重学线性代数
朱维刚
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重学线性代数
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14 | 如何在深度学习中运用数值代数的迭代法做训练?

你好,我是朱维刚。欢迎你继续跟我学习线性代数,今天我要讲的内容是“数值线性代数的迭代法,以及如何在实践中运用迭代法求解线性方程组”。
大密度线性方程组的计算已经成为了世界上最快计算机的测试标准。2008 年,IBM 为美国能源部 Los Alamos 国家实验室建造了“Roadrunner”计算机系统,它的运算速度达到了 1.026 petaflop/s(千万亿次 / 秒,petaflop 是衡量计算机性能的一个重要单位,1 petaflop 等于每秒钟进行 1 千万亿次的数学运算)。按摩尔定律计算,现在世界上最快的计算机已经达到了 200 petaflop,我国也早就进入了世界前列,并有望实现 1 exaflop/s(百亿亿次 / 秒),成为世界第一。
可能你会有些疑惑,为什么我要在课程后期来讲数值线性代数呢?
那是因为数值线性代数是一门特殊的学科,是特别为计算机上进行线性代数计算服务的,可以说它是研究矩阵运算算法的学科,偏向算法实践与工程设计。有了之前基础知识的铺垫后,学习数值线性代数会更有效,而且它是可以直接运用在计算机科学中的,比如:在图像压缩中,使用奇异值分解(SVD)来节省内存;在深度学习中,使用共轭梯度来加速神经网络的收敛。
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深度学习中的数值代数迭代法是一种重要的求解线性方程组的方法。迭代法通过将复杂问题分解简化,逐步逼近真实解,以加速收敛速度。文章介绍了迭代法的基本原理,以及在深度学习中的应用。作者提到了迭代法的关键是选择合适的$S$,并介绍了雅可比方法、高斯-赛德尔方法和ILU方法等常见的$S$选择方式。此外,文章还提到了数值线性代数的重要性,以及其在计算机科学中的实际应用,如在图像压缩和深度学习中的使用。通过迭代法,可以更快速地求解复杂的线性方程组,为深度学习等领域的计算提供了重要的支持。雅可比方法和高斯-赛德尔方法的实践案例展示了它们在解决线性方程组时的应用和效果。高斯-赛德尔方法相比雅可比方法在速度和精确度上都表现更优,这为深度学习中的数值代数迭代法提供了更多的选择和优化空间。文章通过实例和理论相结合的方式,深入浅出地介绍了数值代数迭代法在深度学习中的重要性和应用前景。文章还介绍了逐次超松弛方法和共轭梯度法,展示了它们在迭代法中的应用和优势。逐次超松弛方法通过引入超松弛因子来加速收敛速度,而共轭梯度法则通过共轭方向的计算实现了存储量小和具有步收敛性的优势。共轭梯度法在神经网络训练中得到了广泛应用,其快速的收敛速度使其成为比梯度下降更有效的方法。整体而言,本文全面介绍了数值代数迭代法在深度学习中的重要性和应用,以及不同迭代方法的特点和优势,为读者提供了深入了解和应用迭代法的基础。

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全部留言(3)

  • 最新
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  • qinsi
    既然共轭梯度法在训练神经网络时被证明比梯度下降更有效,那为什么现在主流的深度学习框架中都没有提供共轭梯度的优化方法呢?

    作者回复: 好问题,如果是高维参数情况下,共轭梯度效果确实要好,GPU情况下也很显著,但如果从主流深度学习框架对CG的支持角度来看,这个可能要从框架本身去解释了。

    2020-08-31
    1
  • fei
    共轭的中文含义读了这篇才算是知道了。数值计算的介绍,高屋建瓴。很赞! 文中有一段公式排版出错了: “现在,再来看一下错误等式,$\mathrm{Se}{k+1}=T e{k},我们把S和T$ 代入等式”
    2022-01-21
    2
  • 杨宇
    雅克比方法,“其余部分移到等式右边,得出 T 矩阵”——这一步能详细说说吗?
    2022-06-30
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