深度学习之学习率退火的六种调整策略

记录下SGD优化时几种常见的学习率调整策略，方便后续使用

PyTorch学习率调整策略通过torch.optim.lr_scheduler接口实现。PyTorch提供的学习率调整策略分为三大类，分别是

a. 有序调整：等间隔调整(Step)，按需调整学习率(MultiStep)，指数衰减调整(Exponential)和余弦退火CosineAnnealing。
b. 自适应调整：自适应调整学习率 ReduceLROnPlateau。
c. 自定义调整：自定义调整学习率 LambdaLR。

1 等间隔调整学习率 StepLR

等间隔调整学习率，调整倍数为 gamma 倍，调整间隔为 step_size。间隔单位是step。需要注意的是， step 通常是指 epoch，不要弄成 iteration 了。

torch.optim.lr_scheduler.StepLR(optimizer, step_size, gamma=0.1, last_epoch=-1)

相关参数：
step_size(int)- 学习率下降间隔数，若为 30，则会在 30、 60、 90…个 step 时，将学习率调整为 lr*gamma。
gamma(float)- 学习率调整倍数，默认为 0.1 倍，即下降 10 倍。
last_epoch(int)- 上一个 epoch 数，这个变量用来指示学习率是否需要调整。当last_epoch 符合设定的间隔时，就会对学习率进行调整。当为-1 时，学习率设置为初始值。

2 按需调整学习率 MultiStepLR

按设定的间隔调整学习率。这个方法适合后期调试使用，观察 loss 曲线，为每个实验定制学习率调整时机。

torch.optim.lr_scheduler.MultiStepLR(optimizer, milestones, gamma=0.1, last_epoch=-1)

相关参数：
milestones(list)：一个 list，每一个元素代表何时调整学习率， list 元素必须是递增的。如 milestones=[30,80,120]
gamma(float)：学习率调整倍数，默认为 0.1 倍，即下降 10 倍。

3 指数衰减调整学习率 ExponentialLR

按指数衰减调整学习率，调整公式: lr=lr∗gamma∗∗epochl r = l r ∗ g a m m a ∗ ∗ e p o c hlr=lr∗gamma∗∗epoch

torch.optim.lr_scheduler.ExponentialLR(optimizer, gamma, last_epoch=-1)

相关参数：
gamma：学习率调整倍数的底，指数为 epoch，即 gamma**epoch

4 余弦退火调整学习率 CosineAnnealingLR

以余弦函数为周期，并在每个周期最大值时重新设置学习率。以初始学习率为最大学习率，以 2 ∗ T m a x 2*Tmax 2∗Tmax 为周期，在一个周期内先下降，后上升。

torch.optim.lr_scheduler.CosineAnnealingLR(optimizer, T_max, eta_min=0, last_epoch=-1)

相关参数：
T_max(int)：一次学习率周期的迭代次数，即 T_max 个 epoch 之后重新设置学习率。
eta_min(float)：最小学习率，即在一个周期中，学习率最小会下降到 eta_min，默认值为 0。

5 自适应调整学习率 ReduceLROnPlateau

当某指标不再变化（下降或升高），调整学习率，这是非常实用的学习率调整策略。
例如，当验证集的 loss 不再下降时，进行学习率调整；或者监测验证集的 accuracy，当accuracy 不再上升时，则调整学习率。

torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau(optimizer, mode='min', factor=0.1, patience=10, verbose=False, threshold=0.0001, threshold_mode='rel', cooldown=0, min_lr=0, eps=1e-08)

相关参数：
mode(str)- 模式选择，有 min 和 max 两种模式， min 表示当指标不再降低(如监测loss)， max 表示当指标不再升高(如监测 accuracy)。
factor(float)- 学习率调整倍数(等同于其它方法的 gamma)，即学习率更新为 lr = lr * factor
patience(int)- 忍受该指标多少个 step 不变化，当忍无可忍时，调整学习率。
verbose(bool)- 是否打印学习率信息， print(‘Epoch {:5d}: reducing learning rate of group {} to {:.4e}.’.format(epoch, i, new_lr))
threshold_mode(str)- 选择判断指标是否达最优的模式，有两种模式， rel 和 abs。
当 threshold_mode == rel，并且 mode == max 时， dynamic_threshold = best * ( 1 +threshold )；
当 threshold_mode == rel，并且 mode == min 时， dynamic_threshold = best * ( 1 -threshold )；
当 threshold_mode == abs，并且 mode== max 时， dynamic_threshold = best + threshold ；
当 threshold_mode == rel，并且 mode == max 时， dynamic_threshold = best - threshold；
threshold(float)- 配合 threshold_mode 使用。
cooldown(int)- “冷却时间“，当调整学习率之后，让学习率调整策略冷静一下，让模型再训练一段时间，再重启监测模式。
min_lr(float or list)- 学习率下限，可为 float，或者 list，当有多个参数组时，可用 list 进行设置。
eps(float)- 学习率衰减的最小值，当学习率变化小于 eps 时，则不调整学习率。

6 自定义调整学习率 LambdaLR

为不同参数组设定不同学习率调整策略。调整规则为lr=base_lr∗lmbda(self.last_epoch)lr=base\_lr∗lmbda(self.last\_epoch)lr=base_lr∗lmbda(self.last_epoch)
fine-tune 中十分有用，我们不仅可为不同的层设定不同的学习率，还可以为其设定不同的学习率调整策略

torch.optim.lr_scheduler.LambdaLR(optimizer, lr_lambda, last_epoch=-1)

相关参数：
lr_lambda(function or list)- 一个计算学习率调整倍数的函数，输入通常为 step，当有多个参数组时，设为 list。

参考：PyTorch学习之六个学习率调整策略