softmax_cross_entropy_with_logits

在计算loss的时候,最常见的一句话就是tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits,那么它到底是怎么做的呢?

首先明确一点,loss是代价值,也就是我们要最小化的值

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits, labels, name=None)

除去name参数用以指定该操作的name,与方法有关的一共两个参数:

第一个参数logits:就是神经网络最后一层的输出,如果有batch的话,它的大小就是[batchsize,num_classes],单样本的话,大小就是num_classes

第二个参数labels:实际的标签,大小同上

具体的执行流程大概分为两步:

第一步是先对网络最后一层的输出做一个softmax,这一步通常是求取输出属于某一类的概率,对于单样本而言,输出就是一个num_classes大小的向量[Y1,Y2,Y3...](其中Y1,Y2,Y3...分别代表了是属于该类的概率)

softmax的公式是:

至于为什么是用的这个公式?这里不介绍了,涉及到比较多的理论证明

第二步是softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3...]和样本的实际标签做一个交叉熵,公式如下:

其中指代实际的标签中第i个的值(用mnist数据举例,如果标签是3,即[0,0,0,1,0,0,0,0,0,0],除了第4个值为1,其他全为0,i是3(下标从0开始),那么就是1)

就是softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3...]中,第i个元素的值

显而易见,预测越准确,结果的值越小(别忘了前面还有负号),最后一个和,得到我们想要的交叉熵

注意!!!这个函数的返回值并不是一个数,而是一个[batchsize]向量,如果要求损失,我们要再做一步tf.reduce_sum操作或者tf.reduce_mean

tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits是一个类似的方法,区别是参数labels,它的大小是[batchsize],(举例,如果batchsize=2,那么输入可能是[3, 6],而不是[[0,0,0,1,0,0,0,0,0,0], [0,0,0,0,0,0,1,0,0,0]])

理论讲完了,上代码

1.   import tensorflow as tf  

2.     

3.   #our NN's output  

4.   logits=tf.constant([[1.0,2.0,3.0],[1.0,2.0,3.0],[1.0,2.0,3.0]])  

5.   #step1:do softmax  

6.   y=tf.nn.softmax(logits)  

7.   #true label  

8.   y_=tf.constant([[0.0,0.0,1.0],[0.0,0.0,1.0],[0.0,0.0,1.0]])  

9.   #step2:do cross_entropy  

10.  cross_entropy = tf.reduce_sum(-tf.reduce_sum(y_*tf.log(y), axis=1))

11.  #do cross_entropy just one step  

12.  cross_entropy2 = tf.reduce_sum(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits, y_))

13.    

14.  with tf.Session() as sess:  

15.      softmax=sess.run(y)  

16.      c_e = sess.run(cross_entropy)  

17.      c_e2 = sess.run(cross_entropy2)  

18.      print("step1:softmax result=")  

19.      print(softmax)  

20.      print("step2:cross_entropy result=")  

21.      print(c_e)  

22.      print("Function(softmax_cross_entropy_with_logits) result=")  

23.      print(c_e2)  


输出结果是:

1.   step1:softmax result=  

2.   [[ 0.09003057  0.24472848  0.66524094]  

3.    [ 0.09003057  0.24472848  0.66524094]  

4.    [ 0.09003057  0.24472848  0.66524094]]  

5.   step2:cross_entropy result=  

6.   1.22282  

7.   Function(softmax_cross_entropy_with_logits) result=  

8.   1.2228  

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转载自my.oschina.net/u/1270234/blog/1585631