损失地形

模型究竟是如何学习的——从原始梯度下降到Adam

损失地形指的是 L(θ) 在参数空间上的形状。对神经网络来说,这个形状是高维且非凸的:它有大片平坦的区域,也有陡峭弯曲的区域;有一些鞍点,在某些方向上升,在另一些方向下降;还有许多彼此分离、但常常又相互连通的低损失区域。

你无法直接把真实的地形画出来,但你可以推理它的局部几何:梯度、曲率、噪声,以及不同优化器如何在其中移动。

经过强风吹拂后的沙丘地带,有大片平坦的斑块,也有锋利的脊线,还有从一个方向看起来是平的、从另一个方向看却是有坡度的路径。损失地形也有同样的问题:局部形状取决于方向。你可以在下面的图中亲手构造出这种最重要的形状:滑动两个曲率,直到一个为正、一个为负。那就是一个鞍:沿一条线是平的,沿另一条线是有坡度的,而这正是在高维地形中占主导地位的那种驻点。

在机器学习中的应用损失地形的思维方式解释了为什么初始化、归一化、批量大小、学习率调度、动量和 Adam 要放在一起考虑。它们做的不只是降低一个数字;它们塑造的是在一片高维地形中的行进路径。
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