深度学习过拟合解决方案

以你之姓@ 2022-10-29 11:24 151阅读 0赞

本文转自：https://blog.csdn.net/zhang2010hao/article/details/89339327

## 1.29.深度学习过拟合解决方案 ##

### 1.29.1.解决方案 ###

对于深度学习网络的过拟合，一般的解决方案有：  
**Early stop**  
在模型训练过程中，提前终止。这里可以根据具体指标设置early stop的条件，比如可以是loss的大小，或者acc/f1等值的epoch之间的大小对比。

**More data**  
更多的数据集。增加样本也是一种解决方案，根据不同场景和数据不同的数据增强方法。

**正则化**  
常用的有L1，L2正则化

**Droup Out**  
以一定的概率使某些神经元停止工作

**BatchNorm**  
对神经元作归一化

### 1.29.2.实现 ###

这里主要讲述一下在pytorch中的过拟合解决方案，early stop和more data都是对于特定的任务去进行的，不同的任务有不同的解决方案，这里不做进一步说明。在pytorch框架下后面几种解决方案是有统一的结构或者解决办法的，这里一一道来。

正则化  
torch.optim集成了很多优化器，如SGD，Adadelta，Adam，Adagrad，RMSprop等，这些优化器中有一个参数weight\_decay，用于指定权值衰减率，相当于L2正则化中的λ参数，注意torch.optim集成的优化器只有L2正则化方法，api中参数weight\_decay 的解析是：weight\_decay (float, optional): weight decay (L2 penalty) (default: 0)，这里可以看出其weight\_decay就是正则化项的作用。可以如下设置L2正则化：

optimizer = optim.Adam(model.parameters(),lr=0.001,weight_decay=0.01)

**但是这种方法存在几个问题：**  
（1）一般正则化，只是对模型的权重W参数进行惩罚，而偏置参数b是不进行惩罚的，而torch.optim的优化器weight\_decay参数指定的权值衰减是对网络中的所有参数，包括权值w和偏置b同时进行惩罚。很多时候如果对b 进行L2正则化将会导致严重的欠拟合，因此这个时候一般只需要对权值w进行正则即可。（PS：这个我真不确定，源码解析是 weight decay (L2 penalty) ，但有些网友说这种方法会对参数偏置b也进行惩罚，可解惑的网友给个明确的答复）  
（2）缺点：torch.optim的优化器只能实现L2正则化，不能实现L1正则化。  
（3）根据正则化的公式，加入正则化后，loss会变原来大，比如weight\_decay=1的loss为10，那么weight\_decay=100时，loss输出应该也提高100倍左右。而采用torch.optim的优化器的方法，如果你依然采用loss\_fun= nn.CrossEntropyLoss()进行计算loss，你会发现，不管你怎么改变weight\_decay的大小，loss会跟之前没有加正则化的大小差不多。这是因为你的loss\_fun损失函数没有把权重W的损失加上。

### 1.29.3.Drop out实现 ###

pytorch中有两种方式可以实现dropout  
**1)使用nn.Dropout类，先初始化掉该类，然后可以在后面直接调用**

# -*- coding: UTF-8 -*-
    
    import torch.nn as nn
    
    class Exmp(nn.Module):
        def __init__(drop_rate):
            self.dropout = nn.Dropout(drop_rate)
            ...
    
        def forward():
            ...
            output = self.dropout(input)
            ...

**2)使用torch.nn.functional.dropout函数实现dropout**

上面只有一种示例，在实际使用中第二种更加灵活，可以在不同的层之间使用不同的drop\_rate, 第一种的好处是可以一次初始化后面每次dropout保持一致。

### 1.29.4.BatchNorm ###

批标准化通俗来说就是对每一层神经网络进行标准化 (normalize) 处理，具体的原理我再次不做赘述，网上资料很多。

pytorch中BatchNorm有BatchNorm1d、BatchNorm2d、BatchNorm3d三种，根据具体数据选择不同的BatchNorm，BatchNorm层的使用与普通的层使用方法类似。