Batchnorm和Layernorm的区别

文章介绍了深度学习训练中常用的两种归一化方法:BatchNorm和LayerNorm。BatchNorm针对每个batch的同一通道计算均值和方差,适用于CV领域,而LayerNorm则按特征矩阵的通道进行计算,常用于自然语言处理。此外,文章提到了其他归一化技术,如GN和IN。

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  在深度学习训练中,我们经常会遇到这两个归一化操作,他们之间有什么区别呢?我们来简单介绍一下:

一.BatchNorm:

  在深度学习训练的时候我们的数据如果没有经过预处理,有可能会出现梯度消失或者梯度爆炸的情况,那么应该怎么解决这个问题呢?所以我们经常会在训练之前和训练的时候使用标准处理,在CV中最常用的就是BN。我们先来看张动图:
在这里插入图片描述
  从上面的动图中可以看出,BN是针对batch而言的,针对每一个batch的同一通道计算均值和方差进行归一化,因此batch越大,归一化的结果越好。
  需要注意的是BN中实际上是四个参数,除了公式中的 α \alpha α β \beta β 之外,还有两个“隐含”的参数,统计均值和方差,我们知道在计算BN的时候是针对一个batch的,而batch的选择和整体的样本均值和方差是有差距的,因此,在计算的时候要不断地更新统计到的均值和方差,作为最终的统计均值和方差。

二.LayerNorm:

  简单介绍layernorm,就是batchborm是针对一个batch的每个通道之间进行计算均值和方差,而layernorm是针对一个特征矩阵之间按照通道进行计算均值和方差,他只有两个参数,公式和BN是一样的。所以在CV中基本上不用这个归一化,没有什么意义。
  除此之外,还有其他的归一化方法,如:GNIN等,用到的时候可以自己查阅一下资料,下面贴张图:
在这里插入图片描述
  以上只是对batchnormlayernorm做一个简单的介绍,并没有深入剖析,如有错误,敬请指正。

### 回答1: LayernormBatchnorm都是在神经网络训练过程中常用的归一化技巧。 Layernorm是在每一层的权重上进行归一化,可以消除层与层之间的权重差异,有助于提高网络的稳定性收敛速度。 Batchnorm是在每一个batch上进行归一化,可以消除每个batch之间的差异,有助于防止训练过程中的内部协变量偏移。 两者都能提高网络的训练效率防止过拟合。不过在实际使用时,Batchnorm通常更常见。 ### 回答2: 随着深度学习的发展,深度神经网络的结构越来越复杂,其中包括多层神经网络,循环神经网络,卷积神经网络等。不同结构的神经网络在训练过程中存在很多问题,其中最大的问题就是梯度消失梯度爆炸问题,难以训练优化。Batch Normalization Layer Normalization就是为了解决这个问题。 Batch Norm 主要是针对卷积神经网络(CNN)的,其目的是使输入的样本数据均值方差尽量保持在一个稳定的范围内,以便于模型的训练。Batch Norm 的主要操作就是对每一层的输出进行标准化,使其均值方差分别为0 1,并对标准化后的数据进行缩放平移,以便于模型更好地进行学习预测。然而,BN存在着一些问题。比如在某些情况下存在mini-batch 大小较小或者比较大时,其模型的训练效果并不理想,同时也需要对每个mini-batch进行计算,训练的过程比较慢。 Layer Norm是在RNN中作为Batch Norm的替代方式提出的,其主要针对的是RNN等不同长度序列的模型。因为这些模型中,Batch Norm会对样本时间进行一些维度压缩,容易引入噪声。Layer Norm是对一个样本数据在一个特征维度上进行标准化,而不是在Batch 上进行标准化,保持了每个神经元的独立性,因此每次训练时都可以进行数据直接的标准化,不需要将神经元分成独立的 Batch。同时,Layer Norm 还有更好的标准化效果,使得训练更加稳定,学习更加深入,并避免了Batch Norm中mini-batch大小的影响。 总之,BatchNorm LayerNorm都是为了解决训练过程中的梯度问题,但是LayerNorm对于序列数据小mini-batch具有很好的性能;而BatchNorm在一些特定的图像任务中表现也很好。因此,在实际使用中需要根据不同的模型应用场景来选择。 ### 回答3: LayerNormBatchNorm都是深度学习中常用的归一化技术。它们的目的是减少深度神经网络中的内部协变量偏移问题。 BatchNorm是一种对每个mini-batch进行归一化的方法。它通过将输入通过沿着batch_size的方向进行归一化来缩放平移数据,并使用从小批量中获取的参数进行缩放平移。BatchNorm易于实现且易于在大型数据集上进行调整,但由于依赖小批量样本的统计量,因此在小批量上应用BatchNorm可能会导致较差的表现。 相反,LayerNorm是一种对每个样本进行归一化的方法。它通过在层级别上计算平均值方差来归一化输入,并使用计算出的平均值方差来缩放平移数据。由于LayerNorm不受小批量大小的限制,因此它在小批量单样本的情况下表现稳定。但是,它需要更长的时间来计算并且在处理大型数据集时需要更多的内存。 总之,BatchNormLayerNorm都是有效的归一化技术,但它们使用不同的方法进行归一化。BatchNorm适合大型数据集,而LayerNorm适合小型数据集,并且在小批量单样本情况下表现良好。在选择哪种技术时,需要考虑数据集的大小需要的计算时间。
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