【Deep learning AI】梯度检测Gradient Checking

本文详细介绍了梯度检测技术的工作原理及其在神经网络中的应用。通过对比正向传播和反向传播得到的梯度,确保梯度计算的准确性。文中还提供了一个Python实现的示例代码,帮助读者理解如何进行梯度检测。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

有时候我们不知道我们的后向传播是否写得正确,这时候我们就要使用梯度检测技术来帮我们测试一下。


其数学依据为导数的定义



当eposilon趋于0时,便是J对θ的导数了


N维的梯度检测

我们的参数矩阵储存在python的 一个叫做parameters 的dict中,我们需要将其转换成一个向量


将其矩阵中的每一个值都放入向量之中

计算J_plus[i]的步骤

1.令θ+ = np.copy(value)   深复制整个向量

2.θ+ = θ+  + epslion

3.使用 计算J_plus[i]

4.对J_minus[i] 使用相同的步骤

5.对每一个参数都计算其估算梯度


6.计算其差别


利用np.linalg.norm(X,ord)计算其范数

当差别<10^-7 时说明梯度下降得正确



def gradient_check_n(parameters, gradients, x, y, epsilon = 1e-7):
    """
    Checks if backward_propagation_n computes correctly the gradient of the cost output by forward_propagation_n
    
    Arguments:
    parameters -- python dictionary containing your parameters "W1", "b1", "W2", "b2", "W3", "b3":
    grad -- output of backward_propagation_n, contains gradients of the cost with respect to the parameters. 
    x -- input datapoint, of shape (input size, 1)
    y -- true "label"
    epsilon -- tiny shift to the input to compute approximated gradient with formula(1)
    
    Returns:
    difference -- difference (2) between the approximated gradient and the backward propagation gradient
    """
    
    # Set-up variables
    parameters_values, _ = dictionary_to_vector(parameters)
    grad = gradients_to_vector(gradients)
    num_parameters = parameters_values.shape[0]
    J_plus = np.zeros((num_parameters, 1))
    J_minus = np.zeros((num_parameters, 1))
    gradapprox = np.zeros((num_parameters, 1))
    
    # Compute gradapprox
    for i in range(num_parameters):
        

        # Compute J_plus[i]. Inputs: "parameters_values, epsilon". Output = "J_plus[i]".
        # "_" is used because the function you have to outputs two parameters but we only care about the first one
        ### START CODE HERE ### (approx. 3 lines)
        thetaplus = np.copy(parameters_values)                                      # Step 1
        thetaplus[i][0] = thetaplus[i][0] + epsilon                                # Step 2
        J_plus[i], _ = forward_propagation_n(X, Y, vector_to_dictionary(thetaplus))                                   # Step 3
        ### END CODE HERE ###

        # Compute J_minus[i]. Inputs: "parameters_values, epsilon". Output = "J_minus[i]".
        ### START CODE HERE ### (approx. 3 lines)
        thetaminus = np.copy(parameters_values)                                     # Step 1
        thetaminus[i][0] = thetaminus[i][0] - epsilon                               # Step 2        
        J_minus[i], _ = forward_propagation_n(X, Y, vector_to_dictionary(thetaminus))                                  # Step 3
        ### END CODE HERE ###

        # Compute gradapprox[i]
        ### START CODE HERE ### (approx. 1 line)
        gradapprox[i] = (J_plus[i] - J_minus[i]) / (2 * epsilon)
        ### END CODE HERE ###

    # Compare gradapprox to backward propagation gradients by computing difference.
    ### START CODE HERE ### (approx. 1 line)
#     print("grad: {}".format(grad))
#     print("gradapprox: {}".format(gradapprox))
    numerator = np.linalg.norm(grad-gradapprox, ord=2)                                           # Step 1'
    denominator = np.linalg.norm(grad, ord=2) + np.linalg.norm(gradapprox, ord=2)                                         # Step 2'
    difference = numerator / denominator                                        # Step 3'
    ### END CODE HERE ###

    if difference > 1e-7:
        print ("\033[93m" + "There is a mistake in the backward propagation! difference = " + str(difference) + "\033[0m")
    else:
        print ("\033[92m" + "Your backward propagation works perfectly fine! difference = " + str(difference) + "\033[0m")
    
    return difference

梯度检测十分缓慢,在训练模型的过程中我们不使用梯度检测,只有在少数迭代的情况下进行检测。

同时梯度检测不适合使用在Drop out之中。

我们使用BP求得梯度之后再用梯度检测进行检验,再对神经层进行Drop out处理


评论 2
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值