最適化手法 - SGD・Momentum・AdaGrad・RMSprop・Adam

ディープラーニングの最適化手法の進化系譜を、SGDからAdamまで整理。学習率スケジューリングも解説。

最適化手法はニューラルネットの学習の肝。SGDから始まる進化系譜を押さえると、論文を読む力もつきます。

胡桃 あんず(普段) 胡桃 あんず

学習率の話があったけど、最適化手法って他に何があるの?

若葉 みどり 先生(笑顔) 若葉 みどり 先生

最も基本がSGD(Stochastic Gradient Descent, 確率的勾配降下法)。
全データから1つランダムに選んで勾配を計算して更新を繰り返すの。
速いけど振動しやすいわ。

白銀 ゆき(普段) 白銀 ゆき

実務ではミニバッチSGD(例: 32, 64, 128サンプル) が主流。
計算効率と勾配の安定性のバランスが良いの。

桜井 もも(笑顔) 桜井 もも

1つずつより、まとめて使った方がいいんですねぇ♪

若葉 みどり 先生(普段) 若葉 みどり 先生

SGDに慣性を加えたのがMomentum(モメンタム)。
過去の勾配を加重平均して慣性を作り、振動を抑えながら速く収束するわ。

白銀 ゆき(普段) 白銀 ゆき

次にAdaGrad(2011)。
各パラメータごとに過去の勾配の二乗和を蓄積し、よく更新されたパラメータの学習率を下げる適応的学習率手法ね。

胡桃 あんず(びっくり) 胡桃 あんず

パラメータごとに違うんだ!

若葉 みどり 先生(笑顔) 若葉 みどり 先生

AdaGradの弱点は学習率が単調減少すること。
これを改善したのがRMSprop。
指数移動平均で過去を忘れていくの。
ヒントンが講義で紹介したわ。

白銀 ゆき(普段) 白銀 ゆき

そして現在の定番がAdam(Adaptive Moment Estimation, 2014)。
MomentumとRMSpropを組み合わせた手法で、多くのタスクで良好に動作するの。

桜井 もも(笑顔) 桜井 もも

Adamが人気なんですねぇ〜♪

若葉 みどり 先生(普段) 若葉 みどり 先生

Adamの派生でAdamWも有名。
weight decay (重み減衰) の扱いを改善した版で、Transformerの学習でよく使われるわ。

胡桃 あんず(普段) 胡桃 あんず

じゃあAdam一択でいいの?

白銀 ゆき(普段) 白銀 ゆき

必ずしもそうではなくて、近年は『SGD+Momentum + 適切な学習率スケジュール』が汎化性能で勝ることも知られてきたの。
タスク次第で選び分けるわ。

若葉 みどり 先生(普段) 若葉 みどり 先生

学習率スケジュールも重要。
学習率減衰(Learning Rate Decay)、ウォームアップ、コサインアニーリングなどが使われるわ。

胡桃 あんず(笑い) 胡桃 あんず

最適化って、ほんと奥が深いんだなぁ…

若葉 みどり 先生(普段) 若葉 みどり 先生

G検定では『SGD・Momentum・AdaGrad・RMSprop・Adam』の系譜をしっかり押さえてね!

確認クイズ

Momentum と RMSprop を組み合わせ、現代のディープラーニングで最も広く使われる最適化手法はどれか。

  1. SGD
  2. Adam
  3. AdaGrad
  4. Newton法
こたえを見る

正解: 2. Adam

Adam (Adaptive Moment Estimation)は2014年に提案された、Momentum (1次モーメント) と RMSprop (2次モーメント) を組み合わせた最適化手法で、現在のディープラーニングの定番です。

桜井もものイラスト。美術室で水彩画

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