batch_size

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深度学习的优化算法,说白了就是梯度下降。每次的参数更新有两种方式。

第一种,遍历全部数据集算一次损失函数,然后算函数对各个参数的梯度,更新梯度。这种方法每更新一次参数都要把数据集里的所有样本都看一遍,计算量开销大,计算速度慢,不支持在线学习,这称为Batch gradient descent,批梯度下降。

另一种,每看一个数据就算一下损失函数,然后求梯度更新参数,这个称为随机梯度下降,stochastic gradient descent。这个方法速度比较快,但是收敛性能不太好,可能在最优点附近晃来晃去,hit不到最优点。两次参数的更新也有可能互相抵消掉,造成目标函数震荡的比较剧烈。

为了克服两种方法的缺点,现在一般采用的是一种折中手段,mini-batch gradient decent,小批的梯度下降,这种方法把数据分为若干个批,按批来更新参数,这样,一个批中的一组数据共同决定了本次梯度的方向,下降起来就不容易跑偏,减少了随机性。另一方面因为批的样本数与整个数据集相比小了很多,计算量也不是很大。

基本上现在的梯度下降都是基于mini-batch的,所以深度学习框架的模块中经常会出现batch_size,就是指这个。

### Batch Size 的定义及其重要性 在机器学习和深度学习框架中,Batch Size 是指每次迭代过程中用于更新模型权重的数据样本数量。它是一个重要的超参数,在训练神经网络的过程中起到关键作用[^1]。 当使用较小的 Batch Size 时,梯度估计会更加随机化,这可能导致更快逃离局部最优解的能力;然而,过小的 Batch Size 可能会导致训练过程不稳定,并增加计算时间。另一方面,较大的 Batch Size 能够提供更精确的梯度估计,从而加快收敛速度,但由于内存限制以及可能陷入次优解的风险,其效果并非总是最佳[^3]。 以下是 TensorFlow 中设置 Batch Size 的简单示例: ```python import tensorflow as tf # 假设我们有一个数据集 dataset 和一个批量大小 batch_size batch_size = 32 dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((features, labels)) dataset = dataset.shuffle(buffer_size=1000).batch(batch_size=batch_size) model = tf.keras.Sequential([ tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(10) ]) model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(), loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True), metrics=['accuracy']) history = model.fit(dataset, epochs=10) ``` 上述代码展示了如何通过 `tf.data` API 设置 Batch Size 并将其应用于模型训练中。 ### 随机森林中的批处理概念扩展 尽管 Batch Size 主要与深度学习相关联,但在某些情况下也可以类比到其他集成方法上。例如,在随机森林算法中虽然不存在严格意义上的 Batch Size 参数,但是子树构建所依赖的部分样本次数可以看作一种类似的机制[^2]。 #### 总结 合理选择 Batch Size 对于优化性能至关重要。通常需要根据具体应用场景、硬件资源情况等因素综合考虑来决定合适的数值范围。
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