深度前馈神经网络训练难题探索

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"深入理解深度前馈神经网络训练的难度" 深度前馈神经网络(Deep Feedforward Neural Networks,DFNN)的训练历来都是一个具有挑战性的课题。在2006年之前,似乎这类多层神经网络无法有效地训练,但自那时起,一系列的算法已经证明了深度网络可以被成功训练,并且实验结果表明,较深的架构相对于浅层架构有显著优势。这些成功主要得益于新的初始化和训练机制。 本文的作者Xavier Glorot和Yoshua Bengio来自蒙特利尔大学的DIRO部门,他们旨在更深入地理解为什么标准梯度下降法在随机初始化的深度神经网络上表现不佳,以及近期的成功训练背后的原因,以此来帮助设计未来的优化算法。首先,他们关注到了非线性激活函数的影响。 研究发现,逻辑斯蒂sigmoid激活函数对于深度网络的随机初始化并不理想。原因在于其平均值可能导致顶层隐藏层陷入饱和状态,特别是在深度网络中,这会极大地影响网络的学习能力。有趣的是,他们观察到即使在饱和状态下,单元也能自行摆脱饱和,但这需要相当长的时间,这无疑增加了训练的困难。 此外,作者还探讨了初始化策略的重要性。他们可能对比了不同的初始化方法,如Xavier初始化或He初始化,这些方法通过调整权重分布,使得网络的梯度在每一层间能够更好地传播,从而解决了深度网络中梯度消失或爆炸的问题。 除了激活函数和初始化之外,论文可能还涉及了其他训练策略,如正则化、批量归一化、残差连接等,这些都是近年来提高深度网络训练效果的关键技术。批量归一化可以帮助每一层的激活保持一致的分布,减少内部协变量漂移;而残差连接则通过直接跳过一些层,使得梯度可以直接传递,降低了训练深度网络的难度。 该研究揭示了深度学习中的一些核心难题,包括深度网络的训练困难、激活函数的选择以及初始化策略的重要性。这些发现对深度学习领域的理论和实践都有深远影响,为后续的网络优化提供了理论基础。