Adam一种随机优化算法

Adam是一种在深度学习中广泛使用的优化算法,它结合了动量(Momentum)和RMSProp的优点。该算法通过计算梯度的一阶矩估计和二阶矩估计来调整学习率,从而在训练过程中提供更好的收敛性和稳定性。本文深入探讨了Adam的原理、流程及其在随机优化中的应用。

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1.什么是adam

adam的全称是adaptive moment estimation (适应性矩估计),是一种随机优化算法,高级的梯度下降优化算法,首次提出于Diederik P . Kingma和Jimmy Lei Ba的“ADAM: A METHOD FOR STOCHASTIC OPTIMIZATION”论文中。

2.梯度下降算法框架

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3.Adam流程

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### Adam优化算法与SGD优化算法的区别 #### 1. 更新机制 SGD是一种基于随机梯度下降的优化方法,其核心思想是对每次迭代只使用单个样本或一小部分样本来计算梯度并更新权重。这种方法的优点在于能够快速跳出局部最优解,但由于步长固定或者简单变化,在后期可能会导致震荡较大[^3]。 相比之下,Adam(Adaptive Moment Estimation)不仅考虑了一阶矩估计(即平均值),还加入了二阶矩估计(未中心化的方差)。这种设计使得Adam能够在训练过程中动态调整每个参数的学习率,从而实现更高效的收敛过程[^1]。 #### 2. 收敛速度 由于Adam结合了自适应学习率以及动量项的优势,通常情况下它的收敛速度要快于传统的SGD方法。尤其是在处理高维稀疏数据集时,这一特点表现得尤为明显[^2]。 #### 3. 对超参敏感程度 虽然两者都需要设置初始学习率等超参数,但从实际应用来看,Adam对于这些参数的选择相对不那么严格;而标准形式下的SGD则可能因为不当设定而导致性能大幅波动甚至无法正常工作[^3]。 #### 4. 计算开销 值得注意的是,尽管Adam提供了更好的默认行为和更快的结果获取途径,但它每一步都要维护额外的状态变量(如m_t,v_t),这增加了内存消耗同时也稍微提高了时间成本相比简单的SGD版本[^1]。 ### 使用场景分析 当面对大规模的数据集或者是复杂的神经网络结构时,考虑到效率因素往往优先选用Adam作为首选方案因为它能有效减少达到相同精度所需的epoch数同时保持较高的稳定性[^2]。然而如果目标是最小化理论上的泛化误差而不是单纯追求最快的验证集准确率提升,则有时发现适当调优后的纯SGD可以获得稍好一点的表现特别是在某些特定领域比如计算机视觉分类任务中[^3]。 另外需要注意的一点是在资源受限环境下运行小型模型时也可能倾向于采用更加轻量化无状态保存需求的传统方式即SGD来进行权衡取舍[^1]。 ```python import torch from torch import nn, optim model = nn.Linear(10, 1) # 定义SGD优化器 optimizer_sgd = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.9) # 定义Adam优化器 optimizer_adam = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.01) ```
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