机器学习公开课笔记第九周之大数据梯度下降算法

一,随机梯度下降法(Stochastic Gradient Descent)

当训练集很大且使用普通梯度下降法(Batch Gradient Descent)时,因为每一次( heta)的更新,计算微分项时把训练集的所有数据都迭代一遍,所以速度会很慢

批量梯度下降法是一次性向计算m组数据的微分,一次更新( heta),计算m组数据的微分时,用的是同一个( heta),会获得全局最小值

随机梯度下降法依次计算乱序的m组数据的微分,m次更新( heta),计算m组数据的微分时,用的是上一组数组更新完的( heta),会获得非常接近于全局最小值的局部最小值

一般迭代1-10次

 二,小批量梯度下降法(Mini-Batch Gradient Descent)

三种梯度下降法对比 

小批量梯度下降法就是一次更新b(一般是10,2~100d都可以)组数据,更新( lceil  frac{m}{b} ceil),介于随机梯度下降法和批量梯度下降法之间

小批量梯度下降法比随机梯度下降法速度快是因为更新( heta)的频率快,比随机梯度下降法快是因为计算微分的时候可以向量化运算加速(即矩阵相乘)

 三,验证代价函数收敛

在每次更新( heta)前先计算(Cost( heta, (x^{(i)}, y^{(i)})))

因为随机梯度下降法每次更新( heta),并不能保证代价函数(Cost( heta, (x^{(i)}, y^{(i)})))变小,只能保证总体震荡上变小,所以我们只需最近1000个数据(Cost( heta, (x^{(i)}, y^{(i)})))的平均值

 上面两副图是比较正常的随机梯度下降图,下左需要提高样例数(1000->5000)再看看是否收敛,下右明显单调递增,选择更小的学习速率(alpha)或者更改特征试试

 

我们还可以动态修改学习速率来使代价函数收敛,随着迭代次数增加而减少

(alpha = frac{const1}{iterationNumber + const2})

四,在线学习

在线学习就是在没有预先准备好的数据集的情况下,有数据流实时给予学习模型,实时更新( heta),优点

1,不需要保存大量本地数据

2,实时根据数据的特征更改( heta)

其实和随机梯度下降法类似

在线学习其他例子,可以根据用户搜索的关键词特征,来实时学习反馈结果,在根据用户的点击来更新( heta),如

 

五,映射化简和数据并行处理(Map Reduce and Data Parallelism)

映射化简就是把数据集分割成n部分,把n部分交给n台计算机处理,处理完之后再把结果汇总到一起,提速

逻辑回归使用映射约简

也可以利用多核CPU处理器来进行映射约简

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