深度学习篇---Pytorch常用优化器

优化器介绍：

在 PyTorch 中，优化器（Optimizer）的作用是根据模型参数的梯度来更新参数，以最小化损失函数。下面用通俗易懂的方式介绍几种常用的优化器：

1. SGD（随机梯度下降）

最基础的优化器，原理类似下山：每次走一小步，方向由当前位置的坡度（梯度）决定。

• 特点：简单直接，但可能在陡坡处震荡，在平缓区域收敛慢。
• 改进版：带动量（Momentum）的 SGD，就像下山时带了惯性，能加快收敛，减少震荡。比如小球从坡上滚下，不会突然停下，而是有持续的动力。
• 适用场景：数据量大、需要稳定训练的场景，是很多复杂优化器的基础。

2. Adam（自适应矩估计）

目前最常用的优化器之一，可以理解为 “聪明的 SGD”。

• 特点：会根据参数的更新频率自动调整学习率（步长）：
  • 对于更新频繁的参数（如高频特征），用较小的学习率，避免来回震荡；
  • 对于更新少的参数（如低频特征），用较大的学习率，加速收敛。
• 优势：收敛快、稳定性好，不需要手动调太多参数，适合大多数场景（如图像、NLP）。

3. RMSprop（均方根传播）

专注于解决学习率自适应问题，类似 Adam 的 “简化版”。

• 特点：通过参数梯度的平方的移动平均值来调整学习率，避免学习率过大或过小。
• 适用场景：在递归神经网络（RNN）中表现较好，适合处理序列数据。

4. Adagrad（自适应梯度）

最早的自适应学习率优化器之一。

• 特点：对每个参数单独调整学习率，更新越频繁的参数，学习率衰减越快。
• 缺点：学习率会持续减小，可能导致训练后期几乎停止更新。现在用得较少，被 Adam、RMSprop 替代。

5. AdamW

Adam 的改进版，解决了 Adam 中权重衰减（L2 正则化）的实现问题。

• 特点：在 Adam 基础上，将权重衰减单独处理，让正则化效果更稳定，尤其在训练 Transformer 等大模型时表现更好。

怎么选？

• 新手入门：优先用 Adam，适用范围广，调参简单。
• 追求稳定性：用 SGD+Momentum，适合需要精细调优的场景。
• 训练大模型：优先 AdamW，正则化效果更可靠。

可以简单理解为：SGD 是 “步行”，Adam 是 “骑车”，AdamW 是 “更好的骑车”—— 后者更快更稳，但前者更基础可控。

优化器选择：

在 PyTorch 中选择合适的优化器，需要结合模型特点、数据特性和训练目标来综合判断。以下是通俗易懂的选择方法和思路：

一、先明确核心需求

选择优化器前，先问自己 3 个问题：

1. 模型大小：是简单模型（如线性回归）还是复杂模型（如 Transformer、ResNet）？
2. 数据情况：数据量大还是小？噪声多还是少？
3. 训练目标：追求快速收敛？还是需要更稳定的结果？或是要避免过拟合？

二、按场景选择优化器

1. 新手 / 通用场景：优先用 Adam

• 适用情况：不知道选什么时的 “万能药”，尤其适合：
  • 中等规模模型（如普通 CNN、LSTM）
  • 数据分布较复杂的任务（如图像分类、文本分类）
  • 希望快速看到训练效果，不想调太多参数
• 优点：自带自适应学习率，收敛快，对学习率不敏感（默认参数 often 能跑通）

2. 复杂大模型：选 AdamW

• 适用情况：训练大型模型（如 BERT、GPT、深层 ResNet）
• 为什么：AdamW 修复了 Adam 中权重衰减（正则化）的设计缺陷，能更好地控制模型复杂度，避免过拟合。现在大模型训练基本都用它（比如 Hugging Face 库的默认优化器）。

3. 追求极致性能 / 稳定收敛：选 SGD+Momentum

• 适用情况：
  • 简单模型（如线性回归、逻辑回归）
  • 需要精细调优的场景（如目标检测中的边框回归）
  • 数据量极大（百万级以上样本）
• 优点：
  • 收敛到的结果可能比 Adam 更优（尤其在凸优化问题中）
  • 内存占用小，适合大数据训练
• 缺点：需要手动调学习率（通常配合学习率衰减策略），收敛速度较慢

4. 序列数据 / 递归模型：RMSprop 或 Adam

• 适用情况：处理文本、语音等序列数据（如 RNN、LSTM）
• 为什么：这类模型容易出现梯度爆炸 / 消失，RMSprop 和 Adam 通过自适应学习率能更好地稳定训练

5. 特殊场景：其他优化器

• Adagrad：适合稀疏数据（如文本中的词向量），但现在很少用（学习率衰减太快）
• Rprop：适合噪声大的数据，但仅在特定科研场景使用
• LBFGS：适合小批量、高精度的凸优化问题（如小规模线性模型），但不适合深度学习

三、实用技巧

1. 先试简单的：新手先用 Adam 跑通模型，再尝试 AdamW 或 SGD 对比效果
2. 关注学习率：
   • Adam/AdamW 通常用 1e-3 ~ 1e-5
   • SGD 通常用 1e-2 ~ 1e-4（需要配合更大的动量，如 0.9）
3. 结合学习率调度器：无论选哪种优化器，搭配 StepLR 或 CosineAnnealingLR 等调度器，效果会更好
4. 看文献 / 开源项目：同类任务别人用什么优化器？比如目标检测常用 SGD，NLP 常用 AdamW

总结

• 快速上手 / 通用场景 → Adam
• 大模型 / 需要正则化 → AdamW
• 简单模型 / 大数据 / 精细调优 → SGD+Momentum
• 序列数据 → Adam 或 RMSprop

优化器没有绝对的 “最好”，只有 “最合适”，建议多尝试对比效果！