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前言
一、什么叫优化器
用于优化模型的参数。在选择优化器时,需要考虑模型的结构、模型的数据量、模型的目标函数等因素。
优化器是一种算法,用于训练模型并使模型的损失最小化。它通过不断更新模型的参数来实现这一目的。
优化器通常用于深度学习模型,因为这些模型通常具有大量可训练参数,并且需要大量数据和计算来优化。优化器通过不断更新模型的参数来拟合训练数据,从而使模型在新数据上表现良好。
二、优化器的种类介绍
1、SGD(Stochastic Gradient Descent)
SGD是一种经典的优化器,用于优化模型的参数。SGD的基本思想是,通过梯度下降的方法,不断调整模型的参数,使模型的损失函数最小化。SGD的优点是实现简单、效率高,缺点是收敛速度慢、容易陷入局部最小值。
通过如下的方式来更新模型的参数:
其中,t$次迭代时的参数值, 表示学习率,表示损失函数关于模型参数的梯度。
在PyTorch中,可以使用torch.optim.SGD类
来实现SGD。
# 定义模型
model = ...
# 定义优化器
optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.1)
# 训练模型
for inputs, labels in dataset:
# 计算损失函数
outputs = model(inputs)
loss = ...
# 计算梯度
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
# 更新参数
optimizer.step()
首先定义了模型,然后定义了SGD优化器,并指定了学习率为0.1。接着,通过循环迭代数据集,计算损失函数和梯度,并更新模型的参数。通过这样的方式,就可以在PyTorch中使用SGD来训练模型了。
2、Adam
Adam是一种近似于随机梯度下降的优化器,用于优化模型的参数。Adam的基本思想是,通过维护模型的梯度和梯度平方的一阶动量和二阶动量,来调整模型的参数。Adam的优点是计算效率高,收敛速度快,缺点是需要调整超参数。
其中,和分别表示梯度的一阶动量和二阶动量,表示模型在第次迭代时的梯度,和是超参数。
其中,表示模型在第次迭代时的参数值,表示学习率,和分别表示梯度的一阶动量和二阶动量,是一个小常数,用于防止分母为0。
在PyTorch中,可以使用torch.optim.Adam类
来实现Adam。
# 定义模型
model = ...
# 定义优化器
optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=0.1, betas=(0.9, 0.999))
# 训练模型
for inputs, labels in dataset:
# 计算损失函数
outputs = model(inputs)
loss = ...
# 计算梯度
optimizer.zero_grad()
loss.backward()
# 更新参数
optimizer.step()
上面的代码中,首先定义了模型,然后定义了Adam优化器,并指定了学习率为0.1,和的值分别为0.9和0.999。接着,通过循环迭代数据集,计算损失函数和梯度,并更新模型的参数。通过这样的方式,就可以在PyTorch中使用Adam来训练模型了。
3、RMSprop(Root Mean Square Propagation)
RMSprop是一种改进的随机梯度下降优化器,用于优化模型的参数。RMSprop的基本思想是,通过维护模型的梯度平方的指数加权平均,来调整模型的参数。RMSprop的优点是收敛速度快,缺点是计算复杂度高,需要调整超参数。
具体来说,RMSprop优化算法的公式如下:
其中,表示模型在第次迭代中的梯度的平方和,表示模型在第次迭代中的参数值,表示梯度的指数衰减率,表示学习率,表示一个小常数,用于防止除数为0。
在PyTorch中,可以使用torch.optim.Adam类
来实现Adam。
import torch
# 定义模型
model = MyModel()
# 如果可用则model移至GPU
if torch.cuda.is_available():
model = model.cuda()
# 设定训练模式
model.train()
# 定义 RMSprop 优化器
optimizer = torch.optim.RMSprop(model.parameters(), lr=0.01)
# 循环训练
for input, target in dataset:
# 如果可用则将input、target移至GPU
if torch.cuda.is_available():
input = input.cuda()
target = target.cuda()
# 前向传递:通过将输入传递给模型来计算预测输出
output = model(input)
# 计算损失
loss = loss_fn(output, target)
# 清除所有优化变量的梯度
optimizer.zero_grad()
# 反向传递:计算损失相对于模型参数的梯度
loss.backward()
# 执行单个优化步骤(参数更新)
optimizer.step()
上面的代码中,首先定义了模型,并将其转换为训练模式。然后定义了RMSprop优化器,并指定了要优化的模型参数,学习率为0.1,的值为0.9。接着,通过循环迭代数据集,计算损失函数和梯度,并更新模型的参数。通过这样的方式,就可以在PyTorch中使用RMSprop来训练模型了。
总结
除了上面提到的三种优化器,PyTorch还提供了多种优化器,比如Adadelta、Adagrad、AdamW、SparseAdam等。要使用优化器,需要定义模型并转换为训练模式,然后定义优化器并指定要优化的模型参数和学习率。在训练循环中,每次迭代都要计算模型的损失,然后使用优化器来更新模型参数。选择优化器时,需要根据实际情况选择合适的优化器。另外,优化器的超参数也需要适当调整,以获得较好的优化效果。
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