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【深入浅出：正则化在防止深度学习过拟合中的应用】

news 来源：原创 2024/7/2 13:23:18

文章目录

前言
- - - 什么是正则化？
    - 正则化的类型
    - L2 正则化的代码示例
    - Dropout的代码示例
    - 结论

前言

深度学习模型在学习从数据中提取模式时，有时会过于专注于训练数据集的细节，而无法泛化到新的、未见过的数据上。这种现象被称为过拟合。正则化是一种用于防止过拟合的技术，能够改善模型的泛化能力。本篇博客将介绍正则化的概念，探讨其在深度学习中的不同形式，并通过简单代码示例展示它们是如何集成到深度学习模型中的。

什么是正则化？

正则化是一种通过添加额外信息来约束或惩罚模型复杂度的方法。在深度学习中，这通常通过修改损失函数来实现，将一个与模型复杂度相关的项加到原始的损失函数上。

正则化的类型

L1 正则化（Lasso） - 它通过添加一个等于权重绝对值之和的项来约束权重。
L2 正则化（Ridge） - 它通过添加一个等于权重平方和的项来约束权重，这是最常见的正则化形式。
Dropout - 这是一种在网络的训练过程中随机丢弃（设置为零）一些神经元输出的技术。
Early Stopping - 提前停止训练，当模型在验证集上的表现不再提升时。

L2 正则化的代码示例

以下是一个如何在TensorFlow/Keras中使用L2正则化的简单例子。

伪代码/简单代码示例：

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import regularizers# 构建模型
model = tf.keras.models.Sequential([tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu',input_shape=(28, 28), kernel_regularizer=regularizers.l2(0.01)  # L2 正则化),tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax',kernel_regularizer=regularizers.l2(0.01)  # L2 正则化)
])# 编译模型
model.compile(optimizer='adam',loss='sparse_categorical_crossentropy',metrics=['accuracy']
)# 训练模型，使用验证集
model.fit(x_train, y_train, epochs=5,validation_data=(x_val, y_val)
)

在这个例子中，我们为每一层的Dense层添加了L2正则化项，通过regularizers.l2方法设置了正则化系数。这个系数决定了正则化惩罚的强度。

Dropout的代码示例

Dropout可以被认为是一种正则化技术，因为它也能减少过拟合。下面是如何在Keras模型中应用Dropout的例子。

伪代码/简单代码示例：

model = tf.keras.models.Sequential([tf.keras.layers.Dropout(0.2, input_shape=(60,)),  # 输入层应用Dropouttf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'),tf.keras.layers.Dropout(0.5),  # 隐藏层应用Dropouttf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])