深度学习笔记总结(2) 改善深层神经网络:超参数调试、 正则化以及优化

1 第一周 深度学习的实用层面

1.1 训练集、验证集、测试集

• 训练集 用来训练模型内参数的数据集
• 验证集 用于在训练过程中检验模型的状态、收敛情况。 验证集通常用于调整超参数，根据几组模型验证集上的表现决定哪组超参数拥有最好的性能。同时也可以用评价指标评估模型、比如准确率、召回率、平均误差。
• 测试集 用于评估模型的泛化能力

在机器学习中，我们通常将样本分成训练集，验证集和测试集三部分，数据 集规模相对较小，适用传统的划分比例，数据集规模较大的，验证集和测试集要小于数据总 量的 20%或 10%。

reference：https://zhuanlan.zhihu.com/p/35394638

1.2 偏差、方差

• 偏差 偏差是指模型的预测值期望与我们试图预测的正确值之间的差异。具有高偏差的模型很少关注训练数据并且过度简化模型。它总是导致训练和测试数据的差别很大。

• 方差 描述的是通过学习拟合出来的结果自身的不稳定性。具有高差异的模型非常注重训练数据，并且没有概括它以前从未见过的数据。结果，这些模型在训练数据上表现很好，但在测试数据上具有高错误率。

• 高方差：过拟合；高偏差：欠拟合

• 方差、偏差均衡

如果我们的模型太简单并且参数很少，那么它可能具有高偏差和低方差。另一方面，如果我们的模型具有大量参数，那么它将具有高方差和低偏差。因此，我们需要找到正确/良好的平衡，而不会过度拟合和欠拟合数据。 真实值y与预测值f(X)之间的关键词，e数据本身的噪音带来的 为误差项，符合均值为0的正态分布。

我们引入均方误差，最优化均方误差即可找到方差和偏差的最优平衡点：

为了建立一个好的模型，我们需要在偏差和方差之间找到一个很好的平衡点，以便最大限度地减少总误差。

reference: Understanding the Bias-Variance Tradeoff 谈谈 Bias-Variance Tradeoff

1.3 正则化

1.4 dropout正则化

1.5 数据扩增

通过扩增训练数据来解决过拟合，但扩增数 据代价高，而且有时候我们无法扩增数据，但我们可以通过添加这类图片来增加训练集。例 如，水平翻转图片，并把它添加到训练集。

1.6 early stopping

1.7 归一化输入

训练神经网络，其中一个加速训练的方法就是归一化输入。归一化需要两个步骤: 1.零均值；2.归一化方差。