pytorch adam 源码 关于优化函数的调整 optimizer 调参 重点

关于优化函数的调整
拆下包：https://ptorch.com/docs/1/optim

class torch.optim.Optimizer(params, defaults)
所有优化的基类.

参数：

params (iterable) —— 可迭代的Variable 或者 dict。指定应优化哪些变量。
defaults-(dict)：包含优化选项的默认值的dict（一个参数组没有指定的参数选项将会使用默认值）。
load_state_dict(state_dict)
加载optimizer状态

参数：

state_dict (dict) —— optimizer的状态。应该是state_dict()调用返回的对象。
state_dict()
将优化器的状态返回为一个dict。

它包含两个内容：

state - 持有当前optimization状态的dict。它包含了 优化器类之间的不同。
param_groups - 一个包含了所有参数组的dict。
step(closure)
执行单个优化步骤（参数更新）。

不同的优化算子
参考：莫烦大神视频，传送门不给直接百度搜就好；

首先给出基本的四种更换优化算子的代码：

SGD 就是随机梯度下降

opt_SGD = torch.optim.SGD(net_SGD.parameters(), lr=LR)

momentum 动量加速,在SGD函数里指定momentum的值即可

opt_Momentum = torch.optim.SGD(net_Momentum.parameters(), lr=LR, momentum=0.8)

RMSprop 指定参数alpha

opt_RMSprop = torch.optim.RMSprop(net_RMSprop.parameters(), lr=LR, alpha=0.9)

Adam 参数betas=(0.9, 0.99)

opt_Adam = torch.optim.Adam(net_Adam.parameters(), lr=LR, betas=(0.9, 0.99))
#再看下官方文档
class torch.optim.Adam(params, lr=0.001, betas=(0.9, 0.999), eps=1e-08, weight_decay=0)[source]
实现Adam算法。
它在Adam: A Method for Stochastic Optimization中被提出。

#参数：

params (iterable) – 用于优化的可以迭代参数或定义参数组
lr (float, 可选) – 学习率（默认：1e-3）
betas (Tuple[float, float], 可选) – 用于计算梯度运行平均值及其平方的系数（默认：0.9，    0.999）
eps (float, 可选) – 增加分母的数值以提高数值稳定性（默认：1e-8）
weight_decay (float, 可选) – 权重衰减（L2范数）（默认: 0）
step(closure)  #执行单个优化步骤。

#参数：

closure (callable,可选) – 重新评估模型并返回损失的闭包。

注意：momentum是梯度下降法中一种常用的加速技术。对于一般的SGD，其表达式为,沿负梯度方向下降。而带momentum项的SGD则写生如下形式：

其中即momentum系数，通俗的理解上面式子就是，如果上一次的momentum（即）与这一次的负梯度方向是相同的，那这次下降的幅度就会加大，所以这样做能够达到加速收敛的过程。

关于学习率的调整
首先在一开始的时候我们可以给我们的神经网络附一个“经验性”的学习率：

lr=1e-3 #SGD

lr=1e-3 #Adam一般要求学习率比较小

接着，假设对于不同层想给予不同的学习率怎么办呢？

参考：https://www.cnblogs.com/hellcat/p/8496727.html

# 直接对不同的网络模块制定不同学习率 classifiter的学习率设置为1e-2，所有的momentum=0.9

optimizer = optim.SGD([{‘params’: net.features.parameters()}, # 默认lr是1e-5
{‘params’: net.classifiter.parameters(), ‘lr’: 1e-2}], lr=1e-5，momentum=0.9)

##=======================以层为单位，为不同层指定不同的学习率

## 提取指定层对象为classifiter模块的第0个和第3个

special_layers = t.nn.ModuleList([net.classifiter[0], net.classifiter[3]])

## 获取指定层参数id

special_layers_params = list(map(id, special_layers.parameters()))
print(special_layers_params)

## 获取非指定层的参数id

base_params = filter(lambda p: id§ not in special_layers_params, net.parameters())
optimizer = t.optim.SGD([{‘params’: base_params},
{‘params’: special_layers.parameters(), ‘lr’: 0.01}], lr=0.001)
当你发现你的loss在训练过程中居然还上升了，那么一般来讲，是你此时的学习率设置过大了。这时候我们需要动态调整我们的学习率：

def adjust_learning_rate(optimizer, epoch, t=10):
“”“Sets the learning rate to the initial LR decayed by 10 every t epochs，default=10"”"
new_lr = lr * (0.1 ** (epoch // t))
for param_group in optimizer.param_groups:
param_group[‘lr’] = new_lr
官方文档中还给出用

torch.optim.lr_scheduler 基于循环的次数提供了一些方法来调节学习率.

torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau 基于验证测量结果来设置不同的学习率.

参考：https://ptorch.com/docs/1/optim

其他调参的策略
1.L2-正则化防止过拟合

weight decay（权值衰减），其最终目的是防止过拟合。在机器学习或者模式识别中，会出现overfitting，而当网络逐渐overfitting时网络权值逐渐变大，因此，为了避免出现overfitting,会给误差函数添加一个惩罚项，常用的惩罚项是所有权重的平方乘以一个衰减常量之和。其用来惩罚大的权值。在损失函数中，weight decay是放在正则项（regularization）前面的一个系数，正则项一般指示模型的复杂度，所以weight decay的作用是调节模型复杂度对损失函数的影响，若weight decay很大，则复杂的模型损失函数的值也就大。

这个在定义优化器的时候可以通过参数 【weight_decay，一般建议0.0005】来设置：

opt_Adam = torch.optim.Adam(net_Adam.parameters(), lr=LR, betas=(0.9, 0.99), eps=1e-06, weight_decay=0.0005)
2、batch normalization。batch normalization的是指在神经网络中激活函数的前面，将按照特征进行normalization，这样做的好处有三点：

提高梯度在网络中的流动。Normalization能够使特征全部缩放到[0,1]，这样在反向传播时候的梯度都是在1左右，避免了梯度消失现象。
提升学习速率。归一化后的数据能够快速的达到收敛。
减少模型训练对初始化的依赖。
减少参数选择的依赖
一些通常的解释：https://blog.csdn.net/hjimce/article/details/50866313

3、加入dropout层：dropout一般设置为0.5

4、集成方法

最后，在训练过程中关于loss的一些说明:

参考：https://blog.csdn.net/LIYUAN123ZHOUHUI/article/details/74453980
1 train loss 不断下降,test loss 不断下降,说明网络正在学习
2 train loss 不断下降,test loss 趋于不变,说明网络过拟合
3 train loss 趋于不变,test loss 趋于不变,说明学习遇到瓶颈,需要减小学习率或者批处理大小
4 train loss 趋于不变,test loss 不断下降,说明数据集100%有问题
5 train loss 不断上升,test loss 不断上升(最终变为NaN),可能是网络结构设计不当,训练超参数设置不当,程序bug等某个问题引起

作者：angnuan123
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/angnuan123/article/details/81604727
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