Legge IV · Loss, gradiente e ottimizzatori

Esercizi di ottimizzazione e gradiente

16 esercizi su loss, gradiente e ottimizzatori con soluzioni passo passo, calcoli guidati e strumenti pratici per capire AI e machine learning.

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Esercizio 2

Calcola MSE e MAE per errori 1, 1, 5.

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  1. MSE=(1+1+25)/3=9.
  2. MAE=(1+1+5)/3≈2.33.
  3. Il MSE penalizza più fortemente l’errore 5.
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Esercizio 5

Perché gradient clipping non cambia la direzione del gradiente?

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  1. Calcola la norma totale.
  2. Se supera la soglia, scala tutti i componenti per lo stesso fattore.
  3. La norma si riduce ma la direzione resta invariata.
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Esercizio 6

Perché Adam richiede più memoria di SGD con momentum?

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  1. Momentum conserva una media del gradiente.
  2. Adam conserva primo e secondo momento per ogni peso.
  3. Il costo aggiuntivo è approssimativamente un vettore di stato in più per parametro.
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Esercizio 7

Qual è il batch effettivo con 8 esempi, 2 dispositivi e accumulo 4?

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  1. Batch per passo: 8×2=16.
  2. Accumulo: 16×4=64.
  3. Batch effettivo: 64.
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Esercizio 8

Perché la quantizzazione post-training richiede validazione?

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  1. Riduce precisione e memoria senza riaddestramento.
  2. Arrotondamenti e scale possono alterare alcuni output.
  3. Sul task reale si misura il compromesso fra efficienza e accuratezza.
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Esercizio 9

Esegui tre passi SGD su f(x)=(x−2)² con x₀=6 e η=0.25.

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  1. Il gradiente è 2(x−2), quindi x_new=x−0.5(x−2)=0.5x+1.
  2. x₁=4, x₂=3, x₃=2.5.
  3. La distanza dal minimo si dimezza a ogni passo.
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Esercizio 10

Perché SGD diverge su f(x)=(x−3)² con learning rate 1.1?

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  1. Il gradiente è 2(x−3), quindi x_new=x−2.2(x−3).
  2. Lo scarto dal minimo viene moltiplicato per −1.2.
  3. Il valore assoluto cresce del 20% a ogni iterazione e il segno oscilla.
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Esercizio 12

Confronta Huber e MSE per un residuo 10 con δ=1.

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  1. MSE per quel residuo è 10²=100.
  2. Huber è δ(|r|−δ/2)=1·(10−0.5)=9.5.
  3. Huber cresce linearmente oltre δ e penalizza meno l’outlier.
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Esercizio 13

Quanti bit servono idealmente per 1 milione di pesi FP32, BF16 e INT8?

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  1. FP32 usa 32 bit, BF16 16 e INT8 8 per peso.
  2. I valori sono 32, 16 e 8 milioni di bit.
  3. Divisi per 8: 4 MB, 2 MB e 1 MB in unità decimali, esclusi metadati.
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Esercizio 14

Perché il warmup può stabilizzare l’inizio del training?

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  1. I primi gradienti possono essere grandi o poco rappresentativi.
  2. Il learning rate cresce gradualmente invece di partire subito al massimo.
  3. Riduce aggiornamenti bruschi, ma durata e valore massimo richiedono validazione.
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Esercizio 15

Che differenza c’è fra L2 e weight decay disaccoppiato?

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  1. In L2 la penalità entra nella loss e nel gradiente.
  2. Negli ottimizzatori adattivi quel termine viene a sua volta normalizzato.
  3. AdamW applica il decadimento separatamente dall’adattamento del gradiente.
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Esercizio 16

Perché ridurre batch size può richiedere di cambiare learning rate?

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  1. Batch più piccoli producono stime del gradiente più rumorose.
  2. Lo stesso passo può avere una dinamica diversa.
  3. Non esiste una regola universale: lo scaling va verificato con scheduler e validation.