随机优化工具 Stochastic Optimization Techniques

从几个简单例子谈随机优化技术 1. 关于随机优化(stochastic optimization) 随机优化技术常被用来处理协作类问题,它特别擅长处理:受多种变量的影响,存在许多可能解的问题,以及结果因这些变量的组合而产生很大变化的问题。例如: 在物理学中,研究分子的运动 在生物学中,预测蛋白质的结构 在计算机科学中,预测算法的最坏可能运行时间 NASA甚至使用优化技术来设计具有正确操作特性的天线,而这... 阅读详情

@(Paper summaries)[Neural Networks|Optimization]

应用场景:训练集很大。
好处:避免取到局部最优解。

Neural networks are often trained stochastically, i.e. using a method where the objective function changes at each iteration. This stochastic variation is due to the model being trained on different data during each iteration. This is motivated by (at least) two factors: First, the dataset used as training data is often too large to fit in memory and/or be optimized over efficiently. Second, the objective function is typically nonconvex, so using different data at each iteration can help prevent the model from settling in a local minimum. Furthermore, training neural networks is usually done using only the first-order gradient of the parameters with respect to the loss function. This is due to the large number of parameters present in a neural network, which for practical purposes prevents the computation of the Hessian matrix. Because vanilla gradient descent can diverge or converge incredibly slowly if its learning rate hyperparameter is set inappropriately, many alternative methods have been proposed which are intended to produce desirable convergence with less dependence on hyperparameter settings. These methods often effectively compute and utilize a preconditioner on the gradient, adaptively change the learning rate over time or approximate the Hessian matrix.

In the following, we will use θt to denote some generic parameter of the model at iteration t , to be optimized according to some loss function which is to be minimized.

Stochastic Gradient Descent

Stochastic gradient descent (SGD) simply updates each parameter by subtracting the gradient of the loss with respect to the parameter, scaled by the learning rate η , a hyperparameter. If η is too large, SGD will diverge; if it’s too small, it will converge slowly. The update rule is simply

θt+1=θt−η∇(θt)

Momentum

In SGD, the gradient ∇(θt) often changes rapidly at each iteration t due to the fact that the loss is being computed over different data. This is often partially mitigated by re-using the gradient value from the previous iteration, scaled by a momentum hyperparameter μ , as follows:

vt+1θt+1=μvt−η∇(θt)=θt+vt+1

It has been argued that including the previous gradient step has the effect of approximating some second-order information about the gradient.

Nesterov’s Accelerated Gradient

In Nesterov’s Accelerated Gradient (NAG), the gradient of the loss at each step is computed at θt+μvt instead of θt . In momentum, the parameter update could be written θt+1=θt+μvt−η∇(θt) , so NAG effectively computes the gradient at the new parameter location but without considering the gradient term. In practice, this causes NAG to behave more stably than regular momentum in many situations. A more thorough analysis can be found in ((Sutskever, Martens, Dahl, and Hinton, “On the importance of initialization and momentum in deep learning” (ICML 2013) )). The update rules are then as follows:

vt+1θt+1=μvt−η∇(θt+μvt<
Rectified Flow(整流流)01:使用 Rectified Flow 学习生成和迁移数据 Xingchao Liu* University of Texas at Austin德克萨斯大学奧斯汀分校xcliu@utexas.eduChengyue Gong* University of Texas at Austin德克萨斯大学奧斯汀分校cygong@cs.utexas.eduQiang Liu University of Texas at Austin lqiang@cs.utexas.eduWe present rectified flow, a surprisingly simple ap 阅读详情

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