自制深度学习库:ReLU激活函数的数值问题

为了深入了解深度学习神经网络的细节,我编写了自己的库,涵盖了所有内容(优化器、层、激活函数、成本函数),都是自制的。

在使用MNIST数据集进行基准测试时,如果只使用sigmoid激活函数,一切似乎运行良好。

不幸的是,当我用ReLU替换它们时,出现了问题。

这是我在约500个示例的训练数据集上进行50个周期后的学习曲线图:

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在前约8个周期内一切正常,然后分数完全崩溃,达到了一个虚拟分类器的水平(约0.1的准确率)。我检查了ReLU的代码,看起来没问题。以下是我的前向和后向传递代码:

def fprop(self, inputs):    return np.maximum( inputs, 0.)def bprop(self, inputs, outputs, grads_wrt_outputs):    derivative = (outputs > 0).astype( float)    return derivative * grads_wrt_outputs

问题似乎出在ReLU的数值稳定性上。我尝试了不同的学习率和多种参数初始化方法,结果都是一样的。Tanhsigmoid都能正常工作。这是已知的问题吗?这是ReLU函数非连续导数的结果吗?


回答:

是的,很可能是ReLU造成的。大多数基于感知机的经典模型,包括ConvNet(经典的MNIST训练器),在训练准确性上依赖于正负权重。ReLU忽略了负特性,从而削弱了模型的能力。

ReLU更适合于卷积层;它是一个过滤器,意思是“如果内核对输入的这一部分不感兴趣,我不管这种无聊有多深,就忽略它。”MNIST训练依赖于反向校正,允许节点说“不,这不好,向另一个方向跑!”

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