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智慧的疆界 从图灵机到人工智能 · 第 216 页

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书名
智慧的疆界 从图灵机到人工智能
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216
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内容简介
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分别为 0、1、2 时的特例情况,替换后得出以下三种范数公式:

从公式上看, $\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数是向量中各个元素的绝对值之和, $\mathrm { L } _ { 2 }$ 范数是向量中所有元素的平方之和再开方。把 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数的公式写出来,会发现由于p 出现在分母上,零值是无意义的<sup>○一</sup>,而 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数的真实含义是向量中非零元素的数量之和。

根据 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数、 $\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数和 $\mathrm { L } _ { 2 }$ 范数的公式,无论是非零计数、绝对值还是开平方,每一个参与公式计算的参数,无论其数值大小、正负都只会对计算结果产生非负的贡献,只是影响程度不同,所以这三个公式都符合“参数数量越多、参数值越大,输出结果就越大”这个特征,我们只要令罚函数${ } ^ { \ast } \thinspace \mathcal { Q } ( \pmb { w } ) = | | \pmb { w } | | _ { 0 } ^ { \phantom { \dagger } \prime \dagger } \ { } ^ { \mathcal { Q } } ( \pmb { w } ) = | | \pmb { w } | | _ { 1 } ^ { \phantom { \dagger } \prime \dagger }$ 或者 $\mathbf { \nabla } ^ { \ast } \mathcal { Q } ( \pmb { w } ) = | | \pmb { w } | | _ { 2 } ^ { \mathbf { \nabla } _ { | | } \mathbf { \nabla } _ { 2 } \mathbf { \xi } }$ ”,即可达到限制模型复杂度过高的目的。

不过,既然 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数、 $\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数、 $\mathrm { L } _ { 2 }$ 范数以及其他形式的范数是共存的,那说明它们在某些地方有自己的特长,这才有共存的意义,也从侧面说明罚函数使用不同的范数来实现,效果一定是有所差别的。下面我们就继续来看看这三个范数的使用场景和含义。

$\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数的作用是“参数稀疏化”,由于这个特性, $\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数还有个别名叫作“稀疏正则算子”(Lasso Regularization)。首先我们来解释什么叫“参数稀疏化”,数学上说一个向量“稀疏”是指它所包含的零元素的数量很多。 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数的意义是计算非零参数的个数,所以它的稀疏性是最直接的,把 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数作为目标函数的一部分,在最小化目标函数的过程中,其目标就自然带有尽可能获得零参数的倾向,但是由于最小化 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数已被证明是一个 NP 完全问题,要付出极高的代价才有可能优化好,所以实践中并不适用。如果特别注重模型参数数量的话,可以用 $\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数代替 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数来实现稀疏化。 $\mathrm { L } _ { 0 }$ 范数的稀疏性从它的定义公式中就可以明显看出来,至于 $\mathrm { L } _ { 1 }$ 范数为什么也会有稀疏性,我们会在讲解完稀疏特性的意义之后,从几何意义的角度给出解释。

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第三部分 第三波高潮

○一 严格来讲,p 在(0, 1)取值范围内定义的并不是范数,因为这违反了三角不等式(||x +y|| ≤ ||x|| + ||y||),因此 L<sub>0</sub> 范数不是真正的范数。