模型剪枝方法

博客介绍了Model Pruning这一模型压缩方法,通过将深度神经网络中‘不重要’权值置零减少非零权值数量。提及Optimal Brain Damage、Optimal Brain Surgeon和基于幅度的权值剪枝等方法,给出TensorFlow代码链接,还指出采用渐进稀疏度更好。
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       Model Pruning 是一种模型压缩方法,对深度神经网络的稠密连接引入稀疏性,通过将“不重要”的权值直接置零来减少非零权值数量.

       在 Optimal Brain Damage【2】中,使用对角 Hessian 逼近计算每个权值的重要性,重要性低的权值被置零,然后重新训练网络。

        在 Optimal Brain Surgeon【3】中,使用逆 Hessian 矩阵计算每个权值的重要性,重要性低的权值被置零,剩下的权值使用二阶泰勒逼近的 loss 增量更新。

        基于幅度的权值剪枝方法【4】,该方法将权值取绝对值,与设定的 threshhold 值进行比较,低于门限的权值被置零。基于幅度的权值剪枝算法计算高效,可以应用到大部分模型和数据集。

                                                     TF 代码实现

TensorFlow 代码链接:https://github.com/tensorflow/tensorflow/tree/master/tensorflow/contrib/model_pruning/examples

研究发现稀疏度不宜从一开始就设置最大,这样容易将重要的权值剪掉造成无法挽回的准确率损失,更好的方法是渐进稀疏度,从初始稀疏度 Si(一般为 0 )开始,逐步增大到最终稀疏度 Sf,这期间二进制掩模变量 mask 经历了 n 次更新,每次更新时的门限由当时的稀疏度决定,稀疏度由如下公式计算得到:

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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

### 随机森林模型中的剪枝方法 随机森林算法由多个决策树组成,每棵树都是独立训练的。值得注意的是,在构建单棵决策树时通常会应用剪枝技术来减少过拟合的风险;然而对于随机森林而言,由于其通过集成多棵树并采用投票机制或平均策略来进行预测,因此并不依赖于对个体树进行剪枝[^1]。 尽管如此,在某些情况下仍然可以考虑对构成随机森林的各棵决策树实施一定程度上的简化处理: #### 1. 构建阶段控制最大深度 可以通过设置参数`max_depth` 来限制每一棵决策树的最大生长深度,从而间接实现一种形式的预剪枝效果。这样做有助于防止个别树木过度拟合特定样本特征而影响整体泛化能力。 ```python from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier rf_model = RandomForestClassifier(max_depth=8) ``` #### 2. 设置最小叶节点样本数 另一个有效的手段是在创建新分支之前规定至少需要多少个观测值才能继续分裂当前节点(`min_samples_split`)以及最终叶子结点内最少应包含的数据量(`min_samples_leaf`)。这同样能够起到抑制复杂度的作用,并且有利于提高模型稳定性。 ```python rf_model = RandomForestClassifier(min_samples_split=5, min_samples_leaf=2) ``` #### 3. 特征重要性筛选 利用随机森林自带的功能评估各个输入变量的重要性得分,去除那些贡献较小甚至无关紧要的因素后再重新训练模型。此操作不仅优化了计算效率还可能进一步提升性能表现。 ```python import numpy as np feature_importances = rf_model.feature_importances_ indices = np.argsort(feature_importances)[::-1] # Select top k features based on importance scores selected_features = indices[:k] X_selected = X[:, selected_features] ``` 需要注意的是上述措施并非传统意义上的“剪枝”,而是通过对超参数调整达到类似目的的方式改进随机森林结构。实际上,因为随机森林本身具备良好的抗噪能力鲁棒特性,所以在大多数应用场景下没有必要刻意追求复杂的后剪枝流程。
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