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训练过程中的 Loss ?

news 来源：原创 2025/6/13 20:16:02

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在我们训练的过程中，设置好这个epochs也就是训练的轮次，然后计算这个损失函数，我们可以知道这个具体的训练的情况，那么在训练的过程中，这个损失函数的变化有哪些情况？对应的一个解释情况是怎么样的？

正常下降

Starting Epoch 1/50
Epoch [1/50] Average Loss: 0.5908
Starting Epoch 2/50
Epoch [2/50] Average Loss: 0.5720
Starting Epoch 3/50
Epoch [3/50] Average Loss: 0.5709
Starting Epoch 4/50
Epoch [4/50] Average Loss: 0.5550
Starting Epoch 5/50
Epoch [5/50] Average Loss: 0.5342
Starting Epoch 6/50
Epoch [6/50] Average Loss: 0.5057
Starting Epoch 7/50
Epoch [7/50] Average Loss: 0.4768
Starting Epoch 8/50
Epoch [8/50] Average Loss: 0.4469
Starting Epoch 9/50
Epoch [9/50] Average Loss: 0.4155
Starting Epoch 10/50
Epoch [10/50] Average Loss: 0.4037
Starting Epoch 11/50
Epoch [11/50] Average Loss: 0.3958
Starting Epoch 12/50
Epoch [12/50] Average Loss: 0.3643

理解：
这种趋势表明模型正在有效地学习训练数据中的模式。损失值持续稳定地下降，意味着模型在每个训练周期中都在减少预测错误，逐渐逼近数据中的真实关系。这是我们最希望看到的训练初期和中期表现。

对应解释：

模型正在学习：模型通过反向传播和优化器不断调整其内部参数（权重和偏置），以使预测结果更接近真实标签。
特征提取有效：模型能够从输入数据中提取出有用的特征，并利用这些特征进行分类或回归。
优化器和学习率设置合理：当前的学习率和优化器能够有效地引导模型向损失函数的最小值收敛。
数据质量良好：训练数据噪声较小，能够被模型有效学习。

下降后又不断上升

Epoch [14/50] Average Loss: 0.3641
Starting Epoch 15/50
Epoch [15/50] Average Loss: 0.3594
Starting Epoch 16/50
Epoch [16/50] Average Loss: 0.3235
Starting Epoch 17/50
Epoch [17/50] Average Loss: 0.3024
Starting Epoch 18/50
Epoch [18/50] Average Loss: 0.2847
Starting Epoch 19/50
Epoch [19/50] Average Loss: 0.2966
Starting Epoch 20/50
Epoch [20/50] Average Loss: 0.3149
Starting Epoch 21/50
Epoch [21/50] Average Loss: 0.3959
Starting Epoch 22/50
Epoch [22/50] Average Loss: 0.4231

这种情况下，模型最可能出现了过拟合（Overfitting）。即使你只在一个数据集上训练，训练损失的上升仍然是过拟合的强烈信号。
模型过度学习噪声：在 Epoch 18 达到最低点后，模型可能已经充分学习了训练数据中的有效模式。继续训练时，它不再学习通用的规律，而是开始“记忆”训练数据中特有的、随机的噪声和细节。这些噪声对于泛化到新数据是无用的，甚至是干扰。
泛化能力下降：当模型开始拟合噪声时，它的泛化能力（对未见过的数据进行准确预测的能力）就会下降。即使训练损失本身在某个时刻可能看似还在下降，或者像你这个例子一样，在达到一个低点后显著上升，但模型的实际性能（尤其是在验证集或测试集上）会急剧恶化。
学习率可能过高：在损失函数接近最小值时，如果学习率仍然过高，优化器可能会“跳过”最优解，导致损失值在最低点之后反弹并持续上升，因为它无法精确地停留在或收敛到最小值。
为什么即使训练损失上升也可能导致模型在后期表现尚可？
你可能想问，如果训练损失上升了，模型是不是就完全失败了？不一定。
局部过拟合和后期调整：有时，模型在某个阶段会出现过拟合，但如果训练轮次足够多，并且有学习率调度器（如 ReduceLROnPlateau）的介入，它可能会在后续的 Epoch 中降低学习率，从而帮助模型从过拟合的状态中部分恢复，重新找到更优的收敛路径，导致损失在后期再次下降。
训练集与测试集的差异：即使训练损失上升，如果测试集或验证集足够大且具有代表性，模型在某个最佳点停止训练（例如在这个例子中 Epoch 18 附近），其在测试集上的表现可能仍然不错。而你看到的“后面又继续下降了”可能就是调度器发挥作用后的结果。
如何处理这种损失上升的情况？
当发现训练损失下降后开始上升时，应立即采取措施，因为这表明模型正在走向过拟合的深渊：
核心：早停（Early Stopping）：
- 最重要且最有效的方法。你不应该等到损失上升到很高才停止。在训练过程中，除了监控训练损失，更重要的是监控验证损失（Validation Loss）和验证指标（如准确率、F1 Score）。
- 一旦验证损失开始上升，或者验证指标不再改善并开始下降，就应该停止训练，并回溯到验证集上表现最佳的那个 Epoch 所对应的模型权重。
正则化（Regularization）：
- 权重衰减（Weight Decay / L2 正则化）：在优化器中加入或增加 weight_decay 参数。它会惩罚模型参数的大小，防止模型过度拟合训练数据。
- Dropout：在模型的全连接层（fc_reduce 或 fc）之间添加 nn.Dropout() 层。Dropout 会随机地“关闭”一部分神经元，迫使模型学习更鲁棒的特征，减少对单个特征的依赖。
学习率调整：
- 使用学习率调度器，尤其是 ReduceLROnPlateau。它会监控验证损失（或训练损失），当损失在一定时间内没有改善时，自动降低学习率。这可以帮助模型在接近最优解时进行更精细的调整，避免“跳过”最优解。
- 如果发现训练损失上升，可以尝试手动降低学习率并继续观察。
数据增强（Data Augmentation）：
- 增加训练数据的多样性。越是多样化的训练数据，模型就越难过拟合到特定的样本，从而学习到更通用的特征。
简化模型：
- 如果模型过于复杂，参数过多，它更容易记忆训练数据。可以考虑减少模型的层数、每层神经元数量，或者使用更简单的模型架构。

反复震荡

Epoch [37/50] Average Loss: 0.2566
Starting Epoch 38/50
Epoch [38/50] Average Loss: 0.2463
Starting Epoch 39/50
Epoch [39/50] Average Loss: 0.2579
Starting Epoch 40/50
Epoch [40/50] Average Loss: 0.2437
Starting Epoch 41/50
Epoch [41/50] Average Loss: 0.2357
Starting Epoch 42/50
Epoch [42/50] Average Loss: 0.2466
Starting Epoch 43/50
Epoch [43/50] Average Loss: 0.2442
Starting Epoch 44/50
Epoch [44/50] Average Loss: 0.2504