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深層学習

深層学習は、多数のレイヤのニューラルネットワークによる機械学習手法。人工知能研究の一つでディープラーニングとも呼ばれています。コンピューター自体がデータの潜在的な特徴を汲み取り、効率的で的確な判断を実現することができます。

機械学習

機械学習は、データからパターンを自動的に発見し、そこから知能的な判断を下すためのコンピューターアルゴリズムを指します。人工知能における課題のひとつです。

Q&A

1回答

9762閲覧

深層学習の学習曲線はなぜloss値が上下するのか?(なぜ単調減少でないのか?)

MagMag

総合スコア80

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深層学習は、多数のレイヤのニューラルネットワークによる機械学習手法。人工知能研究の一つでディープラーニングとも呼ばれています。コンピューター自体がデータの潜在的な特徴を汲み取り、効率的で的確な判断を実現することができます。

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投稿2021/06/12 03:06

編集2021/06/12 03:13

ディープラーニングの学習曲線について、epochを増やして学習を重ねているのに、なぜlossが上がったりすることがあるのでしょうか?

例えば、以下の図では、train_lossも、test_accuracyも単調減少、単調増加ではなく、たまに上下しています。自分なりに考えた仮説は以下ですが、他にも理由はありますでしょうか?(図はイメージなので、この図を出した学習方法に依存した回答でなくて問題ありません)

1、SGDを使っている場合、勾配更新が選択したミニバッチに依存するため、真の微分係数とは別の方向に更新されてしまうことがある (train_lossがばらつくのもこれが主原因?)
2、損失関数の底での振動
3、損失関数が多峰性であり、局所解を抜ける途中

また、この例だと、test_accuracyは下にスパイク(外れ値)を出していますが、逆に上にスパイクを出す場合、最終的なパラメータはスパイクしたものも含めてtest_accuracyの一番高い値を選択すべきでしょうか?それとも、(判断基準は必要ですが)スパイクしていないものの中で最大値を取得するべきでしょうか?

考え方として、汎化性能が高いパラメータを選択する、という意味合いでスパイクも含めてパラメータ選定すべきかと思いますが、スパイク値となっているパラメータを採用するのがどうも気持ち悪いです(例えば、全体の学習曲線の傾向に関係なく、1つだけtest_accuracyの高いスパイクが発生している場合など)。

学習曲線

※図は以下からお借りしています。
DeepLearningの学習曲線をmatplotlibで可視化

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回答1

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とりあえず、上下するケースに関しては、
こちらが参考にならないでしょうか?

学習率が高すぎる時、 loss の値は上手く下がっていかなかったり

とあるので、収束を早めるために学習率を設定すると、その分lossが下がらない(2に近いイメージで、0に収束しようとするが進みすぎて傾きが下がりすぎたため、また大きな変化率で傾きを戻そうとして、逆に増えるというイメージですね。)

投稿2021/06/12 17:18

riyo

総合スコア33

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MagMag

2021/06/14 00:00

ありがとうございます。それは1〜3で記載した2です。ただ、この学習曲線で外れ値っぽくでることは実態として多いですが、これって学習率を下げても発生するので、主原因ではないのでは?とも思います(感覚ですが)。
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