En Belöningsbaserad Algoritm för Hyperparameteroptimering av Neurala Nätverk

Machine learning and its wide range of applications is becoming increasingly prevalent in both academia and industry. This thesis will focus on the two machine learning methods convolutional neural networks and reinforcement learning. Convolutional neural networks has seen great success in various applications for both classification and regression problems in a diverse range of fields, e.g. vision for self-driving cars or facial recognition. These networks are built on a set of trainable weights optimized on data, and a set of hyperparameters set by the designer of the network which will remain constant. For the network to perform well, the hyperparameters have to be optimized separately. The goal of this thesis is to investigate the use of reinforcement learning as a method for optimizing hyperparameters in convolutional neural networks built for classification problems. The reinforcement learning methods used are a tabular Q-learning and a new Q-learning inspired algorithm denominated max-table. These algorithms have been tested with different exploration policies based on each hyperparameter value’s covariance, precision or relevance to the performance metric. The reinforcement learning algorithms were mostly tested on the datasets CIFAR10 and MNIST fashion against a baseline set by random search. While the Q-learning algorithm was not able to perform better than random search, max-table was able to perform better than random search in 50% of the time on both datasets. Hyperparameterbased exploration policy using covariance and relevance were shown to decrease the optimizers’ performance. No significant difference was found between a hyperparameter based exploration policy using performance and an equally distributed exploration policy.Maskininlärning och dess många tillämpningsområden blir vanligare i både akademin och industrin. Den här uppsatsen fokuserar på två maskininlärningsmetoder, faltande neurala nätverk och förstärkningsinlärning. Faltande neurala nätverk har sett stora framgångar inom olika applikationsområden både för klassifieringsproblem och regressionsproblem inom diverse fält, t.ex. syn för självkörande bilar eller ansiktsigenkänning. Dessa nätverk är uppbyggda på en uppsättning av tränbara parameterar men optimeras på data, samt en uppsättning hyperparameterar bestämda av designern och som hålls konstanta vilka behöver optimeras separat för att nätverket ska prestera bra. Målet med denna uppsats är att utforska användandet av förstärkningsinlärning som en metod för att optimera hyperparameterar i faltande neurala nätverk gjorda för klassifieringsproblem. De förstärkningsinlärningsmetoder som använts är en tabellarisk "Q-learning" samt en ny "Q-learning" inspirerad metod benämnd "max-table". Dessa algoritmer har testats med olika handlingsmetoder för utforskning baserade på hyperparameterarnas värdens kovarians, precision eller relevans gentemot utvärderingsmetriken. Förstärkningsinlärningsalgoritmerna var i största del testade på dataseten CIFAR10 och MNIST fashion och jämförda mot en baslinje satt av en slumpmässig sökning. Medan "Q-learning"-algoritmen inte kunde visas prestera bättre än den slumpmässiga sökningen, kunde "max-table" prestera bättre på 50\% av tiden på både dataseten. De handlingsmetoder för utforskning som var baserade på kovarians eller relevans visades minska algoritmens prestanda. Ingen signifikant skillnad kunde påvisas mellan en handlingsmetod baserad på hyperparametrarnas precision och en jämnt fördelad handlingsmetod för utforsking