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梯度下降算法是一种求解最小值的算法,
由于机器学习中通常需要求最小化损失函数时的参数的取值,
机器学习中经常使用梯度下降算法
本文我们介绍梯度下降算法的思想、实现流程和优缺点
本节我们介绍为什么需要梯度下降算法,和梯度下降算法解决什么问题
问题背景
在单变量函数求取最小值问题中,
我们通常只要令f(x)的导数为0,然后解出x就可以
然而,在多元函数中,求偏导令偏导为0,解出x是非常困难的,
虽然n个自变量,能求得n条偏导等式
然而,只有这n条等式是线性方程组时,我们才有系统的方法对其求解
如果是非线性方程,我们目前并没有成熟的求解方案
Pass:这也是为什么我们很喜欢构造线性问题,因为它能轻松求解
所以,联立偏导方程求精确解的路子行不通,
我们的替代方案就是进行数值求解,梯度下降法就是其中常用方法之一
本节我们介绍梯度下降算法的思路和讨论梯度的意义与初始化方法
思路概览
梯度下降算法的思路是,
先取一个初始值x0,然后进行迭代。
每次都往梯度的反方向调整它(在一维中即导数的负方向)
直到迭代条件终止(例如无法令f(x)的值下降,即达到局部最低点)
关于梯度
在一元函数中,负梯度就是导数的反方向
在多元函数中,负梯度就是各个变量偏导数的反方向
![]()
它是函数下降最快的方向(即调整相同步长,负梯度能令f(x)下降最快),故也称为最速下降法
关于初始值
从算法原理,我们可以知道,
梯度下降法对 x 的初始化非常敏感,
因为它只能找到离初始值最近的局部极小值,
如果初始化不好,找到的结果也不好。
往往是先随机初始化,然后多跑几次,看哪个结果好,就用哪一个
本节介绍梯度下降算法的算法流程,与展示算法流程图
算法流程与流程图
梯度下降算法流程如下:
1. 先初始化x的值 (按个人经验初始化,或随机初始化,或设为0)
2. 计算 在处的梯度,令,(lr为学习率,可设为0.1)
3. 计算在处的梯度,令
4. ...如此类推....一直到满足迭代终止条件,最后一次的即为所要找的解。
迭代终止条件:达到迭代次数,或者 与变化不大,或者与变化不大
算法流程图如下:![]()
简单的说,就是先初始化 ,然后按 不断迭代就行
End