在计算最小化代价值的时候,我们通常使用tf.softmax_cross_entropy_with_logits(),其原型是:
tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels=y, logits=pred, name=None)
函数功能:计算最后一层是softmax层的cross entropy,把softmax计算与cross entropy计算放到一起了,用一个函数来实现,用来提高程序的运行速度。
参数name:该操作的name
参数labels:shape是[batch_size, num_classes],神经网络期望输出。
参数logits:shape是[batch_size, num_classes] ,神经网络最后一层的输入。
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)
公式如下
比如某个logits = [2, 3, 4],使用softmax将logits转换成概率,就是按照公式:
e x ∑ e x \frac{e^{x}}{\sum e^{x} } ∑exex
计算logits中每个元素的值:[ e 2 e 2 + e 3 + e 4 \frac{e^{2}}{e^{2}+e^{3}+e^{4}} e2+e3+e4e2 , e 3 e 2 + e 3 + e 4 \frac{e^{3}}{e^{2}+e^{3}+e^{4}} e2+e3+e4e3 , e 4 e 2 + e 3 + e 4 \frac{e^{4}}{e^{2}+e^{3}+e^{4}} e2+e3+e4e4
],计算结果为[0.080358 0.325869 0.593772],这三个元素每个都不小于0并且和为1,所以构成了概率分布
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,公式是
y i ′ y_{i}^{'} yi′指实际标签中第i个的值;
y i y_{i} yi指softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3…]中,第i个元素的值。
假设对应logits的标签labels是[0,1,0]
根据交叉熵公式 −∑y′×log(y)
−∑y′×log(y)计算概率化之后的logits和标签之间的交叉熵损失,其中y′=[0,1,0],y=[0.080358 0.325869 0.593772] y′=[0,1,0],也就是−0×log(0.080358)−1×log( 0.325869)−0×log(0.593772)=0.132845
import tensorflow as tf
###############################
# 一个样本
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logits = tf.constant([2,3,4],dtype=tf.float32)
labels = [0,1,0]
#对logits使用softmax,[0.080358 0.325869 0.593772]
res1 = tf.nn.softmax(logits)
# 交叉熵损失中的各个对数部分,[-2.407606 -1.4076059 -0.40760598]
res2 = tf.log(res1)
# 交叉熵损失,1.4076059
res3 = tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=logits,labels=labels)
with tf.Session() as sess:
res1,res2,res3 = sess.run([res1,res2,res3])
print(res1)
print(res2)
print(res3)
print('====================================================')
###############################
# 多个样本
###############################
logits = tf.constant([[2,7,5],[6,3,4]],dtype=tf.float32)
labels = [[0,1,0],[0,1,0]]
#对logits使用softmax,[[0.00589975 0.8756006 0.11849965] [0.8437947 0.04201007 0.11419519]]
res1 = tf.nn.softmax(logits)
# 交叉熵损失中的各个对数部分,[[-5.1328454 -0.13284525 -2.1328452 ] [-0.16984606 -3.169846 -2.169846 ]]
res2 = tf.log(res1)
# 交叉熵损失,[0.13284527 3.169846 ]
res3 = tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=logits,labels=labels)
# 求出交叉熵损失后再对各个样本的交叉熵损失取平均,1.6513456
res4 = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=logits,labels=labels))
with tf.Session() as sess:
res1,res2,res3,res4 = sess.run([res1,res2,res3,res4])
print(res1)
print(res2)
print(res3)
print(res4)