TensorFlow——dropout和正则化的相关方法

1.dropout

dropout是一种常用的手段，用来防止过拟合的，dropout的意思是在训练过程中每次都随机选择一部分节点不要去学习，减少神经元的数量来降低模型的复杂度，同时增加模型的泛化能力。虽然会使得学习速度降低，因而需要合理的设置保留的节点数量。

在TensorFlow中dropout的函数原型如下：def dropout(x, keep_prob, noise_shape=None, seed=None, name=None)，各个参数的意义如下：

x：输入的模型节点

keep_prob：保持节点的比率，如果为1，则表示全部节点参与学习，如果为0.8，则表示丢弃20%的节点。

noise_shape：设置指定的x中参与dropout计算的维度，如果为None，则表示所有的维度都参与计算，也可以设定某个维度，例如：x的形状为[ n, len, w, ch]，使用noise_shape为[n, 1, 1, ch]，这表明会对x中的第二维度和第三维度进行dropout。

dropout改变了神经网络的网络结构，它仅仅是属于训练时的方法，所以在进行测试时要将dropout的keep_porb的值为1。

x = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784])
y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10])

keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)

w1 = tf.Variable(tf.random_normal([784, 30]))
b1 = tf.Variable(tf.zeros([30]))
w_h_1 = tf.add(tf.matmul(x, w1), b1)
w_h_r_1 = tf.nn.sigmoid(w_h_1)
w_h_r_drop_1 = tf.nn.dropout(w_h_r_1, keep_prob=keep_prob)

w2 = tf.Variable(tf.random_normal([30, 30]))
b2 = tf.Variable(tf.zeros([30]))
w_h_2 = tf.add(tf.matmul(w_h_r_drop_1, w2), b2)
w_h_r_2 = tf.nn.sigmoid(w_h_2)
w_h_r_drop_2 = tf.nn.dropout(w_h_r_2, keep_prob=keep_prob)

w3 = tf.Variable(tf.random_normal([30, 30]))
b3 = tf.Variable(tf.zeros([30]))
w_h_3 = tf.add(tf.matmul(w_h_r_drop_2, w3), b3)
w_h_r_3 = tf.nn.sigmoid(w_h_3)
w_h_r_drop_3 = tf.nn.dropout(w_h_r_3, keep_prob=keep_prob)

w4 = tf.Variable(tf.random_normal([30, 10]))
b4 = tf.Variable(tf.zeros([10]))
w_h_4 = tf.add(tf.matmul(w_h_r_drop_3, w4), b4)
w_h_r_4 = tf.nn.softmax(w_h_4)
pred = tf.nn.dropout(w_h_r_4, keep_prob=keep_prob)

cost = tf.reduce_mean(tf.reduce_sum(tf.square(pred - y)))

feed_dict={x:batch_xs, y:batch_ys, keep_prob:0.7}

2.正则化

正则化是在神经网络计算损失值的过程中，在损失后面再加上一项。这样损失值所代表的输出与标准结果间的误差就会受到干扰，导致学习参数w 和 b无法按照目标方向来调整，实现模型无法与样本完全拟合，从而达到防止过拟合的效果。正则化主要有L1和L2正则，如下：

L1:所有学习参数w的绝对值的和

L2:所有学习参数w的平方和然后求平方根。

如此，损失函数表达式如下：

在TensorFlow中，已经封装好了相应的函数，L2的正则化函数为：tf.nn.l2_loss(t, name=None)，L1的正则化函数需要自己组合，tf.reduce_sum(tf.abs(w))

L2 = tf.nn.l2_loss(w1) + tf.nn.l2_loss(w2) + tf.nn.l2_loss(w3) +tf.nn.l2_loss(w4)

cost = tf.reduce_mean(tf.reduce_sum(tf.square(pred - y))) + L2*0.01

在使用正则化的时候，我们为正则化项设置一个权重的系数，注意这个权重系数的值，可以通过不断尝试来确定权重系数的值。