深度学习调参技巧

• 最近跑Unet网络进行遥感图像的分割；代码跑通了，但是效果不理想，开始分析实验epoch,调一些参数
• 神经网络梯度与归一化问题总结+highway network、ResNet的思考

1.样本要随机化，防止大数据淹没小数据

2.样本要做归一化。关于归一化的好处请参考：为何需要归一化处理
3.激活函数要视样本输入选择(多层神经网络一般使用relu)
4.mini batch很重要，几百是比较合适的(很大数据量的情况下)
5.学习速率(learning rate)很重要，比如一开始可以lr设置为0.01，然后运行到loss不怎么降的时候，学习速率除以10，接着训练
6.权重初始化，可用高斯分布乘上一个很小的数，这个可以看：权值初始化

7.Adam收敛速度的确要快一些，可结果往往没有sgd + momentum的解好（如果模型比较复杂的话，sgd是比较难训练的，这时候adam的威力就体现出来了）

8.Dropout的放置位置以及大小非常重要

9.early stop，发现val_loss没更新，就尽早停止

知乎讨论：https://www.zhihu.com/question/41631631

• loss曲线震荡分析

• update 2018-07-07-17:12:21

 总结：

        1）batch数太小，而类别又比较多的时候，可能会导致loss函数震荡而不收敛，尤其是在你的网络比较复杂的时候。

        2）随着batchsize增大，处理相同的数据量的速度越快。

        3）随着batchsize增大，达到相同精度所需要的epoch数量越来越多。

        4）由于上述两种因素的矛盾， Batch_Size 增大到某个时候，达到时间上的最优。

        5）过大的batchsize的结果是网络很容易收敛到一些不好的局部最优点。同样太小的batch也存在一些问题，比如训练速度很慢，训练不容易收敛等。

        6）具体的batch size的选取和训练集的样本数目相关

三大CV的方法

Hold-Out Method

方法：将原始数据随机分为两组,一组做为训练集,一组做为验证集,利用训练集训练分类器,然后利用验证集验证模型,记录最后的分类准确率为此Hold-OutMethod下分类器的性能指标.。Hold-OutMethod相对于K-fold Cross Validation 又称Double cross-validation ，或相对K-CV称 2-fold cross-validation(2-CV)
优点：好处的处理简单,只需随机把原始数据分为两组即可
缺点：严格意义来说Hold-Out Method并不能算是CV,因为这种方法没有达到交叉的思想,由于是随机的将原始数据分组,所以最后验证集分类准确率的高低与原始数据的分组有很大的关系,所以这种方法得到的结果其实并不具有说服性.(主要原因是 训练集样本数太少，通常不足以代表母体样本的分布，导致 test 阶段辨识率容易出现明显落差。此外，2-CV 中一分为二的分子集方法的变异度大，往往无法达到「实验过程必须可以被复制」的要求。)

K-fold Cross Validation(记为K-CV)

方法：作为1)的演进，将原始数据分成K组(一般是均分),将每个子集数据分别做一次验证集,其余的K-1组子集数据作为训练集,这样会得到K个模型,用这K个模型最终的验证集的分类准确率的平均数作为此K-CV下分类器的性能指标.K一般大于等于2,实际操作时一般从3开始取,只有在原始数据集合数据量小的时候才会尝试取2. 而K-CV 的实验共需要建立 k 个models，并计算 k 次 test sets 的平均辨识率。在实作上，k 要够大才能使各回合中的 训练样本数够多，一般而言 k=10 (作为一个经验参数)算是相当足够了。
xv folds 交叉验证
A 5-fold cross validation method
优点：K-CV可以有效的避免过学习以及欠学习状态的发生,最后得到的结果也比较具有说服性.
缺点：K值选取上

Leave-One-Out Cross Validation(记为LOO-CV)

方法：如果设原始数据有N个样本,那么LOO-CV就是N-CV,即每个样本单独作为验证集,其余的N-1个样本作为训练集,所以LOO-CV会得到N个模型,用这N个模型最终的验证集的分类准确率的平均数作为此下LOO-CV分类器的性能指标.
优点：相比于前面的K-CV,LOO-CV有两个明显的优点：a.每一回合中几乎所有的样本皆用于训练模型,因此最接近原始样本的分布,这样评估所得的结果比较可靠。 b. 实验过程中没有随机因素会影响实验数据,确保实验过程是可以被复制的.
缺点：计算成本高,因为需要建立的模型数量与原始数据样本数量相同,当原始数据样本数量相当多时,LOO-CV在实作上便有困难几乎就是不显示,除非每次训练分类器得到模型的速度很快,或是可以用并行化计算减少计算所需的时间.
在模式识别与机器学习的相关研究中，经常会将 数据集分为 训练集与测试集 这两个子集，前者用以建立 模式，后者则用来评估该 模式对未知样本进行预测时的精确度，正规的说法是 generalization ability(泛化能力)

数据集分割原则

交叉验证在，原始数据集分割为训练集与测试集，必须遵守两个要点：
训练集中样本数量必须够多，一般至少大于总样本数的 50%。
两组子集必须从完整集合中均匀取样。
其中第 2 点特别重要，均匀取样的目的是希望减少 训练集/测试集 与完整集合之间的偏差(bias)，但却也不易做到。一般的作法是随机取样，当样本数量足够时，便可达到均匀取样的效果。然而随机也正是此作法的盲点，也是经常是可以在数据上做手脚的地方。举例来说，当辨识率不理想时，便重新取样一组训练集 与测试集，直到测试集的辨识率满意为止，但严格来说便算是作弊。