目前，包括計(jì)算機(jī)視覺、語音識別和機(jī)器人在內(nèi)的諸多人工智能應(yīng)用已廣泛使用了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Deep Neural Networks，DNN）。DNN 在很多人工智能任務(wù)之中表現(xiàn)出當(dāng)前最佳的準(zhǔn)確度，但同時(shí)也存在著計(jì)算復(fù)雜度高的問題。

因此，那些能幫助DNN高效處理并提升效率和吞吐量，同時(shí)又無損于表現(xiàn)準(zhǔn)確度或不會(huì)增加硬件成本的技術(shù)是在人工智能系統(tǒng)之中廣泛部署DNN的關(guān)鍵。所以在為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)排除故障方面，我們要先考慮要尋找什么，再花時(shí)間追蹤故障，解決問題。

下面討論如何可視化深度學(xué)習(xí)模型和性能指標(biāo)：

1、TensorBoard

在每一步追蹤每個(gè)動(dòng)作、檢查結(jié)果是非常重要。在預(yù)置包如 TensorBoard 的幫助下，可視化模型和性能指標(biāo)變得簡單。能夠有效地展示Tensorflow在運(yùn)行過程中的計(jì)算圖、各種指標(biāo)隨著時(shí)間的變化趨勢以及訓(xùn)練中使用到的數(shù)據(jù)信息。

2、數(shù)據(jù)可視化

驗(yàn)證模型數(shù)據(jù)的輸入和輸出，在向模型饋送數(shù)據(jù)之前，先保存一些訓(xùn)練和驗(yàn)證樣本用于視覺驗(yàn)證。然后取消數(shù)據(jù)預(yù)處理，將像素值重新調(diào)整回 [0, 255]，檢查多個(gè)批次，以確定沒有重復(fù)相同批次的數(shù)據(jù)。定期保存對應(yīng)模型的輸出，可用于驗(yàn)證和誤差分析。

3、損失&準(zhǔn)確率

除了定期記錄損失和準(zhǔn)確率之外，還可以記錄和繪制它們，以分析其長期趨勢。繪制損失圖能夠幫助我們調(diào)整學(xué)習(xí)率，損失的任意長期上升表明學(xué)習(xí)率太高了。如果學(xué)習(xí)率較低，則學(xué)習(xí)的速度變慢。

深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練可以在更高級別的數(shù)學(xué)精度上非常精確地進(jìn)行，然后在運(yùn)行時(shí)可以用較低精度的數(shù)學(xué)來實(shí)現(xiàn)，從而獲得改良的吞吐量、效率甚至延遲。所以保持高準(zhǔn)確率對于最佳用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。

4、總結(jié)

權(quán)重&偏置

緊密監(jiān)控訓(xùn)練出來的特征參數(shù)，出現(xiàn)大型權(quán)重是不正常的，正態(tài)分布的權(quán)重表明訓(xùn)練過程很順利。權(quán)重更新較小，進(jìn)而導(dǎo)致收斂速度變慢，這使會(huì)使得損失函數(shù)的優(yōu)化變得緩慢。在最壞的情況下，可能會(huì)完全停止神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步訓(xùn)練。

激活

為了梯度下降以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練的最佳性能，激活函數(shù)之前的節(jié)點(diǎn)輸出應(yīng)該呈正態(tài)分布。如果不是，那么我們可能向卷積層應(yīng)用歸一化，或者向RNN應(yīng)用層歸一化，并將激活函數(shù)應(yīng)用于其獲取該層的輸出并將其作為輸入饋送到下一個(gè)層。最后還需監(jiān)控激活函數(shù)之后無效節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

梯度

我們監(jiān)控每一層的梯度，以確定一個(gè)最嚴(yán)肅的深度學(xué)習(xí)問題：梯度消失或爆炸。如果梯度從最右層向最左層快速下降，導(dǎo)致于要用非常大的訓(xùn)練輪數(shù)去訓(xùn)練，那么就出現(xiàn)了梯度消失問題。如果在梯度下降的過程中每一次迭代的步長非常大，這對我們找到最優(yōu)解也就是最小值有非常大的阻礙，增加了我們的訓(xùn)練難度，這就是梯度爆炸。