　　　　　https://zybuluo.com/hanbingtao/note/541458

后面干脆不看视频了，还是有点慢了。

现在直接看别人笔记，代码撸起来，最后TF去搭建框架。。。

 

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难点记录一：

　　改善深层神经网络，其中的动量V的如何引入？

　　首先理解一下物理中动量的相关概念，M₁V₁ = M₂V₂动量守恒定律，说的就是速度带有方向性，当质量不变的时候（别想爱因斯坦的光速，就想牛顿世界），速度在某一个方向上是守恒的，在进一步说明了速度的方向性（矢量）。

　　再说一下这个速度V怎么去求解的？其实速度就是θ的梯度dθ，初始的速度V₁=dθ₁，第一步的V₁和V₂相同（方向和大小），所以第一步走的很远，之后就按照公式去计算了，后面的就不说了，直接看Ng的文档~~

难点记录二：

　　加速神经网络训练的几种方法联系和由来？

　　这里本来自己已经明白了，还是组织语言没有莫凡大神的好，干脆直接引用他的话来叙述吧！

　　下面一张图描述了各种加速算法路径，这里我们不讨论每个算法的改进，如：正则化，归一化，惩罚因子，局部全局等

 

　　Momentum动量更新法：

　　大多数其他途径是在更新神经网络参数那一步上动动手脚. 传统的参数 W 的更新是把原始的 W 累加上一个负的学习率(learning rate) 乘以校正值 (dx). 这种方法可能会让学习过程曲折无比, 看起来像 喝醉的人回家时, 摇摇晃晃走了很多弯路.

　　所以我们把这个人从平地上放到了一个斜坡上, 只要他往下坡的方向走一点点, 由于向下的惯性, 他不自觉地就一直往下走, 走的弯路也变少了. 这就是 Momentum 参数更新. 

　　补充：说白了就是加入了上一次权重W的作用（也可以说是上一次的梯度，因为权重就是梯度计算来的），因为不能总看当下，也要适当的回顾！这里的回顾是利用加减进行的！

　　AdaGrad：

　　这种方法是在学习率上面动手脚, 使得每一个参数更新都会有自己与众不同的学习率, 他的作用和 momentum 类似, 不过不是给喝醉酒的人安排另一个下坡, 而是给他一双不好走路的鞋子, 使得他一摇晃着走路就脚疼, 鞋子成为了走弯路的阻力, 逼着他往前直着走. 他的数学形式是这样的. 接下来又有什么方法呢? 如果把下坡和不好走路的鞋子合并起来, 是不是更好呢? 没错, 这样我们就有了 RMSProp 更新方法.

　　补充：其实这里还是看了上一次的梯度，不过这是运用的是乘除进行的！

　　RMSProp 更新方法：

　　有了 momentum 的惯性原则 , 加上 adagrad 的对错误方向的阻力, 我们就能合并成这样. 让 RMSProp同时具备他们两种方法的优势. 不过细心的同学们肯定看出来了, 似乎在 RMSProp 中少了些什么. 原来是我们还没把 Momentum合并完全, RMSProp 还缺少了 momentum 中的 这一部分. 所以, 我们在 Adam 方法中补上了这种想法.

　　Adam更新方法：

　　计算m 时有 momentum 下坡的属性, 计算 v 时有 adagrad 阻力的属性, 然后再更新参数时 把 m 和 V 都考虑进去. 实验证明, 大多数时候, 使用 adam 都能又快又好的达到目标, 迅速收敛. 所以说, 在加速神经网络训练的时候, 一个下坡, 一双破鞋子, 功不可没.

　　总结：说白了每个优化算法都是利用梯度，只不过利用梯度的方式不同，有人会问既然都是利用W去做优化，为什么还有那么多区别呢？你如果看到PID算法就知道了，对于一个误差可以用 比例/积分/微分 去做，但是结果却不一样。废话不多说，这里需要自己理解一下。 

难点记录三：

　　resnet（残差网络）的作用及由来？

　　这个问题网上说的都是一知半解，我也看了很久的资料才大概了解一点。

　　先看以下的两篇文章，了解一下工作机理及来龙去脉：

　　　　　　　　　　　　　　　　https://www.zhihu.com/question/53224378，

　　　　　　　　　　　　　　　　https://www.jianshu.com/p/e58437f39f65，

　　通俗易懂的解释：

　　　　1.社会越来越复杂，越复杂的东西越能证明一个人的智慧。那么神经网络的的层数越多，越能解决复杂的问题（运用的特征越多），这一点毋庸置疑吧？那么我们是不是可以理解，越多层的神经网络计算的精度越好呢？答案是否定的，实验证明层数达到一定范围精度就会下降，物极必反~~

　　　　2.那能不能这样，比如100层的网络可以很好的解决一个问题，假设精度为0.01.那我现在用了250层的网络，前面100层参数和之前的100层一样，后面150层直接用恒等函数y=x，完美解决？实验证明这样不行的，层数太多了，去拟合150个y=x难度很大。

　　　　3.当然作者还通过BN去减少梯度消逝的现象，效果很不明显。

　　　　4.我们回顾2和3提出的问题，首先不是数据的原因（BN没办法解决），再次和层数关系不是根本原因（理论说明层数越多，效果应该越好才对），最后查看3提出的问题，拟合150个y=x难度太大？既然不是数量原因，那就是y=x太难拟合了吗？

　　　　5.试着降低拟合难度，降低到y=k（k为一个常数），降低到y=0  ？如果这两个函数再拟合不出来，那就没办法了~~

　　　　6.我们的目的是拟合到y = x ，现在中间加一个 y = p + x , 那么我们现在的目的就是让p=0就可以了。实验证明效果很好~~

　　周密解释：

　　　　假设有一个大型神经网络，其输入为 X，输出为 a[l]。给这个神经网络额外增加两层，输出为 a[l+2]。将这两层看作一个具有跳远连接的残差块。为了方便说明，假设整个网络中都选用 ReLU 作为激活函数，因此输出的所有激活值都大于等于 0。　　　　

　　　　则有：

 

　　　　当发生梯度消失时，，，则有：

因此，这两层额外的残差块不会降低网络性能。而如果没有发生梯度消失时，训练得到的非线性关系会使得表现效果进一步提高。

注意，如果与  的维度不同，需要引入矩阵 Ws与  相乘，使得二者的维度相匹配。参数矩阵 Ws既可以通过模型训练得到，也可以作为固定值，仅使  截断或者补零。

上图是论文提供的 CNN 中 ResNet 的一个典型结构。卷积层通常使用 Same 卷积以保持维度相同，而不同类型层之间的连接（例如卷积层和池化层），如果维度不同，则需要引入矩阵 Ws。

难点记录四：

　　为什么ReLu比Sigmoid好？为什么不能全部用Relu？

　　1.首先我们解决第一个问题，从计算量和优化效果去理解！

　　从上面的两幅图可以看出，ReLu函数的导数很简单，而且倒数为1很容易计算，而Sigmoid在(X，Y)处的导数接近于0 ，给梯度下降计算带来麻烦，也容易陷入局部最优！

　　好了？我们再来回答第二个问题~~

　　2.学到后面的问题时候，我们可以分类问题花费两类：A.单分类。B.多分类。

　　单分类：

　　多分类：