Importância do nó de viés nas redes neurais

Estou curioso para saber o quão importante é o nó de viés para a eficácia das redes neurais modernas. Eu posso entender facilmente que isso pode ser importante em uma rede superficial com apenas algumas variáveis de entrada. No entanto, as redes neurais modernas, como no aprendizado profundo, geralmente têm um grande número de variáveis de entrada para decidir se um determinado neurônio é acionado. Simplesmente removê-los, por exemplo, LeNet5 ou ImageNet, teria algum impacto real?

neural-networks deep-learning bias-node pir
fonte

@gung - Vi que você editou o título para usar a frase "nó de viés". Estou curioso para saber por que você prefere esse título? Eu nunca ouvi esse uso antes. Além disso, parece confuso usar a palavra "nó" quando o viés não é um nó separado em uma rede.

Pir

Se você não gostar, poderá reverter a edição com minhas desculpas. Eu sempre pensei que o nome era bastante padrão, embora eu não tenha tocado com ANNs há anos e alguns o chamam de "neurônio de viés". FWIW, "viés" é um pouco ambíguo em statistics / ML; geralmente se refere a um estimador cuja distribuição amostral não está centrada no valor real do parâmetro, ou em uma função preditiva / valor previsto que difere da função / média verdadeira etc., enquanto o nó de polarização é uma parte específica de um parâmetro. ANN.

gung - Restabelece Monica

É um nó real - pelo menos no sentido de que algum deles esteja - na rede. Por exemplo, veja os nós pretos nesta imagem .

gung - Restabelece Monica

Ok, isso faz sentido - é verdade que o "viés" é bastante ambíguo. Obrigada pelo esclarecimento.

pir

Para os neurônios, a unidade de polarização parece disparar expontaneamente, isso acontece na natureza.

precisa saber é o seguinte

Respostas:

A remoção do viés definitivamente afetará o desempenho e aqui está o porquê ...

Cada neurônio é como uma regressão logística simples e você tem . Os valores de entrada são multiplicados pelos pesos e o viés afeta o nível inicial de esmagamento na função sigmóide (tanh etc.), o que resulta na não linearidade desejada. $y=\sigma(W x + b)$

Por exemplo, suponha que você queira que um neurônio quando todos os pixels de entrada forem pretos . Se não houver viés, não importando quais pesos você possui, dada a equação o neurônio sempre dispara . $y\approx1$ $x\approx0$ $W$ $y=\sigma(W x)$ $y\approx0.5$

Portanto, removendo os termos de viés, você reduziria substancialmente o desempenho da sua rede neural.

Yannis Assael
fonte

Obrigado, isso faz algum sentido. Eu acho que, embora a maioria das redes modernas use ReLU como a função de ativação (consulte, por exemplo, papers.nips.cc/paper/4824-imagenet ), isso ainda pode ser relevante se a rede precisar disparar quando todos os pixels de entrada forem pretos. ReLU é definido como f (x) = max (0, x).

pir

exatamente! é o mesmo caso ...

Yannis Assael 25/05

y \approx 1

$y\approx1$

x \approx 0

$x\approx0$

x \approx 0

$x\approx0$

y \approx 0.5

$y\approx0.5$

Embora eu concorde com a teoria, vale ressaltar que nas grandes redes modernas as chances de obter uma entrada zero são insignificantes. Isso também se baseia na suposição de que uma rede desejaria disparar redes de 1 profundidade provavelmente não se importaria com a saída de um único neurônio - é por isso que o abandono é tão popular na regularização de redes.

Max

@MaxGordon está certo. Esta resposta não se aplica a esta pergunta. Tente remover o viés de uma grande rede e você verá que isso faz muito pouca diferença.

Neil G

Discordo da outra resposta no contexto específico da sua pergunta. Sim, um nó de polarização é importante em uma pequena rede. No entanto, em um modelo grande, a remoção das entradas de polarização faz muito pouca diferença, pois cada nó pode criar um nó de polarização fora da ativação média de todas as entradas, o que pela lei de grandes números será aproximadamente normal. Na primeira camada, a capacidade de isso acontecer depende da sua distribuição de entrada. Para o MNIST, por exemplo, a ativação média da entrada é aproximadamente constante.

Em uma rede pequena, é claro que você precisa de uma entrada tendenciosa, mas em uma rede grande, removê-la quase não faz diferença. (Mas, por que você o removeu?)

Neil G
fonte

Gostaria de comentar a resposta de @ NeilG se tivesse reputação suficiente, mas infelizmente ...

Eu discordo de você, Neil, sobre isso. Você diz:

... a ativação média de todas as suas entradas, que pela lei de grandes números será aproximadamente normal.

Eu argumentaria contra isso e diria que a lei do grande número exige que todas as observações sejam independentes uma da outra. Esse não é o caso de redes neurais. Mesmo que cada ativação seja normalmente distribuída, se você observar um valor de entrada como excepcionalmente alto, isso altera a probabilidade de todas as outras entradas. Assim, as "observações", neste caso, entradas, não são independentes, e a lei dos grandes números não se aplica.

A menos que eu não esteja entendendo sua resposta.

ArturJ
fonte