pytorch 自定义损失函数 nn.CrossEntropyLoss

Posted 2023-03-28

【中文标题】pytorch 自定义损失函数 nn.CrossEntropyLoss

【英文标题】：pytorch custom loss function nn.CrossEntropyLoss

【发布时间】：2021-11-13 00:54:21

【问题描述】：

在学习了autograd之后，我尝试自己制作损失函数。 这是我的损失

def myCEE(outputs,targets):
    exp=torch.exp(outputs)
    A=torch.log(torch.sum(exp,dim=1))
    
    hadamard=F.one_hot(targets, num_classes=10).float()*outputs
    B=torch.sum(hadamard, dim=1)
    return torch.sum(A-B)

我和 torch.nn.CrossEntropyLoss 比较

这里是结果

for i,j in train_dl:
    inputs=i
    targets=j
    break

outputs=model(inputs)

myCEE(outputs,targets) : tensor(147.5397, grad_fn=<SumBackward0>)
loss_func = nn.CrossEntropyLoss(reduction='sum')  : tensor(147.5397, grad_fn=<NllLossBackward>)

值相同。

我想，因为这些是不同的功能，所以 grad_fn 是不同的，它 不会造成任何问题。

但是发生了一些事情！

4 个 epoch 后，损失值变为nan。

与myCEE相反，nn.CrossEntropyLoss 学习进展顺利。

所以，不知道是不是我的功能有问题。

在阅读了一些关于nan 问题的帖子后，我在模型中堆叠了更多的卷积。

结果 39-epoch 的训练没有出错。

不过，我想知道 myCEE 和 nn.CrossEntropyLoss 之间的区别

【参考方案1】：

torch.nn.CrossEntropyLoss 与您的实现不同，因为当使用数值较大的值时，它使用一种技巧来对抗指数的不稳定计算。给定 logits 输出l_1, ... l_j, ..., l_n，softmax 定义为：

softmax(l_i) = exp(l_i) / sum_j(exp(l_j))

诀窍是将分子和分母都乘以exp(-β)：

softmax(l_i) = exp(l_i)*exp(-β) / [sum_j(exp(l_j))*exp(-β)]
             = exp(l_i-β) / sum_j(exp(l_j-β))

那么 log-softmax 归结为：

logsoftmax(l_i) = l_i - β - log[sum_j(exp(l_j-β))]

实际上β被选为最高的logit值即β = max_j(l_j)。

您可以在这个问题上阅读更多相关信息：Numerically Stable Softmax。

【讨论】：

非常感谢！你回答的正是我好奇的问题。