人工智能同样也会读死书----“过拟合”

上一篇：《“嵌入”在大语言模型中是解决把句子转换成向量表示的技术》

序言：我们常常会说某某人只会“读死书”，题目稍微变一点就不会做了。这其实是我们人类学习中很常见的现象。可是你知道吗？人工智能其实更容易“读死书”。不过在人工智能领域，我们有个听起来高大上的说法，叫“过拟合”。说白了，“过拟合”就是人工智能的“读死书”现象。在这个小节我们就来聊聊怎么让人工智能少“读死书”。注意，我说的是“少”，因为这个问题没办法完全消除，只能尽量降低。

减少语言模型中的过拟合

过拟合发生在网络对训练数据变得过于专注时，其中一个表现是它在训练集中“噪声”数据中的模式匹配上变得非常出色，而这些噪声在其他地方并不存在。由于这种特定的噪声在验证集中并不存在，网络越擅长匹配这些噪声，验证集上的损失就会越差。这就会导致你在图 6-3 中看到的验证损失不断上升的情况。在本节中，我们将探讨几种通用化模型并减少过拟合的方法。

调整学习率

导致过拟合的最大因素之一可能是优化器的学习率过高。这意味着网络学习得太快了。以下是用于编译模型的代码示例：

model.compile(loss='binary_crossentropy',

optimizer='adam', metrics=['accuracy'])

这里的优化器简单地声明为 adam，这会调用带有默认参数的 Adam 优化器。然而，这个优化器支持多个参数，包括学习率。可以将代码更改为以下内容：

adam = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.0001,

beta_1=0.9, beta_2=0.999, amsgrad=False)

model.compile(loss='binary_crossentropy',

optimizer=adam, metrics=['accuracy'])

在这里，默认学习率值（通常为 0.001）被降低了 90%，变为 0.0001。beta_1 和 beta_2 的值保持默认值，amsgrad 也保持默认值。

• beta_1 和 beta_2 必须在 0 和 1 之间，通常两者都接近 1。

• Amsgrad 是 Adam 优化器的一种替代实现，首次在 Sashank Reddi、Satyen Kale 和 Sanjiv Kumar 的论文《On the Convergence of Adam and Beyond》中提出。

这个更低的学习率对网络产生了深远的影响。图 6-4 显示了网络在 100 个训练周期中的准确率。可以看到，在前 10 个周期左右，较低的学习率使得网络看起来像是“没有在学习”，但随后它“突破”了，并开始快速学习。

                                      图 6-4：使用较低学习率时的准确率

通过观察损失（如图 6-5 所示），我们可以看到，即使在前几个训练周期内准确率没有上升，损失却在下降。所以如果你逐周期观察训练过程，可以有信心相信网络最终会开始学习。

                          图 6-5：使用较低学习率时的损失

虽然损失开始呈现出与图 6-3 中类似的过拟合曲线，但请注意，这种现象发生得更晚，且程度也低得多。在第 30 个训练周期时，损失大约为 0.45，而在图 6-3 中使用较高学习率时，这一数值超过了两倍。尽管网络需要更长时间才能达到较高的准确率，但在损失更小的情况下完成，因此你可以对结果更有信心。

使用这些超参数时，验证集上的损失在大约第 60 个训练周期开始增加，此时训练集的准确率达到约 90%，而验证集的准确率约为 81%，这表明我们的网络是相当有效的。

当然，仅仅调整优化器参数然后宣称成功是比较简单的，但其实还有许多其他方法可以用来改进你的模型，这些方法会在接下来的几节中介绍。在这些部分中，我会恢复使用默认的 Adam 优化器来进行说明。因此，调整学习率的效果不会掩盖其他技术所带来的好处。

总结：本节我们介绍了如何通过调整学习速率来缓解语言模型“读死书”的现象。接下来的几节内容将更深入地带大家探索和分析训练数据集的特性，以及模型的架构设计、预设维度等因素是如何影响模型“读死书”问题的。