为什么训大模型都不用dropout

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没想明白,看到一个讨论先转了吧: https://mp.weixin.qq.com/s/F2JvYslG5Lx_sCcmY_Ix5g


昨天在一个讨论群里有朋友提到了这个问题。

这个问题很有意思,训大模型不用dropout属于现在大家的默契了。

我总结三点

1.效果不行

这块是大家实践出来的,dropout在设计之初就有一个致命问题。训练和推理的行为不一致,为了让他尽量一致,选择了一个scale的方案,scale的方案可以使得推理时tensor的均值和训练一致。但这也仅仅使得均值一致,从一个分布上来讲,连方差都不一样。更不要提其他的细致的分布刻画了。

在小模型小数据时代,神经网络还在闹着玩,噪声,过拟合,标签质量,相爱相杀,dropout在一些场景有用武之地。

其实在7、8年前我上学的时候,打比赛时候就发现dropout的一些缺点。比如回归等数值和分布敏感的问题上,有两个经典的trick,一个是标签转换(把销量预测的值域转换到0到1,这玩意连lightgbm都有用),一个就是去掉dropout,尤其是类似文章打分这样的场景。

大模型时代,噪声,过拟合,数据质量,数据量,这些小模型困扰大家的问题,都不存在了。大模型的玩法变成了猛猛加大模型,猛猛洗数据,猛猛过拟合。你说把全世界的数据都训完,都开始训合成数据了,这个老生常谈的泛化和记忆它还有纠结的意义吗?

大模型就是死记硬背,什么涌现那都是背的到位了。

2.效率不行

要舍弃一些参数的学习,那我就要用训练epoch和数据量来弥补,这个玩意前面也提到了,大模型不一样了。显卡我都不够,还需要一个核电站供电,你给我说我要削减20%到50%的参数?你知道我买这么数据得多少钱吗?招聘这么多人才996结果,你给我说大模型放松一下,坏了,比别人实验慢了。那不是相当于极大的debuff

3.稳定性不行

由于1和2的共同存在,导致训练和评估之间总有gap,连基本线上线下一致性都不太好保证,违背祖训啊大哥!怎么搜参数做scaling law,推导出的参数结论不靠谱那又白做了,又是一个debuff。

大模型训练已经进入了一个追求确定性的时代,用小模型的参数推演大模型,追求数据量,参数量,数据质量。所有的链条都在想怎么调高效率。

还有朋友问,为啥还用normlization啊?那玩意不一样,除了众所周知的好处之外,那玩意最起码还多了一点点参数呢,还是有用的。大家只不过在琢磨挪前面还是挪后面,没有必要砍掉。

关于dropout的问题,其实还真有人研究过,让他的不一致行为分布变得一致,也就是alpha dropout,但这玩意,也只是尽力而已,现在很多框架已经把把这个放进去了,但大家用的还是不多,在一致性和效率,稳定性上多多少少还有些问题,或者按下葫芦起了瓢。这个在百面大模型里有专门一节将这个问题和详细的“改进”方法。

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TensorFlow 是由Google Brain 团队开发的开源机器学习框架,广泛应用于深度学习研究和生产环境。 它提供了一个灵活的平台,用于构建和训练各种机器学习模型

练神经网络时,**Dropout** 是一种关键的正则化技术,通过随机“丢弃”部分神经元(输出置零)来防止过拟合。以下是其核心作用、实现原理及实际应用中的注意事项: --- ### **1. Dropout 的核心作用** #### (1)**防止过拟合** - **原理**:过拟合通常源于模型对练数据中的噪声或特定模式过度学习。Dropout 通过随机丢弃神经元,迫使网络**不依赖任何单一神经元**,而是学习更鲁棒的特征组合。 - **效果**:相当于练多个子网络的集成(Ensemble),最终模型是这些子网络的平均,泛化能力更强。 #### (2)**提升模型鲁棒性** - **噪声注入**:Dropout 可视为向隐藏层添加噪声,使模型对输入扰动更不敏感(类似数据增强)。 - **特征冗余**:强制网络学习冗余特征(多个神经元共同表达同一信息),避免关键特征丢失。 #### (3)**缓解共适应(Co-adaptation)** - **问题**:神经元之间可能形成强依赖(如某些神经元仅在特定神经元激活时才有效)。 - **解决**:Dropout 打破这种依赖,迫使每个神经元独立学习有用特征。 --- ### **2. Dropout 的实现原理** #### (1)**练阶段** - 对每一层的输出,以概率 `p` 随机将部分神经元置零(`p` 称为 **Dropout 率**,常见值为 0.2~0.5)。 - **缩放补偿**:为保持激活值的期望不变,保留的神经元输出需乘以 `1/(1-p)`(或通过 `inverse dropout` 实现)。 ```python # PyTorch 实现示例 import torch.nn as nn dropout = nn.Dropout(p=0.3) # 30% 神经元被丢弃 output = dropout(hidden_layer) # 练时应用,测试时自动关闭 ``` #### (2)**测试阶段** - **关闭 Dropout**:所有神经元参与计算,输出练时多个子网络的平均。 - **数学等价性**:通过缩放补偿,测试时的输出练时所有子网络的期望一致。 --- ### **3. Dropout 的适用场景** #### (1)**推荐使用的网络结构** - **全连接层(Dense Layers)**:Dropout 对密集连接的层效果显著。 - **RNN/LSTM 的隐藏层**:可缓解长序列练中的梯度消失(但需谨慎使用,可能破坏时序依赖)。 - **CNN 的全连接部分**:卷积层通常不需要 Dropout(因其局部连接和权重共享已提供正则化)。 #### (2)**不适用的情况** - **输入层**:直接丢弃输入特征可能导致信息丢失(除非数据冗余度高)。 - **极浅网络**:如仅 1-2 层的网络,Dropout 可能过度简化模型。 - **Batch Normalization 共存时**:需调整 Dropout 率(如降低至 0.2 以下),因 BN 已提供正则化。 --- ### **4. 实际应用技巧** #### (1)**Dropout 率选择** - **经验值**: - 全连接层:0.2~0.5 - 输入层:0.1~0.2(若使用) - RNN 隐藏层:0.1~0.3(需实验验证) - **调优方法**:从低率(如 0.2)开始,逐步增加并观察验证集性能。 #### (2)**与其他正则化结合** - **权重衰减(L2 正则化)**:同时使用 Dropout 和 L2 可进一步抑制过拟合。 - **早停(Early Stopping)**:当验证集性能不再提升时停止练,与 Dropout 互补。 - **数据增强**:Dropout 与数据增强(如旋转、裁剪)结合效果更佳。 #### (3)**变体技术** - **Spatial Dropout**(用于 CNN):随机丢弃整个通道(而非单个神经元),强制特征图间的独立性。 ```python from tensorflow.keras.layers import SpatialDropout2D model.add(SpatialDropout2D(0.2)) # 丢弃 20% 的通道 ``` - **Alpha Dropout**(用于 SELU 激活函数):保持均值和方差不变,适用于自归一化网络。 --- ### **5. 代码示例** #### (1)**Keras/TensorFlow 实现** ```python from tensorflow.keras.models import Sequential from tensorflow.keras.layers import Dense, Dropout model = Sequential([ Dense(128, activation='relu', input_shape=(input_dim,)), Dropout(0.3), # 练时随机丢弃 30% 神经元 Dense(64, activation='relu'), Dropout(0.2), Dense(output_dim, activation='softmax') ]) model.compile(optimizer='adam', loss='categorical_crossentropy') model.fit(x_train, y_train, epochs=10, validation_data=(x_val, y_val)) ``` #### (2)**PyTorch 实现** ```python import torch.nn as nn class Net(nn.Module): def __init__(self): super(Net, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(input_dim, 128) self.dropout1 = nn.Dropout(0.3) # 练时启用 self.fc2 = nn.Linear(128, 64) self.dropout2 = nn.Dropout(0.2) self.fc3 = nn.Linear(64, output_dim) def forward(self, x): x = torch.relu(self.fc1(x)) x = self.dropout1(x) x = torch.relu(self.fc2(x)) x = self.dropout2(x) x = torch.softmax(self.fc3(x), dim=1) return x model = Net() model.train() # 练模式(启用 Dropout) # model.eval() # 测试模式(关闭 Dropout) ``` --- ### **6. 常见问题解答** #### (1)**Dropout 会增加练时间吗?** - **会**:因每次迭代随机丢弃神经元,实际参与计算的参数减少,但通常影响较小(可通过增加 Epoch 补偿)。 #### (2)**为什么测试时不需要 Dropout?** - 测试时需评估模型的真实性能,关闭 Dropout 可得到所有神经元的平均输出(类似集成效果)。 #### (3)**Dropout 与 BatchNorm 的顺序?** - **推荐顺序**:`Conv/Dense → BatchNorm → Activation → Dropout`(避免 BN 统计量受 Dropout 噪声影响)。 --- ### **7. 关键结论** 1. **核心作用**:Dropout 通过随机丢弃神经元防止过拟合,提升模型鲁棒性。 2. **适用场景**:全连接层、RNN 隐藏层(需谨慎),通常与 L2 正则化、早停等结合使用。 3. **实现要点**:练时启用,测试时关闭;注意与其他正则化技术的平衡。 ---
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