为什么训练过程中损失曲线会出现大幅上升?

我使用完全相同的模型和训练数据集进行了两次训练,但结果却大不相同,这让我对它们的损失曲线行为感到困惑。

第一次实验的损失曲线(红色曲线)在第一轮训练接近尾声时突然上升,随后缓慢而稳定地下降。

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然而,第二次实验的损失曲线(蓝色曲线)并未在任何地方出现上升,一直稳定下降直至收敛。20轮后的损失值远低于第一次实验,我得到了非常高质量的输出。

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我不知道第一次实验中那个大幅上升的原因是什么。两次实验使用了相同的模型和训练数据集。

模型描述:我的项目是稀疏视角CT图像重建。我的目标是通过迭代方法并在每次迭代中使用CNN来重建稀疏视角图像。这与陈提出的LEARN算法非常相似。

该过程包含30次迭代,每次迭代中,我使用CNN来更好地训练正则化项。

由于我有30次迭代,每次迭代中有3+(我一直在尝试不同复杂度的架构)层的CNN,我理解这将会有大量的参数和层数。

到目前为止,对于我测试的所有CNN架构,这种“大幅上升”在每个架构中都相当常见。

训练数据包括3600张512*512的稀疏视角CT图像,测试数据包括360张稀疏视角CT图像。

批次大小为1,每轮训练(epoch)为20。

更新:感谢大家的建议。阅读了答案后,我开始考虑梯度爆炸/消失的问题。因此,我将ReLU改为ELU,将权重初始化从Xavier改为He,并添加了梯度裁剪。结果非常好。我又运行了五次标准模型(与上述提到的相同模型),它们都在稳定地减缓。对于其他具有CNN架构的模型,它们的损失也在下降,且没有发生重大波动。

代码已经在每轮训练开始时对训练数据集进行了洗牌。下一步我计划添加批量归一化,并尝试最大范数正则化。


回答:

这将是一个与@Anant相似的回答,但以不同的方式表达。我通常更喜欢使用回溯方法来获得直觉。

  1. 已知:损失函数在第110轮(假设)突然上升。
  2. 可能发生的情况:
    • 在第109轮,你可能设置了导致y_hat偏离的权重。

在深度神经网络的情况下,这可能由于梯度爆炸/消失而发生。你可能需要进行权重裁剪调整权重初始化,使权重更接近1,从而减少爆炸的可能性。

此外,如果你的学习率过大,也可能出现这种问题。在这种情况下,你可以降低学习率或使用学习率衰减

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