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線性收斂的隨機優化演算法之 SAG、SVRG(隨機梯度下降)

梯度下降法大家族(BGD,SGD,MBGD)

批量梯度下降法(Batch Gradient Descent)

    批量梯度下降法,是梯度下降法最常用的形式,具體做法也就是在更新引數時使用所有的樣本來進行更新

隨機梯度下降法(Stochastic Gradient Descent)

    隨機梯度下降法,其實和批量梯度下降法原理類似,區別在與求梯度時沒有用所有的m個樣本的資料,而是僅僅選取一個樣本j來求梯度。

    隨機梯度下降法,和批量梯度下降法是兩個極端,一個採用所有資料來梯度下降,一個用一個樣本來梯度下降。自然各自的優缺點都非常突出。對於訓練速度來說,隨機梯度下降法由於每次僅僅採用一個樣本來迭代,訓練速度很快,而批量梯度下降法在樣本量很大的時候,訓練速度不能讓人滿意。對於準確度來說,隨機梯度下降法用於僅僅用一個樣本決定梯度方向,導致解很有可能不是最優。對於收斂速度來說,由於隨機梯度下降法一次迭代一個樣本,導致迭代方向變化很大,不能很快的收斂到區域性最優解。

小批量梯度下降法(Mini-batch Gradient Descent)

  小批量梯度下降法是批量梯度下降法和隨機梯度下降法的折衷,也就是對於m個樣本,我們採用x個樣子來迭代,1<x<m。一般可以取x=10,當然根據樣本的資料,可以調整這個x的值。

梯度下降法和其他無約束優化演算法的比較

    在機器學習中的無約束優化演算法,除了梯度下降以外,還有前面提到的最小二乘法,此外還有牛頓法和擬牛頓法。

    梯度下降法和最小二乘法相比,梯度下降法需要選擇步長,而最小二乘法不需要。梯度下降法是迭代求解,最小二乘法是計算解析解。如果樣本量不算很大,且存在解析解,最小二乘法比起梯度下降法要有優勢,計算速度很快。但是如果樣本量很大,用最小二乘法由於需要求一個超級大的逆矩陣,這時就很難或者很慢才能求解解析解了,使用迭代的梯度下降法比較有優勢。

    梯度下降法和牛頓法/擬牛頓法相比,兩者都是迭代求解,不過梯度下降法是梯度求解,而牛頓法/擬牛頓法是用二階的海森矩陣的逆矩陣或偽逆矩陣求解。相對而言,使用牛頓法/擬牛頓法收斂更快。但是每次迭代的時間比梯度下降法長。