批量归一化:使用固定样本还是按维度选择不同样本?

当我阅读论文《批量归一化:通过减少内部协变量偏移加速深度网络训练》时,有几个问题浮现在我的脑海中。

论文中提到:

由于训练数据中的m个样本可以估计所有训练数据的均值和方差,我们使用小批量来训练批量归一化参数。

我的问题是:

他们是选择m个样本然后同时拟合批量归一化参数,还是为每个输入维度选择不同的m个样本集?

例如,训练集由x(i) = (x1,x2,...,xn)组成:n维对于固定的批量M = {x(1),x(2),...,x(N)},执行拟合所有gamma1~gammanbeta1~betan

相对的

对于gamma_ibeta_i选择不同的批量M_i = {x(1)_i,...,x(m)_i}


回答:

我在cross-validated和data-science上没有找到这个问题,所以我只能在这里回答。如果有必要,请随时迁移。

均值和方差是通过移动平均法一次性计算每个小批量中所有维度的。这在TensorFlow中的代码看起来是这样的:

mean, variance = tf.nn.moments(incoming, axis)update_moving_mean = moving_averages.assign_moving_average(moving_mean, mean, decay)update_moving_variance = moving_averages.assign_moving_average(moving_variance, variance, decay)with tf.control_dependencies([update_moving_mean, update_moving_variance]):  return tf.identity(mean), tf.identity(variance)

你不必担心技术细节,这是发生的情况:

  • 首先,计算整个批量incomingmeanvariance,沿着批量轴。它们都是向量(更准确地说,是张量)。
  • 然后,通过assign_moving_average调用更新当前值moving_meanmoving_variance,这基本上计算的是:variable * decay + value * (1 - decay)

每次执行批量归一化时,它知道当前批量和之前批量的一些统计数据。

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