TensorFlow 机器学实战指南示例代码之 TensorFlow 实现损失函数

回归算法的损失函数:

"""
回归算法的损失函数,并绘制
"""

import os
import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf

os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL'] = '2'

s = tf.Session()

# linspace 在 [start, stop] 范围内产生 num 个数的等差数列

x_vals = tf.linspace(-1., 1., 500)
target = tf.constant(0.)

# L2正则损失函数
l2_y_vals = tf.square(target - x_vals)
l2_y_out = s.run(l2_y_vals)

# L1正则损失函数
l1_y_vals = tf.abs(target - x_vals)
l1_y_out = s.run(l1_y_vals)

# Pseudo-Huber 损失函数,它的表达式依赖参数 delta
# 分别设置 delta1 = 0.25 和 delta2 = 5

delta1 = tf.constant(0.25)
phuber1_y_vals = tf.multiply(tf.square(delta1), tf.sqrt(1. + tf.square((target - x_vals) / delta1)) - 1.)
phuber1_y_out = s.run(phuber1_y_vals)

delta2 = tf.constant(5.)
phuber2_y_vals = tf.multiply(tf.square(delta2), tf.sqrt(1. + tf.square((target - x_vals) / delta2)) - 1.)
phuber2_y_out = s.run(phuber2_y_vals)

# 使用 matplotlib 绘制回归算法的损失函数
x_array = s.run(x_vals)
plt.plot(x_array, l2_y_out, 'b-', label='L2 Loss')
plt.plot(x_array, l1_y_out, 'r--', label='L1 Loss')
plt.plot(x_array, phuber1_y_out, 'k-', label='P-Huber Loss (0.25)')
plt.plot(x_array, phuber2_y_out, 'g:', label='P-Huber Loss (5.0)')
plt.ylim(-0.2, 0.4)
plt.legend(loc='lower right', prop={'size': 11})
plt.show()
分类算法的损失函数:

注意:交叉熵损失函数的计算,需要使用预测结果表达正确的标签

"""
分类算法的损失函数
"""
import os
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt

os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL'] = '2'

s = tf.Session()
x_vals = tf.linspace(-3., 5., 500)
target = tf.constant(1.)
# 创建一个形状大小为 500 的 tensor,其初始值为 1
targets = tf.fill([500], 1.)

# Hinge 损失函数,主要用来评估支持向量机算法,有时也用来评估神经网络算法
hinge_y_vals = tf.maximum(0., 1. - tf.multiply(target, x_vals))
hinge_y_out = s.run(hinge_y_vals)

# 交叉熵损失函数,有时也作为逻辑损失函数
xentropy_y_vals = -tf.multiply(target, tf.log(x_vals)) - tf.multiply((1. - target), tf.log(1. - x_vals))
xentropy_y_out = s.run(xentropy_y_vals)

# Sigmoid 交叉熵损失函数
xentropy_sigmoid_y_vals = tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(labels=targets, logits=x_vals)
xentropy_sigmoid_y_out = s.run(xentropy_sigmoid_y_vals)

# 加权交叉熵损失,对正目标加权
weight = tf.constant(0.5)
xentropy_weighted_y_vals = tf.nn.weighted_cross_entropy_with_logits(targets, x_vals, weight)
xentropy_weighted_y_out = s.run(xentropy_weighted_y_vals)

# Softmax 交叉熵损失函数,作用于非归一化的输出结果,只针对单个目标分类的计算损失
unscaled_logits = tf.constant([[1., -3., 10.]])
target_dist = tf.constant([[0.1, 0.02, 0.88]])
softmax_xentropy = tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=target_dist, logits=unscaled_logits)
print(s.run(softmax_xentropy))

# 稀疏 Softmax 交叉熵损失函数, 它是把目标分类为true的转化成 index
spares_target_dist = tf.constant([2])
spares_xentropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(labels=spares_target_dist, logits=unscaled_logits)
print(s.run(spares_xentropy))

# 绘制分类算法损失函数
x_array = s.run(x_vals)
plt.plot(x_array, hinge_y_out, 'b-', label='Hinge Loss')
plt.plot(x_array, xentropy_y_out, 'r--', label='Cross Entropy Loss')
plt.plot(x_array, xentropy_sigmoid_y_out, 'k-.', label='Cross Entropy Sigmoid Loss')
plt.plot(x_array, xentropy_weighted_y_out, 'g:', label='Weighted Cross Enropy Loss(x0.5)')
plt.ylim(-1.5, 3)
plt.legend(loc='lower right', prop={'size': 11})
plt.show()



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