Tema

Normalización por lotes

La normalización por lotes resta la media y divide entre la desviación típica de cada característica dentro del lote, y después reescala el resultado con dos parámetros aprendidos.

Nombre en inglés

Batch normalization

Intuición

Cada capa aprende sobre una entrada cuya distribución cambia mientras las capas de abajo se mueven, lo que obliga a bajar la tasa de aprendizaje. Al fijar media cero y varianza uno en cada característica, la capa de arriba recibe siempre una entrada de la misma escala. Los dos parámetros aprendidos devuelven a la red la libertad de elegir otra escala si le conviene, incluida la de deshacer la normalización.

Fórmula

\hat{x}_i = \frac{x_i - \mu_B}{\sqrt{\sigma_B^2 + \epsilon}} \qquad y_i = \gamma \hat{x}_i + \beta

Ejemplo resuelto

Un lote de cuatro ejemplos deja en una característica los valores 1, 2, 3 y 6. La media vale 3 y la varianza es la media de los cuadrados de las desviaciones, es decir, (4 más 1 más 0 más 9) dividido entre 4, que da 3.5. La desviación típica vale cerca de 1.8708. Los valores normalizados son -1.069, -0.535, 0 y 1.604, cuya suma da cero. Con gamma = 2 y beta = 1, la capa entrega -1.138, -0.070, 1 y 4.208. En evaluación no hay lote, motivo por el cual la capa guarda durante el entrenamiento una media y una varianza móviles y las usa en su lugar.

Errores frecuentes

Ejercicio

Un lote deja en una característica los valores 2, 4, 4 y 6. ¿Cuál es el valor normalizado del primero, antes de aplicar gamma y beta y despreciando epsilon?

Ver la solución

La media es (2 más 4 más 4 más 6) dividido entre 4, que vale 4. Las desviaciones son -2, 0, 0 y 2, cuyos cuadrados suman 8, de modo que la varianza vale 2 y la desviación típica vale la raíz de 2, cerca de 1.4142. El primer valor normalizado es (2 menos 4) dividido entre 1.4142, cerca de -1.4142.

Respuesta: cerca de -1.4142

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