Der Momentum-Optimizer ist eine Variante des stochastic gradient descent (SGD)-Algorithmus, der zur Optimierung von maschinellen Lernalgorithmen eingesetzt wird. Im Bereich des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz wird der Momentum-Optimizer häufig genutzt, um die Konvergenzgeschwindigkeit bei der Parameteranpassung von neuronalen Netzen zu verbessern.
Der grundlegende Gedanke des Momentum-Optimizers besteht darin, den Parameteraktualisierungsprozess durch die Einführung eines „Schwungs“ (engl. momentum) zu stabilisieren. Bei herkömmlichem SGD werden die Parameter des Modells ausschließlich basierend auf dem aktuellen Gradienten aktualisiert. Dies kann dazu führen, dass das Optimierungsverfahren in lokalen Minima stecken bleibt oder die Konvergenz verlangsamt wird, insbesondere bei nicht glatten oder unregelmäßigen Landschaften des Verlustfunktion.
Der Momentum-Optimizer behebt dieses Problem, indem er den Aktualisierungsschritt um einen Anteil der vorherigen Aktualisierung erweitert. Mathematisch wird dies durch die Einführung eines Momentum-Terms dargestellt, der den vorherigen Aktualisierungsschritt mit einem bestimmten Faktor (in der Regel als α bezeichnet) gewichtet. Dieser Ansatz ermöglicht es dem Optimierungsprozess, sich nicht nur auf den aktuellen Gradienten zu konzentrieren, sondern auch die Dynamik der vorherigen Schritte zu berücksichtigen.
Durch die Einführung des Momentum-Terms wird die Aktualisierung der Parameter stabilisiert, und das Risiko, in lokale Minima zu geraten, wird reduziert. Darüber hinaus kann der Momentum-Optimizer die Konvergenzgeschwindigkeit beschleunigen, insbesondere bei der Optimierung tiefer neuronaler Netze.
In der Praxis wird der Momentum-Optimizer oft in Kombination mit anderen Techniken wie dem Nestrov-Accelerated-Gradient oder dem Adam-Optimizer eingesetzt, um die Leistung weiter zu verbessern. Er ist somit ein wichtiger Bestandteil moderner maschineller Lernverfahren und findet Anwendung in einer Vielzahl von Anwendungen, von der Bildklassifikation bis hin zur natürlichen Sprachverarbeitung.