正则化即几何

模型究竟是如何学习的——从原始梯度下降到Adam

正则化通常被介绍成加到损失上的一个惩罚项。从几何上看,它改变的是哪些参数向量被认为是“便宜”的,哪些是“昂贵”的。这会改变整个优化问题的形状。下面反复出现两个符号:R(θ) 代表惩罚项,λ(lambda)设定它的权重有多强。

两种最常见的惩罚表现不同:L2 会平滑地抑制大权重,而 L1 有棱角,可以把某些权重恰好推到零。

打包一个有严格重量限制的行李箱也是同样的形状。每件物品或许都有用,但重的物品会很快用掉重量预算。正则化让大的参数选择消耗更多预算,因此模型只有在收益足够大的时候,才会保留它们。图中说明了为什么这个预算值得拥有:随着模型灵活度增加,训练误差会持续下降,而验证误差最终会重新抬头。正则化就是那个能在拐点到来之前,把灵活度约束住的旋钮。

在机器学习中的应用神经网络中的权重衰减、回归中的岭回归和套索、范数约束、类似 dropout 的效果,以及提前停止,都是让训练偏向于泛化而不是单纯记忆的方式。
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