深度学习核心技术精讲100篇（二十八）-由浅入深概览机器学习优化算法

前言

学习算法一直以来是机器学习能根据数据学到知识的核心技术。而好的优化算法可以大大提高学习速度，加快算法的收敛速度和效果。本文从浅层模型到深度模型纵览监督学习中常用的优化算法，并指出了每一种优化算法的优点及局限性，同时其还包括了一阶和二阶等各种算法的形式化表达。

本文旨在介绍关于将最优化方法应用于机器学习的关键模型、算法、以及一些开放性问题。这篇博文适合有一定知识储备的读者，尤其是那些熟悉基础优化算法但是不了解机器学习的读者。首先，我们推导出一个监督学习问题的公式，并说明它是如何基于上下文和基本假设产生各种优化问题。然后，我们讨论这些优化问题的一些显著特征，重点讨论 logistic 回归和深层神经网络训练的案例。

本文的后半部分重点介绍几种优化算法，首先是凸 logistic 回归，然后讨论一阶方法，包括了随机梯度法（SGD）、方差缩减随机方法（variance reducing stochastic method）和二阶方法的使用。最后，我们将讨论如何将这些方法应用于深层神经网络的训练，并着重描述这些模型的复杂非凸结构所带来的困难。

1 引言

在过去二十年里，机器学习这一迷人的算法领域几乎以史无前例的速度崛起。机器学习以统计学和计算机科学为基础，以数学优化方法为核心。事实上，近来优化方法研究领域中的许多最新理论和实际进展都受到了机器学习和其它数据驱动的学科的影响。然而即使有这些联系，统计学、计算机科学和致力于机器学习相关问题的优化方法研究之间仍存在许多障碍。因此本文试图概述机器学习学习算法而打破这种障碍。

本文的目的是给出与机器学习领域相关的一些关键问题和研究问题的概述。考虑到涉及运筹学领域的知识，我们假设读者熟悉基本的优化方法理论，但是仍将引入

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