Pytorch框架学习（10）——损失函数

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1. 损失函数概念

• 损失函数：衡量模型输出与真实标签的差异

  
  
  

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• 损失函数（Loss Function）：
  
• 代价函数（Cost Function）：
  
• 目标函数（Objective Function）：
  

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2. 交叉熵损失函数

• 1.nn.CrossEntropyLoss
  • 功能：nn.LogSoftmax()与nn.NLLLoss()结合，进行交叉熵计算
  • 主要参数：
    • weight：各类别的loss设置权值
    • ignore_index：忽略某个类别
    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean
      • none：逐个元素计算
      • sum：所有元素求和，返回标量
      • mean：加权平均，返回标量

3. NLL/BCE/BCEWITHLogits Loss

• 2.nn.NLLLoss

  • 功能：实现负对数似然函数的负号功能
  • 主要参数：
    • weight：各类别的loss设置权值
    • ignore_index：忽略某个类别
    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean
      • none：逐个元素计算
      • sum：所有元素求和，返回标量
      • mean：加权平均，返回标量

• 3.nn.BCELoss

  • 功能：二分类交叉熵，输入值取值在[0,1]
  • 主要参数：
    • weight：各类别的loss设置权值
    • ignore_index：忽略某个类别
    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean
      • none：逐个元素计算
      • sum：所有元素求和，返回标量
      • mean：加权平均，返回标量

• 4.BCEWITHLogits Loss

  • 功能：结合Sigmoid与二分类交叉熵，网络最后不加sigmoid函数
  • 主要参数：
    • pos_weight：正样本的权值
    • weight：各类别的loss设置权值
    • ignore_index：忽略某个类别
    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean
      • none：逐个元素计算
      • sum：所有元素求和，返回标量
      • mean：加权平均，返回标量

数据回归模型中常用的损失函数：

• 5.nn.L1Loss
  • 功能：计算inputs与target之差的绝对值
  • 公式：
• 6.nn.MSELoss
  • 功能：计算inputs与target之差的平方
  • 公式：

两个损失函数的主要参数为：

• reduction：计算模式，可为none/sum/mean
  - none：逐个元素计算
  - sum：所有元素求和，返回标量
  - mean：加权平均，返回标量

• 7.SmoothL1Loss

  • 功能：平滑的L1Loss
  • 参数：
    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean
      • none：逐个元素计算
      • sum：所有元素求和，返回标量

      • mean：加权平均，返回标量

        
        
        

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• 8.PoissonNLLLoss

  • 功能：泊松分布的负对数似然损失函数
  • 主要参数：
    • log_input：输入是否为对数形式，决定计算公式
    • full：计算所有loss，默认为False

    • eps：修正项，避免log(input)为nan

      
      
      

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• 9.nn.KLDivLoss

  • 功能：计算KLD（divergence），KL散度，相对熵
  • 注意：需提前将输入计算log-probabilities, 如通过nn.logsoftmax()
  • 主要参数：
    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean/batchmean
      • batchmean:batchsize维度求平均值
      • none：逐个元素计算
      • sum：所有元素求和，返回标量

      • mean：加权平均，返回标量

        
        
        

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• 10.nn.MarginRankingLoss

  • 功能：计算两个向量之间的相似度，用于排序任务
  • 特别说明：该方法计算两组数据之间的差异，返回一个n*n的loss矩阵
  • 主要参数：
    • margin：边界值，x1与x2之间的差异值

    • reduction：计算模式，可为none/sum/mean

      
      
      

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• 11.nn.MultiLabelMarginLoss

  • 功能：多标签边界损失函数
  • 主要参数：
    • reduction：计算模式

  • 示例：四分类任务，样本x输入0类和4类，标签[0,3,-1,-1]，不是[1,0,0,1]

    
    
    

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• 12.nn.SoftMarginLoss

  • 功能：计算二分类的logistic损失

  • 参数：reduction：计算模式

    
    
    

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• 13.nn.MultiLabelSoftMarginLoss

  • 功能：SoftMarginLoss多标签版本
  • 参数：
    • weight:各类别的loss设置权值

    • reduction：计算模式。

      
      
      

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• 14.nn.MultiMarginLoss

  • 功能：计算多分类的折页损失
  • 参数：
    • p：可选1或2
    • weight：各类别的loss设置权值
    • margin：边界值

    • reduction：计算模式

      
      
      

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• 15.nn.TripletMarginLoss

  • 功能：计算三元组损失，人脸验证中常用
  • 主要参数：
    • p：范数的阶，默认为2
    • margin：边界值

    • reduction：计算模式

      
      
      

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• 16.nn.HingeEmbeddingLoss

  • 功能：计算两个输入的相似性，常用于非线性embedding和半监督学习
  • 注意：输入x应为两个输入之差的绝对值
  • 主要参数：
    • margin：边界值

    • reduction：计算模式

      
      
      

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• 17.nn.CosineEmbeddingLoss

  • 功能：采用余弦相似度计算两个输入的相似性
  • 主要参数：
    • margin：可取值[-1, 1]，推荐为[0, 0.5]

    • reduction: 计算模式

      
      
      

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• 18.nn.CTCLoss

  • 功能：计算CTC损失，解决时序类数据的分类
  • 主要参数：
    • blank：blank label
    • zero_infinity：无穷大的值或梯度置0
    • reduction：计算模式