京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
详解反向传播算法
反向传播算法(Backpropagation)已经是神经网络模型进行学习的标配。但是有很多问题值得思考一下:
反向传播算法的作用是什么? 神经网络模型的学习算法一般是SGD。SGD需要用到损失函数C关于各个权重参数
的偏导数
。一个模型的参数w,b是非常多的,故而需要反向传播算法快速计算
。也就是说反向传播算法是一种计算偏导数的方法。
为什么要提出反向传播算法? 在反向传播算法提出之前人们应该想到了使用SGD学习模型,也想到了一些办法求解网络模型的偏导数,但这些算法求解效率比较低,所以提出反向传播算法来更高效的计算偏导数。(那时的网络模型还比较浅只有2-3层,参数少。估计即便不适用反向传播这种高效的算法也能很好的学习。一旦有人想使用更深的网络自然会遇到这个偏导数无法高效计算的问题,提出反向传播也就势在必行了)
反向传播怎么样实现高效计算偏导数的? 请先回顾一下当初我们学习微积分时是如何计算偏导数的? (链式法则,具体看下面)
1 用计算图来解释几种求导方法:
1.1 计算图
式子
可以用如下计算图表达:
令a=2,b=1则有:
如何在计算图上表达“求导”呢? 导数的含义是 因变量随自变量的变化率,例如
表示当x变化1个单位,y会变化3个单位。 微积分中已经学过:加法求导法则是
乘法求导法则是
。
我们在计算图的边上表示导数或偏导数:
如下图
那么
如何求呢?
告诉我们1个单位的b变化会引起1个单位的c变换,
告诉我们 1 个单位的c变化会引起2个单位的e变化。所以
吗?
答案必然是错误。因为这样做只考虑到了下图橙色的路径,所有的路径都要考虑:
所以上面的求导方法总结为一句话就是: 路径上所有边相乘,所有路径相加。不过这里需要补充一条很有用的合并策略:
例如:下面的计算图若要计算
就会有9条路径:
![]()
如果计算图再复杂一些,层数再多一些,路径数量就会呈指数爆炸性增长。但是如果采用合并策略:
![]()
就不会出现这种问题。这种策略不是 对每一条路径都求和,而是 “合并同类路径”,“分阶段求解”。先求X对Y的总影响
![]()
再求Y对Z的总影响
![]()
最后综合在一起。
1.2 两种求导模式:前向模式求导( forward-mode differentiation) 反向模式求导(reverse-mode differentiation)
上面提到的求导方法都是前向模式求导( forward-mode differentiation) :从前向后。先求X对Y的总影响
再乘以Y对Z的总影响
。
另一种,反向模式求导(reverse-mode differentiation) 则是从后向前。先求Y对Z的影响再乘以X对Y的影响。
前向求导模式追踪一个输入如何影响每一个节点(对每一个节点进行
操作)反向求导模式追踪每一个节点如何影响一个输出(对每一个节点进行
操作)。
1.3 反向求导模式(反向传播算法)的重要性:
让我们再次考虑前面的例子:
如果用前向求导模式:关于b向前求导一次
如果用反向求导模式:向后求导
前向求导模式只得到了关于输入b的偏导
,还需要再次求解关于输入a的偏导
(运算2遍)。而反向求导一次运算就得到了e对两个输入a,b的偏导
(运算1遍)。上面的比较只看到了2倍的加速。但如果有1亿个输入1个输出,意味着前向求导需要操作1亿遍才得到所有关于输入的偏导,而反向求导则只需一次运算,1亿倍的加速。数据分析师培训
当我们训练神经网络时,把“损失“ 看作 ”权重参数“ 的函数,需要计算”损失“关于每一个”权重参数“的偏导数(然后用梯度下降法学习)。 神经网络的权重参数可以是百万甚至过亿级别。因此 反向求导模式(反向传播算法)可以极大的加速学习。
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在Excel数据分析中,数据透视表是汇总、整理海量数据的高效工具,而公式则是实现数据二次计算、逻辑判断的核心功能。实际操作中 ...
2026-04-30Excel透视图是数据分析中不可或缺的工具,它能将透视表中的数据快速可视化,帮助我们直观捕捉数据规律、呈现分析结果。但在实际 ...
2026-04-30 很多数据分析师能熟练地计算指标、搭建标签体系,但当被问到“画像到底在解决什么问题”“画像和标签是什么关系”“画像如何 ...
2026-04-30在中介效应分析中,人口统计学变量(如年龄、性别、学历、收入、职业等)是常见的控制变量或调节变量,其处理方式直接影响分析结 ...
2026-04-29在SQL数据库实操中,日期数据的存储与显示是高频需求,而“数字日期”(如20240520、20241231、45321)是很多开发者、数据分析师 ...
2026-04-29 很多分析师在设计标签时思路清晰,但真到落地环节却面临“数据在手,不知如何转化为可用标签”的困境:或因加工方式选择不当 ...
2026-04-29在手游行业竞争日趋白热化的当下,“流量为王”早已升级为“留存为王”,而付费用户留存率更是衡量一款手游盈利能力、运营质量的 ...
2026-04-28在日常MySQL数据库运维与开发中,经常会遇到“同一台服务器上,两个不同数据库(以下简称“源库”“目标库”)的表数据需要保持 ...
2026-04-28 很多分析师每天和数据打交道,但当被问到“标签是什么”“标签和指标有什么区别”“标签体系如何设计”时,却常常答不上来。 ...
2026-04-28箱线图(Box Plot)作为一种经典的数据可视化工具,广泛应用于统计学、数据分析、科研实证等领域,核心价值在于直观呈现数据的集 ...
2026-04-27实证分析是社会科学、自然科学、经济管理等领域开展研究的核心范式,其核心逻辑是通过对多维度数据的收集、分析与解读,揭示变量 ...
2026-04-27 很多数据分析师精通Excel函数和数据透视表,但当被问到“数据从哪里来”“表和视图有什么区别”“数据库管理系统和SQL是什么 ...
2026-04-27在大数据技术飞速迭代、数字营销竞争日趋激烈的今天,“精准触达、高效转化、成本可控”已成为企业营销的核心诉求。传统广告投放 ...
2026-04-24在游戏行业竞争白热化的当下,用户流失已成为制约游戏生命周期、影响营收增长的核心痛点。据行业报告显示,2024年移动游戏平均次 ...
2026-04-24 很多业务负责人开会常说“我们要数据驱动”,最后却变成“看哪张报表数据多就用哪个”,往往因为缺乏一套结构性的方法去搭建 ...
2026-04-24在Power BI数据可视化分析中,切片器是连接用户与数据的核心交互工具,其核心价值在于帮助使用者快速筛选目标数据、聚焦分析重点 ...
2026-04-23以数为据,以析促优——数据分析结果指导临床技术改进的实践路径 临床技术是医疗服务的核心载体,其水平直接决定患者诊疗效果、 ...
2026-04-23很多数据分析师每天盯着GMV、DAU、转化率,但当被问到“哪些指标是所有企业都需要的”“哪些指标是因行业而异的”“北极星指标和 ...
2026-04-23在数字化时代,客户每一次点击、浏览、下单、咨询等行为,都在传递其潜在需求与决策倾向——这些按时间顺序串联的行为轨迹,构成 ...
2026-04-22数据是数据分析、建模与业务决策的核心基石,而“数据清洗”作为数据预处理的核心环节,是打通数据从“原始杂乱”到“干净可用” ...
2026-04-22