PyTorch笔记--交叉熵损失函数实现

交叉熵（cross entropy）：用于度量两个概率分布间的差异信息。交叉熵越小，代表这两个分布越接近。

函数表示（这是使用softmax作为激活函数的损失函数表示）：

（是真实值，是预测值。）

命名说明：

pred=F.softmax(logits)，logits是softmax函数的输入，pred代表预测值，是softmax函数的输出。

pred_log=F.log_softmax(logits)，pred_log代表对预测值再取对数后的结果。也就是将logits作为log_softmax()函数的输入。

方法一，使用log_softmax()+nll_loss()实现

torch.nn.functional.log_softmax(input)

　　对输入使用softmax函数计算，再取对数。

torch.nn.functional.nll_loss(input, target)

　　input是经log_softmax()函数处理后的结果,pred_log

　　target代表的是真实值。

　　有了这两个输入后，该函数对其实现交叉熵损失函数的计算，即上面公式中的L。

>>> import torch
>>> import torch.nn.functional as F
>>> x = torch.randn(1, 28)
>>> w = torch.randn(10,28)
>>> logits = x @ w.t()
>>> pred_log = F.log_softmax(logits, dim=1)
>>> pred_log
tensor([[ -0.8779,  -6.7271,  -9.1801,  -6.8515,  -9.6900,  -6.3061,  -3.7304,
          -8.1933, -11.5704,  -0.5873]])
>>> F.nll_loss(pred_log, torch.tensor([3]))
tensor(6.8515)

logits的维度是(1, 10)这里可以理解成是1个输入，最终可能得到10个分类的结果中的一个。pred_log就是。

这里的参数target=torch.tensor([3])，我的理解是，他代表真正的分类的值是在第4类（从0编号）。

使用独热编码代表真实值是[0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]，即这个输入它是属于第4类的。

根据上述公式进行计算，现在我们 和都已经知道了。

对其进行点乘操作

 

 

 

 方法二，使用cross_entropy()实现

torch.nn.functional.cross_entropy(input, target)

　　这里的input是没有经过处理的logits,这个函数会自动根据logits计算出pred_log

　　target是真实值

>>> import torch
>>> import torch.nn.functional as F
>>> x = torch.randn(1, 28)
>>> w = torch.randn(10,28)
>>> logits = x @ w.t()
>>> F.cross_entropy(logits, torch.tensor([3]))
tensor(6.8515)

这里我删除了上面使用方法一的代码部分，x和w没有重新随机生成，所以计算结果是一样的。

 

对于分类任务，交叉熵相对均方误差效果更好。