深度学习常用的激活函数、优化器? 各自的优缺点

本文概述了深度学习中常用的激活函数(如Sigmoid、ReLU、LeakyReLU等)、优化器(如SGD、Adam及其变种)以及梯度问题(梯度消失和爆炸)的解决策略,包括归一化方法和权重初始化技巧。

深度学习常用的激活函数有哪些?

1⃣Sigmoid函数: f(x) = 1 /(1 + exp(-x))
2⃣ReLU函数: fx) = max(0,x)
3⃣Leaky ReLU函数: f(x) = max(0.01x,x)
4⃣Tanh函数: f(x) = (exp(x) - exp(-x)) /(exp(x)+exp(-x))
5⃣Softmax函数: f(x i) = exp(x i) / sum(exp(x_j))
6⃣Swish函数: f(x) = x* sigmoid(x)
7⃣Softplus函数: f ( x ) =In ( 1 + exp x )
 

深度学习有哪些优化器? 各自的优缺点?

1⃣Stochastic Gradient Descent ( SGD ): 迭代速度快,但是容易陷入局部解
2⃣SGD with momentum: 加速SGD,但可能跳出最优解
3⃣AdaGrad: 考虑历史梯度的数据,动态调整参数
4⃣RMSprop: 相比AdaGrad增加了衰减因子,提高计算速度
5⃣Adam: 结合动量和RMSProp优点,使用较多

6AdamW: Adam结合weight decay,提高计算速度,通常用此方法
 

梯度消失和梯度爆炸如何理解? 怎么解决?
 

梯度消失: 梯度变得趋近于零,导致网络无法更新权重
梯度爆炸: 梯度变得非常大,导致网络的权重更新失控

解决梯度消失方法:

1⃣恰当的激活函数: ReLU、LeakyReLU
2⃣使用归一化方法,Batch Normalization
3⃣使用残差方法: Residual Connection
 

解决梯度爆炸方法:

1⃣梯度裁剪,限制梯度范围
2⃣使用归一化方法,Batch Normalization
3⃣合理的权重初始化,如Xavier方法

### 不同激活函数深度学习中的优缺点 #### Sigmoid 激活函数 Sigmoid 函数是一个经典的激活函数,其输出范围为 (0, 1),能够将任意实数值映射到这个区间内。然而,它存在梯度消失的问题,在反向传播过程中可能导致训练困难。 - **优点**: 输出值被压缩至固定范围内,适合用于概率预测场景下的二分类问题[^1]。 - **缺点**: 当输入较大或较小时,导数接近于零,容易引发梯度消失现象;计算指数运算较为耗时[^2]。 #### Tanh 激活函数 Tanh 是另一个常用激活函数,可以看作是 Sigmoid 的变体,输出范围为 (-1, 1)。相比 Sigmoid,它的均值更接近于零,有助于中心化数据分布。 - **优点**: 能够更好地处理负值输入,并且通常收敛速度比 Sigmoid 更快[^3]。 - **缺点**: 同样面临梯度消失问题,尤其是在极端输入条件下表现不佳。 #### ReLU (Rectified Linear Unit) 激活函数 ReLU 定义简单直观:f(x) = max(0, x)。它是目前许多神经网络架构中最受欢迎的选择之一。 - **优点**: 计算效率高,因为只需判断输入是否大于零即可完成前向传播;有效缓解了梯度消失问题,促进了深层网络的学习能力。 - **缺点**: 对于小于零的部分会完全抑制信号传递,可能造成部分神经元“死亡”,即永远不再响应任何输入。 #### Leaky ReLU 激活函数 为了克服标准 ReLU 存在的死区问题,提出了改进版本——Leaky ReLU。该方法允许少量负斜率通过,即使当输入为负时也有微弱反应。 - **优点**: 避免了传统 ReLU 中可能出现的大规模神经元失活情况,保留了一定程度上的非线性特性。 - **缺点**: 参数调整敏感性强,如果设置不当可能会引入额外噪声或者影响最终性能。 #### ReLU6 激活函数 这是专门为移动设备优化设计的一种特殊形式的ReLU ,主要用于轻量级模型如MobileNet系列中 。ReLU6 将最大输出限定为6而不是无限大。 - **优点**: 特别适用于资源受限环境下的高效实现,同时保持良好的表达力。 - **缺点**: 可能限制某些特定应用场景下潜在的表现上限,特别是在需要非常宽泛动态范围表示的任务里。 ```python import numpy as np def sigmoid(x): return 1 / (1 + np.exp(-x)) def tanh(x): return np.tanh(x) def relu(x): return np.maximum(0, x) def leaky_relu(x, alpha=0.01): return np.where(x >= 0, x, alpha * x) def relu6(x): return np.minimum(np.maximum(0, x), 6) ```
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