深度学习——梯度下降算法、随机梯度下降算法及实例(B站刘二大人P3学习笔记)

 梯度下降算法

       以模型 y=x*w为例,梯度下降算法就是一种训练参数 w 到最佳值的一种算法,w 每次变化的趋势由 a(学习率:一种超参数,由人手动设置调节),以及cost 的导数来决定,具体公式如下:  

: 此时cost函数是指所有的损失函数之和

针对模型 y=x*w 的梯度下降算法的公式化简如下:

深度学习——梯度下降算法、随机梯度下降算法及实例(B站刘二大人P3学习笔记)_第1张图片

 根据化简之后的公式,就可以编写代码,对 w 进行训练,具体代码如下:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x_data = [1.0, 2.0, 3.0]
y_data = [2.0, 4.0, 6.0]

w = 1.0


def forward(x):
    return x * w


def cost(xs, ys):
    cost = 0
    for x, y in zip(xs, ys):
        y_pred = forward(x)
        cost += (y_pred - y) ** 2
        return cost / len(xs)


def gradient(xs, ys):
    grad = 0
    for x, y in zip(xs, ys):
        grad += 2 * x * (x * w - y)
        return grad / len(xs)


print('训练前的预测', 4, forward(4))

cost_list = []
epoch_list = []
# 开始训练(100次训练)
for epoch in range(150):
    epoch_list.append(epoch)
    cost_val = cost(x_data, y_data)
    cost_list.append(cost_val)
    grad_val = gradient(x_data, y_data)
    w -= 0.1 * grad_val
    print('Epoch:', epoch, 'w=', w, 'loss=', cost_val)

print('训练之后的预测', 4, forward(4))

# 画图

plt.plot(epoch_list, cost_list)
plt.ylabel('Cost')
plt.xlabel('Epoch')
plt.show()

 运行截图如图所示:

深度学习——梯度下降算法、随机梯度下降算法及实例(B站刘二大人P3学习笔记)_第2张图片

 Epoch是训练次数,Cost是误差,可以看到随着训练次数的增加,误差越来越小,趋近于0.

 

随机梯度下降算法

       随机梯度下降算法与梯度下降算法的不同之处在于,随机梯度下降算法不再计算损失函数之和的导数,而是随机选取任一随机函数计算导数,随机的决定 w 下次的变化趋势,具体公式变化如图:

深度学习——梯度下降算法、随机梯度下降算法及实例(B站刘二大人P3学习笔记)_第3张图片

 具体代码如下:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

x_data = [1.0, 2.0, 3.0]
y_data = [2.0, 4.0, 6.0]

w = 1.0


def forward(x):
    return x * w


def lost(x, y):
    y_pred = forward(x)
    return (y_pred - y) ** 2


def gradient(x, y):
    return 2 * x * (x * w - y)


print('训练前的预测', 4, forward(4))

epoch_list=[]
w_list=[]
# 开始训练(100次训练)
for epoch in range(100):
    for x, y in zip(x_data, y_data):
        epoch_list.append(epoch)
        grad = gradient(x, y)
        w -= 0.01 * grad
        w_list.append(w)
        l = lost(x, y)
        print('Epoch:', epoch, 'w=', w, 'loss=', l)

print('训练之后的预测', 4, forward(4))

# 画图
plt.plot(w_list, epoch_list)
plt.ylabel('Loss')
plt.xlabel('Epoch')
plt.show()

 运行截图如图所示:

深度学习——梯度下降算法、随机梯度下降算法及实例(B站刘二大人P3学习笔记)_第4张图片

 

 

 

 

 

 

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