盒饭版算法之随机梯度下降方法(SGD)

之所以叫盒饭版算法,是希望能在最短时间讲一些没那么正式的东西。

在机器学习里,我们通常用优化方法来计算模型的未知参数,随机梯度下降方法(SGD)是其中一种优化方法。

下面这篇博客介绍了如何用SGD来获得一个线性模型。
https://machinelearningmastery.com/implement-linear-regression-stochastic-gradient-descent-scratch-python/

我截取其中一段来讲。这篇文章讲的SGD只能算是标准型,如果想了解更专业的,可以参考R语言的工具包sgd:
https://github.com/airoldilab/sgd/blob/master/README.md

SGD 的两个参数

SGD 有两个参数(对标准型而言):学习率(Learning Rate)和迭代次数(Epochs)。计算参数是一个比较费时的工作,有点像学英语,一天肯定学不会,每天只能学会一点,这个大概就是学习率。既然忘了,就得反复学,这就是迭代,有些人聪明,学一两年就学会了,有些人差一点,像我学了几十年,还没有训练出一个好的语言模型。

SGD之打铁循环

上图说,SGD有三个循环过程:1、把所有的迭代都循环一遍;2、每次迭代中把所有的训练数据循环一遍;3、每次用到一条训练数据时把所有的参数都更新一遍。

参数是怎么更新的呢?

参数更新依靠误差。误差从哪里来?今天想学100个单词,结果只学会了50个,误差就是没学会的那50个,第二天想把没学会的50个单词学会,结果记下了10个,误差缩小到40个,然后是第三天、第四天,运气好的时候,10天记下100个单词。像我把单词记在大脑内存里,睡前总是忘了存盘,第二天一早发现大脑内存清空了,昨天记的单词就都忘记了,偶尔我还是会存盘的,一年半载之后,还是会记住这100个单词的。

参数更新

每次参数更新除了和误差有关之外,还和学习率有关,而且每个参数是基于特定数据进行更新的,例如这里b1这个参数的更新基于某一输入变量x1,因为是线性模型,所以只有x1,如果是非线性模型,就可能是x1、x2...了。

还有一个特殊参数

还有一个特殊参数,叫做截距或偏差(bias)。这个bias的更新和其他参数的更新类似,只是不依赖任何输入变量。从这个角度讲,这个bias和机器学习里的偏差-方差分解(bias-variance decomposition)是不同的,大家学习的时候,不要混淆了。

有了循环框架和参数更新的策略,我们就能得到下面 SGD的程序。

SGD程序标准型python版

这个程序得在python3上运行,如果在python2运行的话,第一个迭代结束后,程序就结束了。我写了一个类似的R语言脚本,运行后遇到了同样的问题。折腾了很久之后,我问了阿泽,他看了一眼说:用py3。python这事解决了,但是R那个坑还在。

R语言脚本如下所示:

食之无味,弃之可惜

问题应该出在方框中的那三层循环里,稍微改了一下之后,还是把这个坑填了,只是走的路有点长,全局变量和局部变量,总是要在脑子里转几圈才行。

结果和python一样

这就是今天的盒饭版算法之随机梯度下降方法(SGD)。大家可以关注下大洋彼岸的这些博客,可以学英文,学算法,学编程,还可以找出一些小错误,例如这篇博客的程序更像是梯度下降方法,“随机”那部分并没有体现,还有其他小问题,不过用来展示原理的话,这些可以接受。

要不你们也赞赏一下我吧,看能不能凑足一个饭盒。

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