问题

为什么L1正则化较容易产生稀疏解，而L2正则化较平缓稳定

 

介绍L1和L2

  L1和L2正则常被用来解决过拟合问题。而L1正则也常被用来进行特征选择，主要原因在于L1正则化会使得较多的参数为0，从而产生稀疏解。我们可以将0对应的特征遗弃，进而用来选择特征。

角度一 ——从代价函数上来看

但为什么L1正则会产生稀疏解呢？这里利用公式进行解释。
假设只有一个参数为w，损失函数为L(w)，分别加上L1正则项和L2正则项后有：

假设L(w)在0处的倒数为d0，即

则可以推导使用L1正则和L2正则时的导数。
引入L2正则项，在0处的导数

引入L1正则项，在0处的导数

可见，引入L2正则时，代价函数在0处的导数仍是d0，无变化。而引入L1正则后，代价函数在0处的导数有一个突变。从d0+λ到d0−λ，若d0+λ和d0−λ异号，则在0处会是一个极小值点。因此，优化时，很可能优化到该极小值点上，即w=0处。

这里只解释了有一个参数的情况，如果有更多的参数，也是类似的。因此，用L1正则更容易产生稀疏解。

角度二 ——L1正则化本身的导数性质

这个角度从权值的更新公式来看权值的收敛结果。

首先来看看L1和L2的梯度(导数的反方向）：

所以(不失一般性，我们假定：wi等于不为0的某个正的浮点数，学习速率η 为0.5)：

L1的权值更新公式为wi = wi - η * 1 = wi - 0.5 * 1，也就是说权值每次更新都固定减少一个特定的值(比如0.5)，那么经过若干次迭代之后，权值就有可能减少到0。

L2的权值更新公式为wi = wi - η * wi = wi - 0.5 * wi，也就是说权值每次都等于上一次的1/2，那么，虽然权值不断变小，但是因为每次都等于上一次的一半，所以很快会收敛到较小的值但不为0。

下面的图很直观的说明了这个变化趋势：


L1能产生等于0的权值，即能够剔除某些特征在模型中的作用（特征选择），即产生稀疏的效果。

L2可以得迅速得到比较小的权值，但是难以收敛到0，所以产生的不是稀疏而是平滑的效果。

角度三 ——几何空间

这个角度从几何位置关系来看权值的取值情况。

直接来看下面这张图

高维我们无法想象，简化到2维的情形，如上图所示。其中，左边是L1图示，右边是L2图示，左边的方形线上是L1中w1/w2取值区间，右边得圆形线上是L2中w1/w2的取值区间，绿色的圆圈表示w1/w2取不同值时整个正则化项的值的等高线（凸函数），从等高线和w1/w2取值区间的交点可以看到，L1中两个权值倾向于一个较大另一个为0，L2中两个权值倾向于均为非零的较小数。这也就是L1稀疏，L2平滑的效果。

参考

https://vimsky.com/article/969.html
https://blog.csdn.net/b876144622/article/details/81276818
https://blog.csdn.net/liangdong2014/article/details/79517638