算法工程師須知的十個(gè)煉丹trick

導(dǎo)讀

如何提高煉丹速度？本文總結(jié)了算法工程師須知的十個(gè)煉丹trick，附有相關(guān)代碼，可直接上手。

Focal Loss

針對類別不平衡問題，用預(yù)測概率對不同類別的loss進(jìn)行加權(quán)。Focal loss對CE loss增加了一個(gè)調(diào)制系數(shù)來降低容易樣本的權(quán)重值，使得訓(xùn)練過程更加關(guān)注困難樣本。

loss = -np.log(p) loss = (1-p)^G * loss

Dropout

隨機(jī)丟棄，抑制過擬合，提高模型魯棒性。

Normalization

Batch Normalization 于2015年由 Google 提出，開 Normalization 之先河。其規(guī)范化針對單個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行，利用網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)一個(gè) mini-batch 的數(shù)據(jù)來計(jì)算該神經(jīng)元的均值和方差,因而稱為 Batch Normalization。

x = (x - x.mean()) / x.std()

relu

用極簡的方式實(shí)現(xiàn)非線性激活，緩解梯度消失。

x=max(x,0)

Cyclic LR

每隔一段時(shí)間重啟學(xué)習(xí)率，這樣在單位時(shí)間內(nèi)能收斂到多個(gè)局部最小值，可以得到很多個(gè)模型做集成。

scheduler=lambdax:((LR_INIT-LR_MIN)/2)*(np.cos(PI*(np.mod(x-1,CYCLE)/(CYCLE)))+1)+LR_MIN

With Flooding

當(dāng)training loss大于一個(gè)閾值時(shí)，進(jìn)行正常的梯度下降；當(dāng)training loss低于閾值時(shí)，會反過來進(jìn)行梯度上升，讓training loss保持在一個(gè)閾值附近，讓模型持續(xù)進(jìn)行“random walk”，并期望模型能被優(yōu)化到一個(gè)平坦的損失區(qū)域，這樣發(fā)現(xiàn)test loss進(jìn)行了double decent。

flood=(loss-b).abs()+b

Group Normalization

Face book AI research（FAIR）吳育昕-愷明聯(lián)合推出重磅新作Group Normalization（GN），提出使用Group Normalization 替代深度學(xué)習(xí)里程碑式的工作Batch normalization。一句話概括，Group Normbalization（GN）是一種新的深度學(xué)習(xí)歸一化方式，可以替代BN。

def GroupNorm(x, gamma, beta, G, eps=1e-5): # x: input features with shape [N,C,H,W] # gamma, beta: scale and offset, with shape [1,C,1,1] # G: number of groups for GN N, C, H, W = x.shape x = tf.reshape(x, [N, G, C // G, H, W]) mean, var = tf.nn.moments(x, [2, 3, 4], keep dims=True) x = (x - mean) / tf.sqrt(var + eps) x = tf.reshape(x, [N, C, H, W])returnx*gamma+beta

Label Smoothing

abel smoothing將hard label轉(zhuǎn)變成soft label，使網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化更加平滑。標(biāo)簽平滑是用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）的有效正則化工具，該工具通過在均勻分布和hard標(biāo)簽之間應(yīng)用加權(quán)平均值來生成soft標(biāo)簽。它通常用于減少訓(xùn)練DNN的過擬合問題并進(jìn)一步提高分類性能。

targets = (1 - label_smooth) * targets + label_smooth / num_classes

Wasserstein GAN

徹底解決GAN訓(xùn)練不穩(wěn)定的問題，不再需要小心平衡生成器和判別器的訓(xùn)練程度

基本解決了Collapse mode的問題，確保了生成樣本的多樣性

訓(xùn)練過程中終于有一個(gè)像交叉熵、準(zhǔn)確率這樣的數(shù)值來指示訓(xùn)練的進(jìn)程，數(shù)值越小代表GAN訓(xùn)練得越好，代表生成器產(chǎn)生的圖像質(zhì)量越高

不需要精心設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，最簡單的多層全連接網(wǎng)絡(luò)就可以做到以上3點(diǎn)。

Skip Connection

一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供恒等映射的能力，保證模型不會因網(wǎng)絡(luò)變深而退化。

F(x)=F(x)+x

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