Abstract
This paper analyzes the gradient descent method, which is the one most used for learning neural networks. Learning means updating a parameter so the loss function is at its minimum. The loss function quantifies the difference between actual and predicted values. The gradient descent method uses the slope of the loss function to update the parameter to minimize error, and is currently used in libraries that provide the best deep learning algorithms. However, these algorithms are provided in the form of a black box, making it difficult to identify the advantages and disadvantages of various gradient descent methods. This paper analyzes the characteristics of the stochastic gradient descent method, the momentum method, the AdaGrad method, and the Adadelta method, which are currently used gradient descent methods. The experimental data used a modified National Institute of Standards and Technology (MNIST) data set that is widely used to verify neural networks. The hidden layer consists of two layers: the first with 500 neurons, and the second with 300. The activation function of the output layer is the softmax function, and the rectified linear unit function is used for the remaining input and hidden layers. The loss function uses cross-entropy error.
본 논문에서는 신경망을 학습하는 데 가장 많이 사용되고 있는 경사하강법에 대해 분석하였다. 학습이란 손실함수가 최소값이 되도록 매개변수를 갱신하는 것이다. 손실함수는 실제값과 예측값의 차이를 수치화 해주는 함수이다. 경사하강법은 오차가 최소화되도록 매개변수를 갱신하는데 손실함수의 기울기를 사용하는 것으로 현재 최고의 딥러닝 학습알고리즘을 제공하는 라이브러리에서 사용되고 있다. 그러나 이 알고리즘들은 블랙박스형태로 제공되고 있어서 다양한 경사하강법들의 장단점을 파악하는 것이 쉽지 않다. 경사하강법에서 현재 대표적으로 사용되고 있는 확률적 경사하강법(Stochastic Gradient Descent method), 모멘텀법(Momentum method), AdaGrad법 그리고 Adadelta법의 특성에 대하여 분석하였다. 실험 데이터는 신경망을 검증하는 데 널리 사용되는 MNIST 데이터 셋을 사용하였다. 은닉층은 2개의 층으로 첫 번째 층은 500개 그리고 두 번째 층은 300개의 뉴런으로 구성하였다. 출력 층의 활성화함수는 소프트 맥스함수이고 나머지 입력 층과 은닉 층의 활성화함수는 ReLu함수를 사용하였다. 그리고 손실함수는 교차 엔트로피 오차를 사용하였다.
