典型的深度学习模型训练涉及将数据集分成相等数量(B)的批次。每个批次进行一次训练迭代(对每个参数运行前向传递进行预测并运行后向传递计算梯度),更新参数,然后使用下一个批次再次进行训练。这个过程重复进行,直到所有批次完成。
不分批次,即使用整个数据集进行每次迭代的训练,这种方法称为批量梯度下降(Batch Gradient Descent)。在一些情况下,这种方法确实是可行的,但是在实际应用中,由于以下几个原因,通常我们倾向于分批次(也就是使用小批量梯度下降(Mini-batch Gradient Descent)或随机梯度下降(Stochastic Gradient Descent, SGD)):
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内存限制:现代数据集的大小通常非常大,以至于不能将整个数据集一次性加载到内存中进行训练,因此需要分批次加载。
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加速训练:使用小批量数据可以使模型的参数更新更频繁,这通常会加速训练过程。相比于等待整个数据集的一次前向和后向传播完成,小批量可以更快地进行多次迭代。
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更好的泛化:小批量训练引入了一定的噪声,这种噪声可以帮助模型避免陷入局部最优解,有助于模型泛化能力的提升。
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随机性:小批量或者随机梯度下降由于每次只看部分数据,引入了随机性,这可以防止模型对特定的训练顺序过拟合。
不过,也存在一些情况下使用批量梯度下降的情境:
- 当数据集相对较小,能够完全加载进内存时。
- 当优化问题非常规整,例如凸优化问题,使用批量梯度下降可以直接找到全局最小值。
在实际应用中,根据数据集的大小和计算资源,研究人员或工程师会选择最合适的方法。对于大多数现代的深度学习应用,小批量梯度下降是最常用的方法。
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