梯度消失(Vanishing Gradient)是在训练深度神经网络时出现的一个常见问题。其表现是当反向传播算法计算梯度时,如果网络中某些层的梯度在传播过程中不断变小,最终导致更新的参数非常小,甚至无法有效更新,就会出现梯度消失的现象。
由于每层的输入会依赖于前一层的输出,而前一层的输出依赖于其权重,随着训练进行,权重的变化也会直接影响输入分布的变化。即使输入数据是固定的,权重的更新依然会导致每一层的输入分布发生较大变化,下一层就必须经过较大的参数调整才能适应这种变化,如果前面层的输出变化非常剧烈,网络需要反复进行参数调整才能适应这些变化,这不仅会导致训练过程变慢,还可能导致收敛性差,甚至训练无法成功。
1. 对激活函数影响
在深度神经网络中,激活函数的饱和区域是指激活函数的输出接近其极限值的区域。例如,对于sigmoid激活函数,当输入值非常大或非常小时,sigmoid的输出会趋近于0或1,此时导数会非常小。对于tanh激活函数,当输入值非常大或非常小时,tanh的输出会趋近于1或-1,导数也会变得非常小。
当每一层的输入数据分布没有经过控制时,数据可能会落入这些激活函数的饱和区域。例如,如果前一层的输出值非常大或非常小,那么通过激活函数后,可能会得到接近0或接近1(sigmoid)或接近-1或1(tanh)的值。这种情况会导致激活函数的导数非常小,从而使得反向传播过程中的梯度非常小,导致梯度消失问题。