FTRL (Follow The Regularized Leader)

FTRL, “Follow-The-Regularized-Leader” ifadesinin kısaltmasıdır ve özellikle çevrim içi öğrenme (online learning) senaryoları için tasarlanmış bir optimizasyon algoritmasıdır. Büyük ölçekte ve seyrek (sparse) özelliklere sahip verilerle çalışmak üzere geliştirilmiştir. Google tarafından önerilen bu algoritma, özellikle reklam tahmini, öneri sistemleri ve gerçek zamanlı öğrenme sistemlerinde yaygın şekilde kullanılır.

FTRL Optimizasyon Algoritması

Temel Yaklaşım

FTRL, klasik gradyan inişi yöntemlerinden farklı olarak önceki adımlarda biriken gradyanların ve düzenlileştirme terimlerinin bir kombinasyonu üzerinden güncelleme yapar. Özellikle <span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.8333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal">L</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span> ve <span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.8333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal">L</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span> düzenlileştirme terimlerini doğrudan güncelleme fonksiyonunun bir parçası hâline getirerek, parametrelerin seyrekliğini teşvik eder. Bu özelliğiyle Lasso (<span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.8333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal">L</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>) gibi etkili özellik seçim mekanizmalarıyla benzer davranışlar sergiler.

Matematiksel Tanım

FTRL güncellemesi şu şekilde ifade edilir:

<span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.9028em;vertical-align:-0.2083em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">θ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.0278em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span><span class="mbin mtight">+</span><span class="mord mtight">1</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2083em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.2778em;"></span><span class="mrel">=</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2778em;"></span></span><span class="base"><span class="strut" style="height:1.8em;vertical-align:-0.65em;"></span><span class="mop">ar<span style="margin-right:0.01389em;">g</span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.1667em;"></span><span class="mop"><span class="mop">min</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3361em;"><span style="top:-2.55em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight" style="margin-right:0.02778em;">θ</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.1667em;"></span><span class="minner"><span class="mopen delimcenter" style="top:0em;"><span class="delimsizing size2">(</span></span><span class="mop"><span class="mop op-symbol small-op" style="position:relative;top:0em;">∑</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.9335em;"><span style="top:-2.4003em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">s</span><span class="mrel mtight">=</span><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span style="top:-3.2029em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2997em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.1667em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.03588em;">g</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8413em;"><span style="top:-2.453em;margin-left:-0.0359em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">s</span></span></span><span style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight" style="margin-right:0.13889em;">T</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.247em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">θ</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mbin">+</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8451em;"><span style="top:-2.655em;"><span class="pstrut" style="height:3em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span><span style="top:-3.23em;"><span class="pstrut" style="height:3em;"></span><span class="frac-line" style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span style="top:-3.394em;"><span class="pstrut" style="height:3em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mtight">1</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.345em;"><span></span></span></span></span></span><span class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.1667em;"></span><span class="mop"><span class="mop op-symbol small-op" style="position:relative;top:0em;">∑</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.9335em;"><span style="top:-2.4003em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">s</span><span class="mrel mtight">=</span><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span style="top:-3.2029em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2997em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.1667em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.03588em;">σ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.1514em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.0359em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">s</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mord">∥</span><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">θ</span><span class="mord"><span class="mord">∥</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.8141em;"><span style="top:-2.4519em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span><span style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">2</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.2481em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mbin">+</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2222em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal">λ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mord">∥</span><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">θ</span><span class="mord"><span class="mord">∥</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span class="mclose delimcenter" style="top:0em;"><span class="delimsizing size2">)</span></span></span></span></span></span>

Burada:

• <span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.625em;vertical-align:-0.1944em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.03588em;">g</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.1514em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.0359em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">s</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>: s adımındaki gradyan
• <span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.5806em;vertical-align:-0.15em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.03588em;">σ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.1514em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:-0.0359em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mathnormal mtight">s</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>: adım başına artan ağırlıklandırma katsayısı
• <span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.8444em;vertical-align:-0.15em;"></span><span class="mord"><span class="mord mathnormal">λ</span><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.3011em;"><span style="top:-2.55em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span class="mord mtight">1</span></span></span></span><span class="vlist-s">​</span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist" style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>: L1 düzenlileştirme katsayısı
• <span class="katex"><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.6944em;"></span><span class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">θ</span></span></span></span>: öğrenilen parametreler

Bu formül, önceki tüm gradyanları ve düzenlileştirme cezalarını göz önünde bulundurarak parametreleri günceller.

Özellikleri

Avantajları

• Seyrek veri ile uyumlu: L1 düzenlileştirme ile çok sayıda gereksiz özelliği sıfırlayabilir.
• Çevrim içi güncellemeye uygun: Büyük veri akışları ile çalışmak için uygundur.
• Gerçek zamanlı öğrenme: Özellikle internet reklamcılığı ve öneri motorlarında yaygındır.
• Dengeli genelleme: L1 ve L2’nin birlikte kullanımı aşırı uyum riskini azaltır.

Dezavantajları

• Parametre ayarlaması hassastır: L1 ve L2 katsayıları dikkatle belirlenmelidir.
• GPU/derin öğrenme için optimize edilmemiştir: Daha çok CPU tabanlı modellerde kullanılır.
• Yoğun veri için uygun değildir: Seyrek olmayan (dense) verilerde performansı sınırlıdır.

Uygulama Alanları

• Tıklama tahmini (CTR) sistemleri
• Reklam açık artırmaları (RTB)
• Öneri sistemleri
• Gerçek zamanlı kullanıcı davranışı modelleme
• Büyük ölçekli metin sınıflandırma

FTRL'nin adım adım düzenlileştirilmiş optimizasyon süreci görselleştirildi. (

FTRL, geçmiş gradyanlar ve düzenlileştirme terimlerini hesaba katarak çevrim içi ve seyrek öğrenmeyi mümkün kılar.