深度学习-交叉熵损失

Posted 2022-05-09 timverion

SoftMax回归

对于MNIST中的每个图像都是零到九之间的手写数字。所以给定的图像只能有十个可能的东西。我们希望能够看到一个图像，并给出它是每个数字的概率。

例如，我们的模型可能会看到一个九分之一的图片，80％的人肯定它是一个九，但是给它一个5％的几率是八分之一（因为顶级循环），并有一点概率所有其他，因为它不是100％确定。

这是一个经典的情况，其中softmax回归是一种自然简单的模型。如果要将概率分配给几个不同的东西之一的对象，softmax是要做的事情，因为softmax给出了一个[0,1]之间的概率值加起来为1的列表。

稍后，当我们训练更复杂型号，最后一步将是一层softmax。

 

那么我们通常说的激活函数有很多，我们这个使用softmax函数.softmax模型可以用来给不同的对象分配概率。即使在之后，我们训练更加精细的模型时，最后一步也需要用softmax来分配概率。

这里的softmax可以看成是一个激励（activation）函数，把我们定义的线性函数的输出转换成我们想要的格式，也就是关于10个数字类的概率分布。

因此，给定一张图片，它对于每一个数字的吻合度可以被softmax函数转换成为一个概率值。

softmax回归有两个步骤：首先我们将我们的输入的证据加在某些类中，然后将该证据转换成概率。每个输出的概率，对应着独热编码中具体的类别。

下面是softmax的公式：

在神经网络中，整个过程如下：

 

也就是最后的softmax模型，用数学式子表示：

交叉熵损失

我们前面学习过了一种计算误差损失，预测值与标准值差的平方和。不过在这里我们不能再使用这个方式，我们的输出值是概率并且还有标签。那么就需要一种更好的方法形容这个分类过程的好坏。

这里就要用到交叉熵损失。确定模型损失的一个非常常见的非常好的功能称为“交叉熵”。交叉熵来源于对信息理论中的信息压缩代码的思考，但是从压缩到机器学习在很多领域都是一个重要的思想。它定义为

它表示的是目标标签值与经过权值求和过后的对应类别输出值

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(_sentinel=None, labels=None, logits=None, dim=-1, name=None)

计算logits与labels之间的softmax交叉熵损失，该函数已经包含了softmax功能，logits和labels必须有相同的形状[batch_size, num_classes]和相同的类型(float16, float32, or float64)。

• labels 独热编码过的标签值
• logits 没有log调用过的输入值
• 返回 交叉熵损失列表

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y_label, logits=y))