深度學(xué)習(xí)已經(jīng)成為解決許多具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)實(shí)世界問題的方法。對(duì)目標(biāo)檢測(cè)，語音識(shí)別和語言翻譯來說，這是迄今為止表現(xiàn)最好的方法。許多人將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNNs）視為神奇的黑盒子，我們放進(jìn)去一堆數(shù)據(jù)，出來的就是我們的解決方案！事實(shí)上，事情沒那么簡(jiǎn)單。

在設(shè)計(jì)和應(yīng)用DNN到一個(gè)特定的問題上可能會(huì)遇到很多挑戰(zhàn)。為了達(dá)到現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用所需的性能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，訓(xùn)練和推斷等各個(gè)階段的正確設(shè)計(jì)和執(zhí)行至關(guān)重要。在這里，我將與大家分享7個(gè)實(shí)用技巧，讓您的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮最大作用。

1 - 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)

這不是一個(gè)大秘密。一直工作得很好的深度學(xué)習(xí)機(jī)器需要燃料 - 大量的燃料; 燃料是數(shù)據(jù)。我們擁有的標(biāo)記數(shù)據(jù)越多，模型的表現(xiàn)就越好。更多的數(shù)據(jù)導(dǎo)致更好的性能，已經(jīng)由谷歌大規(guī)模的探索3億圖像的數(shù)據(jù)集印證！

在實(shí)際應(yīng)用中部署Deep Learning模型時(shí)，您應(yīng)該不斷地為其提供更多的數(shù)據(jù)和微調(diào)以繼續(xù)提高其性能。喂飽怪獸：如果你想提高你的模型的性能，那就獲得更多的數(shù)據(jù)！

不斷增加的數(shù)據(jù)產(chǎn)生更好的性能

2 - 你應(yīng)該使用哪個(gè)優(yōu)化器？

多年來，已經(jīng)開發(fā)了許多梯度下降優(yōu)化算法，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。一些最流行的包括：

· 隨機(jī)梯度下降（SGD）+動(dòng)量方法

· Adam

· RMSprop

· Adadelta

RMSprop，Adadelta和Adam被認(rèn)為是自適應(yīng)優(yōu)化算法，因?yàn)樗鼈儠?huì)自動(dòng)更新學(xué)習(xí)速率。使用SGD時(shí)，您必須手動(dòng)選擇學(xué)習(xí)率和動(dòng)量參數(shù)，通常會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低學(xué)習(xí)率。

在實(shí)踐中，自適應(yīng)優(yōu)化器傾向于比SGD更快地收斂，然而，他們的最終表現(xiàn)通常稍差。SGD通常會(huì)達(dá)到更好的最小值，從而獲得更好的最終準(zhǔn)確性，但這可能需要比某些優(yōu)化程序長(zhǎng)得多的時(shí)間。它也更依賴于強(qiáng)大的初始化和學(xué)習(xí)速率衰減時(shí)間表，這在實(shí)踐中可能非常困難。

因此，如果你需要一些快速的結(jié)果，或者只是想測(cè)試一個(gè)新的技術(shù)，選擇自適應(yīng)優(yōu)化器。我發(fā)現(xiàn)Adam很容易使用，因?yàn)樗鼘?duì)你選擇完美的學(xué)習(xí)率并不是很敏感。如果您想獲得絕對(duì)最佳的最終表現(xiàn)，請(qǐng)使用SGD + Momentum，并使用學(xué)習(xí)率，衰減和動(dòng)量值來最大化表現(xiàn)。

兩全其美的方法有木有！

它最近的研究顯示，你可以做到兩全其美：高速訓(xùn)練頂尖的性能通過切換從Adam到SGD！這個(gè)想法是，訓(xùn)練的早期階段實(shí)際上是SGD對(duì)參數(shù)調(diào)整和初始化非常敏感的時(shí)候。因此，我們可以通過使用Adam來啟動(dòng)我們的訓(xùn)練，這將使您節(jié)省相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而不必?fù)?dān)心初始化和參數(shù)調(diào)整。那么，一旦Adam運(yùn)轉(zhuǎn)起來，我們可以切換到SGD +動(dòng)量?jī)?yōu)化，以達(dá)到最佳性能！

Adam vs SGD表現(xiàn)。由于魯棒性和自適應(yīng)學(xué)習(xí)速度，Adam在一開始表現(xiàn)更好，而SGD最終達(dá)到更好的全局最小值。

3 - 如何處理不平衡的數(shù)據(jù)

在很多情況下，您將處理不平衡的 數(shù)據(jù)，特別是在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序中。舉一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)際的例子：為了安全起見，您正在訓(xùn)練您的深度網(wǎng)絡(luò)以預(yù)測(cè)視頻流中是否有人持有致命武器。但是在你的訓(xùn)練數(shù)據(jù)中，你只有50個(gè)拿著武器的人的視頻和1000個(gè)沒有武器的人的視頻！如果你只是用這些數(shù)據(jù)來訓(xùn)練你的網(wǎng)絡(luò)，那么你的模型肯定會(huì)非常偏向于預(yù)測(cè)沒有人有武器！

有幾件事你可以做到這一點(diǎn)：

· 在損失函數(shù)中使用類權(quán)重：本質(zhì)上，代表性不足的類在損失函數(shù)中獲得更高的權(quán)重，因此對(duì)該特定類的任何錯(cuò)誤分類將導(dǎo)致?lián)p失函數(shù)中的非常高的誤差。

· 過度抽樣：重復(fù)一些包含代表性不足的訓(xùn)練樣例，有助于平衡分配。如果可用的數(shù)據(jù)很小，這最好。

· 欠采樣：您可以簡(jiǎn)單地跳過一些包含過度表示類的訓(xùn)練示例。如果可用數(shù)據(jù)非常大，這最好。

· 數(shù)據(jù)增加為少數(shù)類：您可以綜合創(chuàng)建更多的代表性不足的訓(xùn)練示例！例如，在前面檢測(cè)致命武器的例子中，你可以改變屬于具有致命武器的類別的視頻的一些顏色和光照。

4 - 遷移學(xué)習(xí)

正如我們?cè)诘谝粋€(gè)提示中所看到的，深層網(wǎng)絡(luò)需要大量的數(shù)據(jù)。不幸的是，對(duì)于許多新的應(yīng)用程序來說，這些數(shù)據(jù)可能很難并且花費(fèi)很高。如果我們希望我們的模型表現(xiàn)良好，我們可能需要數(shù)十或數(shù)十萬個(gè)新的訓(xùn)練樣例進(jìn)行訓(xùn)練。如果數(shù)據(jù)集不易獲取，則必須全部收集并手動(dòng)標(biāo)記。

這就是遷移學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。通過遷移學(xué)習(xí)，我們不需要太多的數(shù)據(jù)！這個(gè)想法是從一個(gè)以前在數(shù)百萬圖像上訓(xùn)練過的網(wǎng)絡(luò)開始的，比如在ImageNet上預(yù)訓(xùn)練的ResNet。然后，我們將通過僅重新訓(xùn)練最后幾個(gè)層并使其他層獨(dú)立來微調(diào)ResNet模型。那樣的話，我們正在將ResNet從數(shù)百萬圖像中學(xué)到的信息（圖像特征）進(jìn)行微調(diào)，以便我們可以將它應(yīng)用于不同的任務(wù)。這是可能的，因?yàn)榭缬虻膱D像的特征信息通常非常相似，但是這些特征的分析可以根據(jù)應(yīng)用而不同。

一個(gè)基本的遷移學(xué)習(xí)通道

5 - 快速簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)增強(qiáng)，以提高性能

我們現(xiàn)在說過幾次：更多的數(shù)據(jù)=更好的表現(xiàn)。除了遷移學(xué)習(xí)之外，另一種快速而簡(jiǎn)單的方法來提高模型的性能，即數(shù)據(jù)增強(qiáng)。數(shù)據(jù)增強(qiáng)涉及通過在使用原始類別標(biāo)簽的同時(shí)通過改變數(shù)據(jù)集中的一些原始圖像來生成合成訓(xùn)練示例。例如，圖像數(shù)據(jù)增強(qiáng)的常見方式包括：

· 水平和垂直旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)圖像

· 改變圖像的亮度和顏色

· 隨機(jī)模糊圖像

· 隨機(jī)從圖像裁剪補(bǔ)丁

基本上，你可以進(jìn)行任何改變，改變圖像的外觀，但不是整體的內(nèi)容，即你可以制作一個(gè)藍(lán)色的狗的照片，但你仍然應(yīng)該能夠清楚地看到，照片上是一個(gè)狗。

數(shù)據(jù)裂變！

6 - 訓(xùn)練模型的合奏！

在機(jī)器學(xué)習(xí)中，集合訓(xùn)練多個(gè)模型，然后將它們組合在一起以獲得更高的性能。因此，這個(gè)想法是在相同的數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練同一個(gè)任務(wù)上的多個(gè)深度網(wǎng)絡(luò)模型。模型的結(jié)果然后可以通過投票方案來進(jìn)行組合，即具有最高票數(shù)的勝出。

為了確保所有模型不同，可以使用隨機(jī)權(quán)重初始化和隨機(jī)數(shù)據(jù)增強(qiáng)。眾所周知，由于使用了多個(gè)模型，因此集合通常比單個(gè)模型精確得多，因此從不同角度接近任務(wù)。在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用中，尤其是挑戰(zhàn)或競(jìng)爭(zhēng)中，幾乎所有頂級(jí)模型都使用合奏。

合奏模型

7 - 加快修剪

我們知道模型精度隨深度而增加，但速度又如何呢？更多的圖層意味著更多的參數(shù)，更多的參數(shù)意味著更多的計(jì)算，更多的內(nèi)存消耗和更慢的速度。理想情況下，我們希望在提高速度的同時(shí)保持高精度。我們可以通過修剪來做到這一點(diǎn)。

深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修剪的步驟

這個(gè)想法是，在網(wǎng)絡(luò)中的許多參數(shù)中，有些是多余的，對(duì)輸出沒有太大貢獻(xiàn)。如果您可以根據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的貢獻(xiàn)排列網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元，則可以從網(wǎng)絡(luò)中移除低排名的神經(jīng)元，從而形成更小，更快的網(wǎng)絡(luò)。可以根據(jù)神經(jīng)元權(quán)重的L1 / L2均值，平均激活，一些驗(yàn)證集上神經(jīng)元不為零的次數(shù)以及其他創(chuàng)造性方法來進(jìn)行排序。獲得更快/更小的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于在移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)非常重要。

修剪網(wǎng)絡(luò)的最基本的方法是簡(jiǎn)單地放棄某些卷積濾波器。在近期的一篇文章中，這樣做是相當(dāng)成功的。這項(xiàng)工作中的神經(jīng)元排名相當(dāng)簡(jiǎn)單：它是每個(gè)濾波器權(quán)重的L1范數(shù)。在每個(gè)修剪迭代中，他們對(duì)所有的過濾器進(jìn)行排序，在全部層中修剪m個(gè)排名最低的過濾器，重新訓(xùn)練和重復(fù)！

在近期的另一篇分析剩余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的文章中提出了修剪過濾器的一個(gè)關(guān)鍵洞察。作者指出，在刪除層的時(shí)候，具有剩余快捷連接的網(wǎng)絡(luò)（例如ResNets）與沒有使用任何快捷連接的網(wǎng)絡(luò)（如VGG或AlexNet）相比，保留更加良好的精度并且穩(wěn)健得多。這個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)具有重要的實(shí)際意義，因?yàn)樗嬖V我們?cè)谛藜艟W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署和應(yīng)用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的（使用ResNets！）。所以使用最新最好的方法總是很好的！