深度学习中反向传播算法的原理和步骤

数码怎么快快侃 2024-05-31 07:23:04

反向传播算法的原理和步骤可以清晰地归纳如下:

原理

反向传播算法(BackpropagationAlgorithm)是深度学习中最为核心和常用的优化算法之一,它广泛应用于神经网络的训练过程中。该算法的基本原理是通过计算损失函数关于网络参数的梯度,然后使用这些梯度来更新网络参数,从而最小化损失函数。其核心思想是利用链式法则(ChainRule)来计算损失函数对每个参数的梯度,然后沿着梯度的反方向更新参数,以降低损失函数的值。

步骤

前向传播(Forward Propagation)输入层:将输入数据提供给神经网络的输入层。隐藏层:输入数据经过加权求和(权重由连接输入到隐藏层的边决定)和偏置调整后,再通过激活函数(如sigmoid、ReLU等)传递到隐藏层的各个神经元。输出层:隐藏层的输出同样经过加权求和和偏置调整,通过输出层的激活函数(有时可以没有激活函数,特别是对于回归任务)得到最终的网络预测输出。

计算损失(Loss Calculation)使用损失函数(如均方误差MSE、交叉熵损失等)来衡量网络预测输出与真实标签之间的差距。

反向传播(Backward Propagation)输出层到最后一层隐藏层:计算损失函数关于输出层激活值的梯度。利用链式法则,计算损失关于输出层权重和偏置的梯度。隐藏层到输入层:按照隐藏层的逆序,逐层计算损失关于该层激活值的梯度。同样使用链式法则,计算损失关于该层权重和偏置的梯度。梯度累计:这个过程逐步将误差从输出层反向传播回输入层,每一步都更新相应的权重和偏置的梯度。

参数更新(Weight Update)使用计算得到的梯度,结合优化算法(如梯度下降、动量、Adam等)来更新网络中的权重和偏置,通常是朝着减少损失函数值的方向调整。更新公式一般形式为:weight = weight - learning_rate * gradient,其中learning_rate是学习率,控制着更新步长。

迭代上述过程(前向传播、计算损失、反向传播、参数更新)会在整个训练集(批量或小批量)上重复进行多次,直到网络的性能(基于验证集)不再显著提升,或达到预设的迭代次数为止。

通过上述步骤,反向传播算法能够有效地训练神经网络,使其能够更好地拟合训练数据,并在新数据上具有良好的泛化能力。

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