TensorFlow三种常用的优化器

简介

目前TensorFlow支持11种不同的经典优化器(参考TensorFlow API tf.train文档

  • tf.train.Optimizer
  • tf.train.GradientDescentOptimizer
  • tf.train.AdadeltaOptimizer
  • tf.train.AdagtadOptimizer
  • tf.train.AdagradDAOptimizer
  • tf.train.MomentumOptimizer
  • tf.train.AdamOptimizer
  • tf.train.FtrlOptimizer
  • tf.train.ProximalGradientDescentOptimizer
  • tf.train.ProximalAdagradOptimizer
  • tf.train.RMSProOptimizer


介绍三种常用优化器

下面重点介绍 tf.train.GradientDescentOptimizertf.train.MomentumOptimizer、tf.train.AdamOptimizer

  1. tf.train.GradientDescentOptimizer

        这个优化器主要实现的是 梯度下降算法

__init__(
    learning_rate,
    use_locking=False,
    name='GradientDescent'
)
  • learning_rate: (学习率)张量或者浮点数
  • use_locking: 为True时锁定更新
  • name: 梯度下降名称,默认为"GradientDescent".

     

   2. tf.train.MomentumOptimizer

        实现 动量梯度下降算法 ,可参考 简述动量Momentum梯度下降

Δxt=ρΔxt1ηgt
其中, ρ  即momentum,表示要在多大程度上保留原来的更新方向,这个值在0-1之间,在训练开始时,由于梯度可能会很大,所以初始值一般选为0.5;当梯度不那么大时,改为0.9。
η
 是学习率,即当前batch的梯度多大程度上影响最终更新方向,跟普通的SGD含义相同。
ρ
与 

η 之和不一定为1。

__init__(
    learning_rate,
    momentum,
    use_locking=False,
    name='Momentum',
    use_nesterov=False
)
  • learning_rate: (学习率)张量或者浮点数
  • momentum: (动量)张量或者浮点数
  • use_locking为True时锁定更新
  • name:  梯度下降名称,默认为 "Momentum".
  • use_nesterov:  为True时,使用 Nesterov Momentum. 

   3.  tf.train.AdamOptimizer

        实现 Adam优化算法(  Adam 这个名字来源于 adaptive moment estimation,自适应矩估计。)

可参考博客梯度优化算法Adam

__init__(
    learning_rate=0.001,
    beta1=0.9,
    beta2=0.999,
    epsilon=1e-08,
    use_locking=False,
    name='Adam'
)
  • learning_rate: (学习率)张量或者浮点数
  • beta1:  浮点数或者常量张量 ,表示 The exponential decay rate for the 1st moment estimates.
  • beta2:  浮点数或者常量张量 ,表示 The exponential decay rate for the 2nd moment estimates.
  • epsilon: A small constant for numerical stability. This epsilon is "epsilon hat" in the Kingma and Ba paper (in the formula just before Section 2.1), not the epsilon in Algorithm 1 of the paper.
  • use_locking: 为True时锁定更新
  • name:  梯度下降名称,默认为 "Adam".

              




<think>好的,我现在需要回答用户关于TensorFlow优化器列表及使用方法的问题。首先,我得确认用户的需求是什么。他们想知道TensorFlow中有哪些内置的优化器以及如何正确使用它们。根据用户提供的引用内容,特别是引用[3],里面列出了多个优化器的名称,比如GradientDescentOptimizer、AdamOptimizer等,这可能是一个重要的参考。 接下来,我需要整理这些优化器,并简要说明每个的用途和特点。例如,梯度下降法是最基础的,而Adam可能更适用于自适应学习率的场景。同时,用户可能希望了解如何在实际代码中调用这些优化器,所以需要给出具体的代码示例。比如,用户提供的引用[2]中提到,编写好前向函数和损失函数后,可以直接调用优化器。因此,我应该展示一个完整的流程,包括定义模型、损失函数,然后选择优化器进行训练。 此外,用户提供的引用[1]是关于自定义优化器的教程,虽然用户的问题主要关注内置优化器,但或许在回答中可以提到自定义的可能性,作为扩展信息。不过这可能不是主要部分,所以放在后面或者相关问题里比较合适。 我需要确保回答的结构清晰,分点列出优化器,每个优化器有简要说明和代码示例。同时,注意使用正确的LaTeX格式,比如变量用$符号包裹,独立公式用$$。例如,在解释梯度下降时,可以给出更新公式:$$W_{t+1} = W_t - \eta \nabla L(W_t)$$,其中$\eta$是学习率。这样既符合用户的格式要求,又让内容更专业。 另外,用户可能需要知道如何选择不同的优化器,所以应该在“如何选择优化器”部分给出一些指导原则,比如对于稀疏数据使用Adagrad,默认情况下可以尝试Adam等。这些信息需要结合常见的机器学习实践,确保准确性。 最后,生成的相关问题要围绕用户可能进一步想了解的内容,比如优化器的性能比较、参数调整、自定义方法等。这些问题可以引导用户深入探索,同时引用提供的参考资料,如引用[1]关于自定义优化器的项目。 需要检查是否有遗漏的优化器,比如引用[3]提到的其他优化器如Adadelta、RMSprop等,都要涵盖进去。每个优化器的代码示例要正确,比如正确导入TensorFlow,使用正确的类名。例如,tf.keras.optimizers.Adam,而不是旧的tf.train.AdamOptimizer,但需要注意用户提供的引用[3]中的优化器名称是旧版本的,比如tf.train.AdagradOptimizer,这可能与TensorFlow 2.x的用法不同。因此需要指出新旧版本的差异,或者统一使用Keras API的优化器,因为这是当前推荐的方式。 可能还需要提到在TensorFlow 2.x中,推荐使用Keras API中的优化器,如tf.keras.optimizers.SGD,而旧的tf.train逐渐被弃用。因此,在代码示例中,应优先展示tf.keras.optimizers下的优化器,并说明兼容性情况。 总结步骤: 1. 列出主要的TensorFlow优化器,每个给出简介和公式(如果有)。 2. 提供每个优化器的代码示例,使用Keras API。 3. 说明如何选择优化器的指导原则。 4. 生成相关问题,覆盖性能比较、参数调整、自定义方法等。 5. 正确应用引用标注,比如在提到优化器调用时引用[2],在列出优化器列表时引用[3]。 现在需要确保所有LaTeX格式正确,行内公式用$,独立公式用$$并单独成段。例如,Adam的公式可能需要单独展示。同时,代码块用三个反引号包裹,并注明语言。 最后检查是否有遗漏的优化器,确保信息准确,符合用户提供的引用内容,并且结构清晰易懂。</think>### TensorFlow优化器列表及使用方法 TensorFlow提供了多种优化器用于神经网络的参数优化。以下是常用优化器及其使用方法: --- #### 1. **梯度下降优化器(GradientDescentOptimizer)** - **原理**:基础优化方法,通过负梯度方向更新参数: $$W_{t+1} = W_t - \eta \nabla L(W_t)$$ 其中$\eta$为学习率。 - **代码示例**: ```python optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01) ``` --- #### 2. **Adam优化器(AdamOptimizer)** - **原理**:结合动量法和自适应学习率,适合非平稳目标函数: $$m_t = \beta_1 m_{t-1} + (1-\beta_1)g_t$$ $$v_t = \beta_2 v_{t-1} + (1-\beta_2)g_t^2$$ 参数更新时修正偏差后计算[^2]。 - **代码示例**: ```python optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.001, beta_1=0.9, beta_2=0.999) ``` --- #### 3. **RMSprop优化器(RMSpropOptimizer)** - **原理**:自适应调整学习率,适用于非平稳任务: $$v_t = \rho v_{t-1} + (1-\rho)g_t^2$$ $$W_{t+1} = W_t - \frac{\eta}{\sqrt{v_t}+\epsilon} g_t$$ - **代码示例**: ```python optimizer = tf.keras.optimizers.RMSprop(learning_rate=0.001, rho=0.9) ``` --- #### 4. **Adagrad优化器(AdagradOptimizer)** - **原理**:为每个参数分配独立学习率,适合稀疏数据: $$G_t = G_{t-1} + g_t^2$$ $$W_{t+1} = W_t - \frac{\eta}{\sqrt{G_t}+\epsilon} g_t$$ - **代码示例**: ```python optimizer = tf.keras.optimizers.Adagrad(learning_rate=0.01) ``` --- #### 5. **动量优化器(MomentumOptimizer)** - **原理**:引入动量项加速收敛: $$v_t = \gamma v_{t-1} + \eta g_t$$ $$W_{t+1} = W_t - v_t$$ - **代码示例**: ```python optimizer = tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.01, momentum=0.9) ``` --- #### 使用方法(通用步骤): 1. **定义模型**: ```python model = tf.keras.Sequential([...]) ``` 2. **选择优化器**: ```python optimizer = tf.keras.optimizers.Adam() ``` 3. **编译模型**: ```python model.compile(optimizer=optimizer, loss='mse') ``` 4. **训练模型**: ```python model.fit(x_train, y_train, epochs=10) ``` --- #### 如何选择优化器? - 默认推荐:**Adam**(适应性强) - 稀疏数据:**Adagrad** - 平稳问题:**RMSprop** - 简单任务:**SGD + 动量**[^3] ---
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