Optimizer (옵티마이저)

5단 분석법

정의

일반 명사

고유 명사

경사 하강법(Gradient Descent)

적응형 옵티마이저(Adaptive Optimizers)

모멘텀 옵티마이저 (Momentum Optimizers)

5단 분석법

순서	분석	단어	내용
1	일반 명사	Optimize (Optimise)	~를 최대한 좋게[적합하게] 만들다[활용하다]
		-er	(대명사) 그, 그 사람, 그것
		Optimizer	최대한 적합하게 만드는 것
2	고유 명사	Optimizer	딥 러닝 모델의 손실 함수를 최소화하기 위해 기울기를 기반으로 가중치를 업데이트하는 알고리즘
3	사용 이유	Optimizer	- 딥러닝 모델의 예측 성능을 향상시키기 위해 손실 함수를 최소화하도록 가중치를 조정하기 위해서 (손실 함수가 최소한이 된다는 것은 모델의 예측 값이 실제 값과 오차가 많이 나지 않는다는 것을 의미함)
4	사용 방법	Optimizer	1. 옵티마이저 선택 2. 학습률 설정 3. 모델 학습 과정에서 손실 함수를 계산한 후 옵티마이저를 사용해 가중치를 업데이트
5	다른 기술과의 비교	Optimizer	-

정의

일반 명사

Optimize (Optimise)	~를 최대한 좋게[적합하게] 만들다[활용하다]
-er	(대명사) 그, 그 사람, 그것
Optimizer	최대한 적합하게 만드는 것

Optimize(Optimise)는 ~를 최대한 좋게(적합하게) 만들다(활용하다) 라는 뜻을 가지고 있습니다.

-er은 대명사로 '그, 그 사람, 그것' 을 뜻합니다.

Optimizer의 뜻을 예측해보면, 최대한 적합하게 만드는 것이라고 추측해 볼 수 있습니다.

고유 명사를 한 번 살펴볼까요?

고유 명사

Optimizer

딥 러닝 모델의 손실 함수를 최소화하기 위해 기울기를 기반으로 가중치를 업데이트하는 알고리즘

Optimizer는 딥 러닝 모델의 손실 함수를 최소화하기 위해 기울기를 기반으로 가중치를 업데이트 하는 알고리즘을 말합니다.

손실 함수는 모델의 예측값과 실제값 간의 차이를 측정하는 함수입니다.

순서	과정	설명
1	Feed-Forward	입력 데이터를 네트워크의 각 층을 통해 순차적으로 전달하여 최종 출력값을 계산합니다.
2	Loss function으로 Loss 계산	모델의 출력값과 실제값 간의 손실을 계산합니다.
3	Backpropagation을 통해 gradient 계산	손실을 네트워크의 각 층을 거꾸로 전파하여 각 가중치에 대한 기울기를 계산합니다.
4	Optimizer로 weight 조정	옵티마이저가 계산된 기울기와 학습률을 사용하여 가중치를 업데이트합니다.

이 과정에서 백프로파게이션은 손실 함수의 기울기를 계산하는 방법이며, 옵티마이저는 이 기울기를 사용하여 가중치를 업데이트하는 방법입니다.

백프로파게이션과 옵티마이저는 서로 밀접하게 연결되어 있으며, 모델의 학습을 위해 반복적으로 수행됩니다.

옵티마이저에는 여러가지 종류가 있습니다.

경사 하강법(Gradient Descent)

가장 기본적인 옵티마이저입니다.

그래디언트 디센트는 딥러닝 모델의 학습 과정에서 손실 함수를 최소화하기 위해 사용되는 대표적인 최적화 알고리즘입니다.

그래디언트 디센트에는 몇 가지 변형이 있으며, 각각의 변형은 특정 상황에서 더 나은 성능을 보일 수 있습니다.

배치 경사 하강법 (Batch Gradient Descent)	전체 데이터셋을 사용하여 한 번에 가중치를 업데이트합니다.
확률적 경사 하강법 (Stochastic Gradient Descent, SGD)	하나의 데이터 샘플을 사용하여 가중치를 업데이트합니다.
미니 배치 경사 하강법 (Mini-batch Gradient Descent)	데이터셋을 작은 배치로 나누어 각 배치마다 가중치를 업데이트합니다.

적응형 옵티마이저(Adaptive Optimizers)

학습률을 동적으로 조정하여 학습 효율을 높여주는 옵티마이저입니다.

Adagrad	자주 발생하는 파라미터 업데이트에 대해 학습률을 낮추고, 드물게 발생하는 업데이트에 대해 학습률을 높입니다.
RMSprop	학습률을 조정하면서 과거의 기울기를 반영하여 업데이트합니다.
Adam (Adaptive Moment Estimation)	모멘텀과 RMSprop의 장점을 결합하여 학습률을 조정합니다. 현재 가장 널리 사용되는 옵티마이저 중 하나입니다.

모멘텀 옵티마이저 (Momentum Optimizers)

기울기 벡터의 지수 이동 평균을 사용하여 가중치를 업데이트합니다.

지수 이동 평균(Exponential Moving Average, EMA)은 기울기 벡터의 변동성을 줄여주기 때문에 SGD의 단점을 보완합니다.

SGD는 기울기를 계산할 때 노이즈가 많아 최적의 경로를 찾기 어렵습니다.

지수 이동 평균(EMA)은 최근의 기울기 변화에 더 큰 가중치를 부여하고, 과거의 기울기 변화를 지수적으로 감소시키는 방식으로 기울기 벡터를 평활화합니다.

이를 통해 학습 과정에서의 진동을 줄이고, 더 안정적으로 최적화할 수 있게 됩니다.

Nesterov Accelerated Gradient (NAG)

모멘텀의 확장 버전으로, 모멘텀을 적용할 때 기울기를 미리 계산하여 더 정확한 업데이트를 가능하게 합니다. 이는 현재 위치에서의 기울기를 고려하여 더 빠르고 안정적인 수렴을 도와줍니다.

옵티마이저는 파라미터의 수정 방법과 학습의 정도에 큰 영향을 미칩니다.

또한, 각 옵티마이저는 다양한 학습률, 기울기 계산 방법, 모멘텀 등을 사용하여 파라미터를 업데이트하기 때문에, 특정 데이터셋이나 문제에 따라 성능이 다를 수 있습니다.

따라서 여러 옵티마이저를 사용해보고 비교한 후, 최적의 방법을 선택하는 것이 중요합니다.

어떤 학습에서나 최고의 방법이 하나로 정해져 있는 것은 아니며, 실험을 통해 최적의 옵티마이저를 찾는 것이 최선입니다.

사용 이유

Optimizer

- 딥러닝 모델의 예측 성능을 향상시키기 위해 손실 함수를 최소화하도록 가중치를 조정하기 위해서 (손실 함수가 최소한이 된다는 것은 모델의 예측 값이 실제 값과 오차가 많이 나지 않는다는 것을 의미함)

옵티마이저를 사용하는 이유는 손실 함수를 최소화하도록 가중치를 조정하기 위해서 사용합니다.

이유	설명
손실 함수의 최소화	딥러닝 모델의 목표는 주어진 입력에 대해 정확한 출력을 생성하는 것입니다. 이를 평가하기 위해 손실 함수가 사용됩니다. 손실 함수는 모델의 예측 값과 실제 값 간의 차이를 측정하며, 이 값을 최소화하는 것이 모델의 목표입니다. 손실 함수의 값이 작을수록 모델의 예측이 실제 값과 더 가깝다는 것을 의미합니다.
가중치 조정	모델의 예측 성능을 향상시키기 위해서는 가중치를 적절히 조정해야 합니다. 옵티마이저는 손실 함수를 최소화하기 위해 기울기를 기반으로 가중치를 업데이트합니다. 이를 통해 모델이 더 나은 예측을 할 수 있도록 학습합니다.
학습률 제어	학습률은 옵티마이저가 가중치를 업데이트하는 정도를 결정합니다. 학습률이 너무 크면 모델이 최적점에 수렴하지 못하고 과적합이 일어날 수 있으며, 너무 작으면 학습 속도가 매우 느려질 수 있습니다. 옵티마이저는 적절한 학습률을 설정하고 조정함으로써 효율적인 학습을 가능하게 합니다.
적응형 학습	일부 옵티마이저는 학습 과정에서 학습률을 동적으로 조정하여 학습 효율을 높입니다. 예를 들어, Adam과 같은 적응형 옵티마이저는 학습률을 자동으로 조정하여 더 나은 학습 성능을 제공합니다. 이는 손실 함수의 최소화를 더 효과적으로 수행할 수 있게 합니다.

결론적으로, 옵티마이저는 딥러닝 모델의 성능을 향상시키기 위해 필수적인 도구입니다.

손실 함수를 최소화하고, 가중치를 조정하며, 적절한 학습률을 설정함으로써 모델이 주어진 데이터에 대해 더 정확한 예측을 할 수 있도록 도와줍니다.

사용 방법

Optimizer

1. 옵티마이저 선택 2. 학습률 설정 3. 모델 학습 과정에서 손실 함수를 계산한 후 옵티마이저를 사용해 가중치를 업데이