深度学习训练模型中的 Epoch，Batchsize，Iterations

GOOD POST

https://towardsdatascience.com/epoch-vs-iterations-vs-batch-size-4dfb9c7ce9c9

Epoch

当一个完整的数据集通过了神经网络一次并且返回了一次，这个过程称为一次Epoch。所有训练样本在神经网络中都进行了一次正向传播和一次反向传播。一个Epoch就是讲所有训练样本训练一次的过程。

一个Epoch训练样本数量可能太过庞大，就需要把它分成多个小块，也就是就是分成多个Batch 来进行训练。

一个epoch指代所有的数据送入网络中完成一次前向计算及反向传播的过程。由于一个epoch常常太大，计算机无法负荷，我们会将它分成几个较小的batches。那么，为什么我们需要多个epoch呢？我们都知道，在训练时，将所有数据迭代训练一次是不够的，需要反复多次才能拟合收敛。在实际训练时，我们将所有数据分成几个batch，每次送入一部分数据，梯度下降本身就是一个迭代过程，所以单个epoch更新权重是不够的。

下图展示了使用不同个数epoch训练导致的结果。

可见，随着epoch数量的增加，神经网络中权重更新迭代的次数增多，曲线从最开始的不拟合状态（右侧图），慢慢进入优化拟合状态（中间图），最终进入过拟合（左侧图）。

因此，epoch的个数是非常重要的。那么究竟设置为多少才合适呢？恐怕没有一个确切的答案。对于不同的数据集来说，epoch数量是不同的。但是，epoch大小与数据集的多样化程度有关，多样化程度越强，epoch应该越大。

一般在神经网络中传递全部的数据集一次是不够的，我们需要将全部的数据集在同样的神经网络中传递多次，比如2万次，这个次数也需要训练，epoch的次数过多，容易造成过拟合，次数过少，容易使训练的参数达不到最优。
例如，训练数据集总共有1000个样本。若batch_size=10，那么训练完全体样本集需要100次迭代，1次epoch。
 例如：训练样本10000条，batchsize设置为20，将所有的训练样本在同一个模型中训练5遍，则epoch=5,batchsize=20, iteration=10000/20=500

 

 

Batch Size

所谓Batch就是每次送入网络中训练的一部分数据，而Batch Size就是每个batch中训练样本的数量。上文提及，每次送入训练的不是所有数据而是一小部分数据，另外，batch size 和batch numbers不是同一个概念。

Batch size大小的选择也至关重要。为了在内存效率和内存容量之间寻求最佳平衡，batch size应该精心设置，从而最优化网络模型的性能及速度。

batchsize太大或者太小都不好，如果该值太小，假设batchsize=1，每次用一个数据进行训练，如果数据总量很多时（假设有十万条数据），就需要向模型投十万次数据，完整训练完一遍数据需要很长的时间，训练效率很低；如果该值太大，假设batchsize=100000，一次将十万条数据扔进模型，很可能会造成内存溢出，而无法正常进行训练。

所以，我们需要设置一个合适的batchsize值，在训练速度和内存容量之间寻找到最佳的平衡点。

几点经验：

相对于正常数据集，如果Batch_Size过小，训练数据就会非常难收敛，从而导致欠拟合。增大Batch_Size,相对处理速度会变快，同时所需内存容量增加。为了达到更好的训练效果，一般在Batchsize增加的同时，我们需要对所有样本的训练次数（也就是后面要讲的epoch）增加，以达到最好的结果。增加Batchsize的同时，一般会让所有样本的训练次数增加，这同样会导致耗时增加，因此需要寻找一个合适的Batchsize值，在模型总体效率和内存容量之间做到最好的平衡。

Iterations

所谓 iterations 就是完成一次epoch所需的batch个数。

刚刚提到的，batch numbers 就是iterations。

简单一句话说就是，我们有2000个数据，分成4个batch，那么batch size就是500。运行所有的数据进行训练，完成1个epoch，需要进行4次iterations。

 假设一共有100个训练数据，batchsize设置为10，即一共有100个数据，一次向模型中扔10个数据进行训练，那一共要扔多少次才能将所有数据训练一遍呢？ 100/10=10 (次) ，也就是我们扔（迭代）十次就能将数据训练一遍了，此处的扔数据的次数（迭代次数）= iteration=10 。

 每一次迭代得到的结果都会被作为下一次迭代的初始值。例如，上例中需要迭代十次，首先，所有的参数会有一个初始值，第一次迭代过后，模型中的参数会得到一批新值，这一批参数值就作为第二次迭代的输入，通过第二次迭代得到一批优化了一些的参数值，这些参数值将作为第三次迭代的输入……如此，通过一次次迭代，模型里的参数们一步步向最优的参数靠近……

 

 

用mnist 数据集举例：

mnist 数据集有60000张图片作为训练数据，假设现在选择 Batch_Size = 100对模型进行训练。

• 每个 Epoch 要训练的图片数量：60000 (训练集上的所有图像)

• 训练集具有的 Batch 个数：60000/100=600

• 每个 Epoch 需要完成的 Batch 个数：600

• 每个 Epoch 具有的 Iteration 个数：600（完成一个Batch训练，相当于参数迭代一次）

• 每个 Epoch 中发生模型权重更新的次数：600

• 训练 10 个Epoch后，模型权重更新的次数：600*10=6000

• 不同Epoch的训练，其实用的是同一个训练集的数据。第1个Epoch和第10个Epoch虽然用的都是训练集的图片，但是对模型的权重更新值却是完全不同的。因为不同Epoch的模型处于代价函数空间上的不同位置，模型的训练代越靠后，越接近谷底，其代价越小。

链接：

https://www.jianshu.com/p/e5076a56946c/
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1637024752671211788&wfr=spider&for=pc

https://blog.csdn.net/weixin_38754799/article/details/109831970

https://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/103438558