代码来源:https://github.com/eriklindernoren/ML-From-Scratch

卷积神经网络中卷积层Conv2D(带stride、padding)的具体实现:https://www.cnblogs.com/xiximayou/p/12706576.html

激活函数的实现(sigmoid、softmax、tanh、relu、leakyrelu、elu、selu、softplus):https://www.cnblogs.com/xiximayou/p/12713081.html

损失函数定义(均方误差、交叉熵损失):https://www.cnblogs.com/xiximayou/p/12713198.html

先看下优化器实现的代码:

import numpy as np
from mlfromscratch.utils import make_diagonal, normalize # Optimizers for models that use gradient based methods for finding the
# weights that minimizes the loss.
# A great resource for understanding these methods:
# http://sebastianruder.com/optimizing-gradient-descent/index.html class StochasticGradientDescent():
def __init__(self, learning_rate=0.01, momentum=0):
self.learning_rate = learning_rate
self.momentum = momentum
self.w_updt = None def update(self, w, grad_wrt_w):
# If not initialized
if self.w_updt is None:
self.w_updt = np.zeros(np.shape(w))
# Use momentum if set
self.w_updt = self.momentum * self.w_updt + (1 - self.momentum) * grad_wrt_w
# Move against the gradient to minimize loss
return w - self.learning_rate * self.w_updt class NesterovAcceleratedGradient():
def __init__(self, learning_rate=0.001, momentum=0.4):
self.learning_rate = learning_rate
self.momentum = momentum
self.w_updt = np.array([]) def update(self, w, grad_func):
# Calculate the gradient of the loss a bit further down the slope from w
approx_future_grad = np.clip(grad_func(w - self.momentum * self.w_updt), -1, 1)
# Initialize on first update
if not self.w_updt.any():
self.w_updt = np.zeros(np.shape(w)) self.w_updt = self.momentum * self.w_updt + self.learning_rate * approx_future_grad
# Move against the gradient to minimize loss
return w - self.w_updt class Adagrad():
def __init__(self, learning_rate=0.01):
self.learning_rate = learning_rate
self.G = None # Sum of squares of the gradients
self.eps = 1e-8 def update(self, w, grad_wrt_w):
# If not initialized
if self.G is None:
self.G = np.zeros(np.shape(w))
# Add the square of the gradient of the loss function at w
self.G += np.power(grad_wrt_w, 2)
# Adaptive gradient with higher learning rate for sparse data
return w - self.learning_rate * grad_wrt_w / np.sqrt(self.G + self.eps) class Adadelta():
def __init__(self, rho=0.95, eps=1e-6):
self.E_w_updt = None # Running average of squared parameter updates
self.E_grad = None # Running average of the squared gradient of w
self.w_updt = None # Parameter update
self.eps = eps
self.rho = rho def update(self, w, grad_wrt_w):
# If not initialized
if self.w_updt is None:
self.w_updt = np.zeros(np.shape(w))
self.E_w_updt = np.zeros(np.shape(w))
self.E_grad = np.zeros(np.shape(grad_wrt_w)) # Update average of gradients at w
self.E_grad = self.rho * self.E_grad + (1 - self.rho) * np.power(grad_wrt_w, 2) RMS_delta_w = np.sqrt(self.E_w_updt + self.eps)
RMS_grad = np.sqrt(self.E_grad + self.eps) # Adaptive learning rate
adaptive_lr = RMS_delta_w / RMS_grad # Calculate the update
self.w_updt = adaptive_lr * grad_wrt_w # Update the running average of w updates
self.E_w_updt = self.rho * self.E_w_updt + (1 - self.rho) * np.power(self.w_updt, 2) return w - self.w_updt class RMSprop():
def __init__(self, learning_rate=0.01, rho=0.9):
self.learning_rate = learning_rate
self.Eg = None # Running average of the square gradients at w
self.eps = 1e-8
self.rho = rho def update(self, w, grad_wrt_w):
# If not initialized
if self.Eg is None:
self.Eg = np.zeros(np.shape(grad_wrt_w)) self.Eg = self.rho * self.Eg + (1 - self.rho) * np.power(grad_wrt_w, 2) # Divide the learning rate for a weight by a running average of the magnitudes of recent
# gradients for that weight
return w - self.learning_rate * grad_wrt_w / np.sqrt(self.Eg + self.eps) class Adam():
def __init__(self, learning_rate=0.001, b1=0.9, b2=0.999):
self.learning_rate = learning_rate
self.eps = 1e-8
self.m = None
self.v = None
# Decay rates
self.b1 = b1
self.b2 = b2 def update(self, w, grad_wrt_w):
# If not initialized
if self.m is None:
self.m = np.zeros(np.shape(grad_wrt_w))
self.v = np.zeros(np.shape(grad_wrt_w)) self.m = self.b1 * self.m + (1 - self.b1) * grad_wrt_w
self.v = self.b2 * self.v + (1 - self.b2) * np.power(grad_wrt_w, 2) m_hat = self.m / (1 - self.b1)
v_hat = self.v / (1 - self.b2) self.w_updt = self.learning_rate * m_hat / (np.sqrt(v_hat) + self.eps) return w - self.w_updt

这里导入了了mlfromscratch.utils中的make_diagonal, normalize函数,它们在data_manipulation.py中。但是好像没有用到,还是去看一下这两个函数:

def make_diagonal(x):
""" Converts a vector into an diagonal matrix """
m = np.zeros((len(x), len(x)))
for i in range(len(m[0])):
m[i, i] = x[i]
return m
def normalize(X, axis=-1, order=2):
""" Normalize the dataset X """
l2 = np.atleast_1d(np.linalg.norm(X, order, axis))
l2[l2 == 0] = 1
return X / np.expand_dims(l2, axis)

make_diagonal()的作用是将x中的元素变成对角元素。

normalize()函数的作用是正则化。

补充:

  • np.linalg.norm(x, ord=None, axis=None, keepdims=False):需要注意ord的值表示的是范数的类型。
  • np.atleast_1d():改变维度,将输入直接视为1维,比如np.atleast_1d([1])的输出就是[1]
  • np.expand_dims():用于扩展数组的维度,要深入了解还是得去查一下。

然后再看看优化器的实现,以最常用的随机梯度下降为例:

class StochasticGradientDescent():
def __init__(self, learning_rate=0.01, momentum=0):
self.learning_rate = learning_rate
self.momentum = momentum
self.w_updt = None def update(self, w, grad_wrt_w):
# If not initialized
if self.w_updt is None:
self.w_updt = np.zeros(np.shape(w))
# Use momentum if set
self.w_updt = self.momentum * self.w_updt + (1 - self.momentum) * grad_wrt_w
# Move against the gradient to minimize loss
return w - self.learning_rate * self.w_updt

直接看带动量的随机梯度下降公式:

这里的β就是动量momentum的值,一般取值是0.9。正好是对应上面的公式,最后更新W和b就是:

其中 α就表示学习率learning_rate。

至于不同优化器之间的优缺点就不在本文的考虑追之中了,可以自行去查下。

【python实现卷积神经网络】优化器的实现(SGD、Nesterov、Adagrad、Adadelta、RMSprop、Adam)的更多相关文章

  1. 各种优化器对比--BGD/SGD/MBGD/MSGD/NAG/Adagrad/Adam

    指数加权平均 (exponentially weighted averges) 先说一下指数加权平均, 公式如下: \[v_{t}=\beta v_{t-1}+(1-\beta) \theta_{t} ...

  2. 各种优化方法总结比较(sgd/momentum/Nesterov/adagrad/adadelta)

    前言 这里讨论的优化问题指的是,给定目标函数f(x),我们需要找到一组参数x,使得f(x)的值最小. 本文以下内容假设读者已经了解机器学习基本知识,和梯度下降的原理. Batch gradient d ...

  3. 基于Python的卷积神经网络和特征提取

    基于Python的卷积神经网络和特征提取 用户1737318发表于人工智能头条订阅 224 在这篇文章中: Lasagne 和 nolearn 加载MNIST数据集 ConvNet体系结构与训练 预测 ...

  4. 深度学习笔记:优化方法总结(BGD,SGD,Momentum,AdaGrad,RMSProp,Adam)

    深度学习笔记:优化方法总结(BGD,SGD,Momentum,AdaGrad,RMSProp,Adam) 深度学习笔记(一):logistic分类 深度学习笔记(二):简单神经网络,后向传播算法及实现 ...

  5. 【python实现卷积神经网络】开始训练

    代码来源:https://github.com/eriklindernoren/ML-From-Scratch 卷积神经网络中卷积层Conv2D(带stride.padding)的具体实现:https ...

  6. 【python实现卷积神经网络】卷积层Conv2D反向传播过程

    代码来源:https://github.com/eriklindernoren/ML-From-Scratch 卷积神经网络中卷积层Conv2D(带stride.padding)的具体实现:https ...

  7. 【python实现卷积神经网络】全连接层实现

    代码来源:https://github.com/eriklindernoren/ML-From-Scratch 卷积神经网络中卷积层Conv2D(带stride.padding)的具体实现:https ...

  8. 【python实现卷积神经网络】批量归一化层实现

    代码来源:https://github.com/eriklindernoren/ML-From-Scratch 卷积神经网络中卷积层Conv2D(带stride.padding)的具体实现:https ...

  9. 【python实现卷积神经网络】池化层实现

    代码来源:https://github.com/eriklindernoren/ML-From-Scratch 卷积神经网络中卷积层Conv2D(带stride.padding)的具体实现:https ...

随机推荐

  1. 关于ATL生成COM注册失败解决方法

    最近搞C++封装研究了下COM 做最后整理打包的时候发现各种问题引发的注册失败,so整理下备忘. 1.因引用其它动态连接库与你注册的dll不在同一目录下引起的异常.(解决方法将依赖dll放置与注册dl ...

  2. 零售CRM系统开发的核心功能

    在零售行业中,客户关系管理系统是一个包含销售,市场营销和客户服务流程的中央枢纽.它为企业所有者提供了一种可以结合所有与销售有关的问题并管理销售流程的有效工具.零售CRM可以留住客户,提供个性化的一流客 ...

  3. angualrjs 总结 随记(一)

    $apply方法的作用 $apply方法是用来触发脏检查,它在控制器里监听一个变量,每当这个变量的值改变的时候,它会去与最初的值做一次比较,然后HTML页面就会及时更新该变量的值(将最新的值赋值到ht ...

  4. canvas绘制流星雨特效

    源码: <!DOCTYPE html><html> <head> <meta charset="utf-8"> <meta n ...

  5. ajax结合sweetalert弹出框删除数据

    思路:

  6. mysql两表合并,对一列数据进行处理

    加班一时爽,一直加班~一直爽~  欢迎收看http://www.996.icu/ 今天弄了下MySQL中两表合并的并且要处理一列数据,这列数据原来都是小写字母,处理时将这列数据改成驼峰命名的~~ 基本 ...

  7. 计算机视觉基本原理——RANSAC

    公众号[视觉IMAX]第31篇原创文章 一 前言 对于上一篇文章——一分钟详解「本质矩阵」推导过程中,如何稳健地估计本质矩阵或者基本矩阵呢?正是这篇文章重点介绍的内容. 基本矩阵求解方法主要有: 1) ...

  8. sql 模块sqllit

    1.创建数据库表 面对 SQLite 数据库,我们之前熟悉的 SQL 指令都可以用: >>> create_table = "create table books (tit ...

  9. 【tensorflow2.0】处理结构化数据-titanic生存预测

    1.准备数据 import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt import tensorflow as t ...

  10. [vijos1159&洛谷1494]岳麓山上打水<迭代深搜>

    题目链接:https://vijos.org/p/1159 https://www.luogu.org/problem/show?pid=1494 这是今天的第三道迭代深搜的题,虽然都是迭代深搜的模板 ...