21个深度学习调参的实用技巧
文 | AI_study
源 | AI算法與圖像處理
導讀
在學習人工智能的時候，不管是機器學習還是深度學習都需要經(jīng)歷一個調(diào)參的過程，參數(shù)的好壞直接影響著模型效果的好壞。本文總結了在深度學習中21個實用的調(diào)參的技巧，快來學習吧！
這篇文章在國外知名的網(wǎng)站?medium?上面獲得了一千多的贊，給出了很多建議，同時也備注了論文的來源，所以這么優(yōu)質(zhì)的文章，大家一定要多多宣傳哈
訓練深度神經(jīng)網(wǎng)絡是困難的。它需要知識和經(jīng)驗，以適當?shù)挠柧毢瞳@得一個最優(yōu)模型。在這篇文章中，我想分享我在訓練深度神經(jīng)網(wǎng)絡時學到的東西。以下提示和技巧可能對你的研究有益，并可以幫助你加速網(wǎng)絡架構或參數(shù)搜索。
現(xiàn)在，讓我們開始吧……
整理自：
https://towardsdatascience.com/a-bunch-of-tips-and-tricks-for-training-deep-neural-networks-3ca24c31ddc8
1
在你開始建立你的網(wǎng)絡體系結構，你需要做的第一件事是驗證輸入到網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，確保輸入(x)對應于一個標簽(y)。在預測的情況下，確保真實標簽(y)正確編碼標簽索引(或者one-hot-encoding)。否則，訓練就不起作用。
2
決定是選擇使用預模型還是從頭開始訓練你的網(wǎng)絡?
如果問題域中的數(shù)據(jù)集類似于ImageNet數(shù)據(jù)集，則對該數(shù)據(jù)集使用預訓練模型。使用最廣泛的預訓練模型有VGG net、ResNet、DenseNet或Xception等。有許多層架構，例如，VGG(19和16層)，ResNet(152, 101, 50層或更少)，DenseNet(201, 169和121層)。注意:不要嘗試通過使用更多的層網(wǎng)來搜索超參數(shù)(例如VGG-19, ResNet-152或densen -201層網(wǎng)絡，因為它在計算量很大)，而是使用較少的層網(wǎng)(例如VGG-16, ResNet-50或densen -121層)。選擇一個預先訓練過的模型，你認為它可以用你的超參數(shù)提供最好的性能(比如ResNet-50層)。在你獲得最佳超參數(shù)后，只需選擇相同但更多的層網(wǎng)(如ResNet-101或ResNet-152層)，以提高準確性。
ImageNet：http://www.image-net.org/challenges/LSVRC/2012/
VGG net ：https://arxiv.org/abs/1409.1556
ResNet：https://arxiv.org/abs/1512.03385
DenseNet：https://arxiv.org/abs/1608.06993
Xception ：https://arxiv.org/abs/1610.02357微調(diào)幾層，或者如果你有一個小的數(shù)據(jù)集，只訓練分類器，你也可以嘗試在你要微調(diào)的卷積層之后插入Dropout層，因為它可以幫助對抗網(wǎng)絡中的過擬合。
Dropout：
http://jmlr.org/papers/v15/srivastava14a.html如果你的數(shù)據(jù)集與ImageNet數(shù)據(jù)集不相似，你可以考慮從頭構建并訓練你的網(wǎng)絡。
3
在你的網(wǎng)絡中始終使用歸一化層（normalization layers）。如果你使用較大的批處理大小(比如10個或更多)來訓練網(wǎng)絡，請使用批標準化層（BatchNormalization）。否則，如果你使用較小的批大小(比如1)進行訓練，則使用InstanceNormalization層。請注意，大部分作者發(fā)現(xiàn)，如果增加批處理大小，那么批處理規(guī)范化會提高性能，而當批處理大小較小時，則會降低性能。但是，如果使用較小的批處理大小，InstanceNormalization會略微提高性能。或者你也可以嘗試組規(guī)范化（GroupNormalization）。
BatchNormalization：
https://arxiv.org/abs/1502.03167
InstanceNormalization：
https://arxiv.org/abs/1607.08022
GroupNormalization：
https://arxiv.org/abs/1803.08494
4
如果你有兩個或更多的卷積層(比如Li)對相同的輸入(比如F)進行操作（參考下面的示意圖理解），那么在特征連接后使用SpatialDropout。由于這些卷積層是在相同的輸入上操作的，因此輸出特征很可能是相關的。因此，SpatialDropout刪除了那些相關的特征，并防止網(wǎng)絡中的過擬合。
注意:?它主要用于較低的層而不是較高的層。
SpatialDropout：
https://arxiv.org/abs/1411.4280
5
為了確定你的網(wǎng)絡容量，嘗試用一小部分訓練例子來超載你的網(wǎng)絡(andrej karpathy的提示)。如果它沒有超載，增加你的網(wǎng)絡容量。在過擬合后，使用正則化技巧如L1、L2、Dropout或其他技術來對抗過擬合。
L1：https://keras.io/regularizers/
L2：https://keras.io/regularizers/
Dropout：
http://jmlr.org/papers/v15/srivastava14a.html
6
另一種正則化技術是約束或限制你的網(wǎng)絡權值。這也有助于防止網(wǎng)絡中的梯度爆炸問題，因為權值總是有界的。與L2正則化相反，在你的損失函數(shù)中懲罰高權重，這個約束直接正則化你的權重。你可以在Keras中輕松設置權重約束:
from?keras.constraints?import?max_norm #?add?to?Dense?layers model.add(Dense(64,?kernel_constraint=max_norm(2.))) #?or?add?to?Conv?layers model.add(Conv2D(64,?kernel_constraint=max_norm(2.)))7
對數(shù)據(jù)進行均值減法有時會產(chǎn)生非常糟糕的效果，特別是對灰度圖像進行減法(我個人在前景分割領域就遇到過這個問題)。
8
在訓練前和訓練期間，確保打亂訓練數(shù)據(jù)，以防你不能從時序數(shù)據(jù)中獲取有用信息。這可能有助于提高您的網(wǎng)絡性能。
9
如果你的問題域與稠密預測（dense prediction）相關(如語義分割)，我建議你使用膨脹殘差網(wǎng)絡作為預訓練模型，因為它最適合稠密預測。
Dilated Residual Networks：
https://arxiv.org/abs/1705.09914
10
要捕獲對象周圍的上下文信息，可以使用多尺度特性的池化模塊。該思想成功地應用于語義分割或前景分割中。
semantic segmentation：
https://arxiv.org/abs/1802.02611
foreground segmentation：
https://arxiv.org/abs/1808.01477
11
Opt-out void labels(或模糊區(qū)域)從您的損失或精度計算，如果有。這可以幫助你的網(wǎng)絡在預測時更有信心。
12
如果你有高度不平衡的數(shù)據(jù)問題，在訓練期間應用類別加權操作。換句話說，給稀少的類更多的權重，但給主要類更少的權重。使用sklearn可以很容易地計算類權重。或者嘗試使用過采樣和欠采樣技術重新采樣你的訓練集。這也可以幫助提高預測的準確性。
sklearn：
http://scikit-learn.org/stable/modules/generated/
sklearn.utils.class_weight.compute_class_weight.html
OverSampling and UnderSampling techniques：
https://en.wikipedia.org/wiki/Oversampling_and_undersampling_in_data_analysis
13
選擇一個正確的優(yōu)化器。有許多流行的自適應優(yōu)化器，如Adam, Adagrad, Adadelta，或RMSprop等。SGD+動量被廣泛應用于各種問題領域。有兩件事需要考慮：
第一，如果你關心快速收斂，使用自適應優(yōu)化器，如Adam，但它可能會陷入局部極小，提供了糟糕的泛化(下圖)。
第二，SGD+momentum可以實現(xiàn)找到全局最小值，但它依賴于魯棒初始化，而且可能比其他自適應優(yōu)化器需要更長的時間來收斂(下圖)。我建議你使用SGD+動量，因為它能達到更好的最佳效果。
14
有三個學習率起點(即1e- 1,1e -3和1e-6)。如果您對預訓練模型進行微調(diào)，請考慮小于1e-3(比如1e-4)的低學習率。如果您從頭開始訓練您的網(wǎng)絡，請考慮一個大于或等于1e-3的學習率。您可以嘗試這些起點，并調(diào)整它們，看看哪個是最好的，選擇那個。還有一件事，您可以考慮通過使用 Learning Rate Schedulers來降低訓練過程中的學習率。這也可以幫助提高網(wǎng)絡性能。
Learning Rate Schedulers：
https://keras.io/callbacks/#learningratescheduler
15
除了Learning Rate Schedule 外，即在一定的次數(shù)后降低學習率，還有另一種方式，我們可以由一些因素減少學習率，如果驗證損loss在某些epoch(比如5)停止改善，減小學習率和如果驗證損失停止改善在某些epoch(比如10)，停止訓練過程。這可以通過在Keras中使用early stop的ReduceLROnPlateau很容易做到。
ReduceLROnPlateau：
https://keras.io/callbacks/#
reducelronplateauEarlyStopping：
https://keras.io/callbacks/#earlystopping
16
如果您在dense prediction領域工作，如前景分割或語義分割，您應該使用跳過連接，因為對象邊界或有用的信息會由于最大池化操作或strided convolutions而丟失。這也可以幫助您的網(wǎng)絡輕松地學習特征空間到圖像空間的特征映射，有助于緩解網(wǎng)絡中的消失梯度問題。
skip connections：
https://arxiv.org/abs/1505.04597
17
數(shù)據(jù)越多越好!總是使用數(shù)據(jù)增強，如水平翻轉，旋轉，縮放裁剪等。這可以幫助大幅度提高精確度。
18
你必須要有一個高速的GPU來進行訓練，但是這有點昂貴。如果你想使用免費的云GPU，我推薦使用谷歌Colab。如果你不知道從哪里開始，看看我之前的文章或者嘗試各種云GPU平臺，如Floydhub或Paperspace等。
Google Colab：
https://colab.research.google.com/notebooks/welcome.ipynb#recent=true
使用教程：
https://towardsdatascience.com/a-comprehensive-guide-on-how-to-fine-tune-deep-neural-networks-using-keras-on-google-colab-free-daaaa0aced8f
Floydhub：
https://www.floydhub.comPaperspace：https://www.paperspace.com
19
在ReLU之前使用最大池化來節(jié)省一些計算。由于ReLU閾值的值為0：f(x)=max(0,x)和最大池化只有max激活：f(x)=max(x1,x2，…，xi)，使用Conv > MaxPool > ReLU 而不是Conv > ReLU > MaxPool。
例如，假設我們有兩個從Conv來的激活值(即0.5和-0.5):
因此MaxPool > ReLU = max(0, max(0.5，-0.5)) = 0.5
和ReLU > MaxPool = max(max(0,0.5), max(0,-0.5)) = 0.5
看到了嗎?這兩個操作的輸出仍然是0.5。在這種情況下，使用MaxPool > ReLU可以節(jié)省一個max 操作。
20
考慮采用深度可分離卷積運算，與常規(guī)的卷積運算相比，該運算速度快，且參數(shù)數(shù)量大大減少。
Depthwise Separable Convolution：
https://arxiv.org/abs/1610.02357
21
最后但并非最不重要的是不要放棄。相信自己，你能做到！如果你還沒有得到高精度，調(diào)整你的hyper-parameters，網(wǎng)絡體系結構或訓練數(shù)據(jù)，直到你得到你正在尋找的準確性。
后臺回復關鍵詞【入群】
加入賣萌屋NLP/IR/Rec與求職討論群
有頂會審稿人、大廠研究員、知乎大V和妹紙
等你來撩哦~
總結
以上是生活随笔為你收集整理的21个深度学习调参的实用技巧的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 详解深度语义匹配模型DSSM和他的兄弟姐
- 下一篇： 新手手册：Pytorch分布式训练