python - 当我添加更多隐藏层时，神经网络仅产生 1 的值

Question

因此，我正在构建一个机器学习竞技场模拟，我可以在其中交换不同的算法来展示不同模型的优点和缺点。

我尝试使用 ReLU 激活，但这并不理想，因为 SoftMax 会生成概率分布，这意味着一次几乎只能执行 1 个操作。

我认为 sigmoid 是最好的选择，但是当我计算输出层时，它在每一层中逐渐变得越来越大，所以当我添加 2 个隐藏层时:所有输出节点的结果都是 1。

这是一个演示: https://i.gyazo.com/b12d4efdd1b0af518751762cb2f000f9.mp4

这里是一些代码片段:

class NeuralNetwork:

    layer_weights: list
    neuron_weights: list = None  # Stored here for verbose
    neuron_screen_locations: list = None

    def __init__(
        self,
        dimensions: Tuple[int] = None,
        layer_weights: list = None
    ):

        if dimensions:
            self.layer_weights = []
            for i in range(len(dimensions)-1):
                self.layer_weights.append(
                    np.random.uniform(
                    size=(dimensions[i], dimensions[i+1])
                    )
                )
            return

        self.layer_weights = list(layer_weights)

    def activate_layer(self, layer: list):
        for x in np.nditer(layer, op_flags=['readwrite']):
            x[...] = self.sigmoid(x)

    def output(self, inputs: list):
        self.neuron_weights = []
        self.neuron_weights.append(np.array((inputs)))
        output = inputs

        for weight_layer in self.layer_weights:
            output = np.matmul(output, weight_layer)
            self.activate_layer(output)
            self.neuron_weights.append(output)

        return output

    def sigmoid(self, x, derivative=False):
        ...

    def ReLU(self, x):
        ...

    def softmax(self, x):
        ...

    def draw_neurons(self): # Draws neurons to screen
        ...

    def draw_weights(self): # Draws synaptic connections between neurons to screen
        ...

编辑:

我也尝试使用 Tanh，它产生了类似的结果...这是一个演示(具有更多层): https://i.gyazo.com/d779dce5cd974bc644d0f1ffa267c062.mp4

这是我的输入功能的代码(也许问题可能出在这里？):

def look(self, match_up: MatchUp):
    """Set up Neural Network inputs."""
    p: Pawn = self.pawn

    imminent: Laser = match_up.get_most_imminent_laser(p)
    enemy: Pawn = match_up.get_closest_opponent(p)

    max_angle = math.pi * 2

    self.inputs = [
        1/math.sqrt(p.dist_squared(actor=imminent)
                    ) if imminent != None else 1,
        p.angle_to(actor=imminent)/max_angle if imminent != None else 1,

        1/math.sqrt(p.dist_squared(actor=enemy)) if enemy != None else 1,
        p.angle_to(actor=enemy)/max_angle if enemy != None else 1,

        p.get_direc()/max_angle,
        p.health/p.stat_bias.max_health
    ]

Answer 1

你的问题是权重初始化。因为您使用统一权重初始化，所以您的网络的值会爆炸，因此只产生一个值并遭受梯度消失的影响。从某种意义上说，您应该努力进行初始化，在每一层之后产生正态分布的输出。

对于 sigmoid/TanH，这将是 glorot 初始化，stddev = sqrt(2/(Nr. 输入节点 + Nr. 输出节点))。

对于 ReLU，这将是初始化 stddev = sqrt(2/(Nr. 输入节点))。

对于您的程序，您只需将初始化从 np.random.uniform(0,1, size=(dimensions[i],dimensions[i+1])) 替换为 np.random.normal(0, np.sqrt(2/(维度[i] + 维度[i+1])), size=(维度[i], 维度[i+1]))它应该按预期工作。

引文:glorot Init。 [http://proceedings.mlr.press/v9/glorot10a/glorot10a.pdf?hc_location=ufi] ，他初始化。 [https://www.cv-foundation.org/openaccess/content_iccv_2015/papers/He_Delving_Deep_into_ICCV_2015_paper.pdf]