「梯度爆炸 (Exploding Gradients)」就是另一個在訓練深度神經網路時可能遇到的問題，尤其是在遞迴神經網路 (RNNs) 中。
梯度爆炸是指在反向傳播 (Backpropagation) 演算法中，當梯度從輸出層向輸入層傳播時，可能會變得異常的大。
為什麼會發生梯度爆炸？梯度爆炸通常發生在以下情況：
- 激活函數的導數過大： 如果使用的激活函數的導數值很大（大於 1），那麼在反向傳播的過程中，每一層的梯度都會被放大。當網路層數很深或者存在循環連接（如在 RNN 中）時，這種放大效應會被累加，導致梯度變得非常大。
- 權重過大： 如果網路的初始權重設定得過大，或者在訓練過程中權重持續增大，也會導致梯度在反向傳播時被放大。
- RNN 中的循環連接： 在 RNN 中，由於每個時間步的梯度都會受到前一個時間步梯度的影響，如果梯度在某個時間步變得很大，這個大的梯度可能會在時間上不斷累積，導致梯度爆炸。
梯度爆炸會帶來什麼問題？
- 訓練不穩定： 極大的梯度會導致權重在一次更新中發生劇烈的變化，使得訓練過程變得非常不穩定，模型可能無法收斂。
- 權重溢出 (NaN)： 過大的梯度可能導致權重的值超出計算機所能表示的範圍，從而出現 NaN (Not a Number) 的情況，使得訓練完全失敗。
- 模型性能下降： 即使沒有導致權重溢出，不穩定的訓練也可能導致模型無法學習到有效的表示，從而影響最終的性能。
在 RNN 中梯度爆炸的特別影響：
在 RNN 中，梯度爆炸可能會導致模型在訓練過程中突然出現巨大的權重更新，進而破壞已經學到的信息。這會使得模型的訓練非常難以控制。
如何緩解梯度爆炸問題？
常見的緩解梯度爆炸的方法包括：
- 梯度裁剪 (Gradient Clipping): 這是最常用的方法之一。它設定一個梯度閾值，當梯度的範數（例如 L2 範數）超過這個閾值時，就將梯度縮放到閾值範圍內。這樣可以限制梯度的最大值，防止梯度過大。
- 使用 L1 或 L2 正規化 (Regularization): 正規化可以限制模型權重的大小，從而在一定程度上防止梯度爆炸。
- 調整學習率 (Learning Rate): 使用較小的學習率可以減緩權重更新的速度，從而降低梯度爆炸的風險。
- 權重初始化： 仔細選擇權重的初始化方法，避免初始權重過大。
- 使用不同的網路結構： 某些更穩定的網路結構，例如基於 Transformer 的模型，在處理長序列時對梯度爆炸和梯度消失問題的魯棒性更好。
總之，梯度爆炸是訓練深度神經網路，尤其是 RNN 時可能遇到的另一個挑戰。通過理解其原因和影響，並採用適當的緩解方法，我們可以更有效地訓練我們的模型。通常來說，梯度裁剪是應對梯度爆炸問題最直接且有效的方法。
