机器学习:Softmax介绍及代码实现

Softmax原理

Softmax函数用于将分类结果归一化,形成一个概率分布。作用类似于二分类中的Sigmoid函数。

对于一个k维向量z,我们想把这个结果转换为一个k个类别的概率分布p(z)。softmax可以用于实现上述结果,具体计算公式为:

对于k维向量z来说,其中zi∈Rzi∈R,我们使用指数函数变换可以将元素的取值范围变换到(0,+∞)(0,+∞),之后我们再所有元素求和将结果缩放到0,1,形成概率分布。

常见的其他归一化方法,如max-min、z-score方法并不能保证各个元素为正,且和为1。

Softmax性质


输入向量x加上一个常数c后求softmax结算结果不变,即:

我们使用softmax(x)的第i个元素的计算来进行证明:

函数实现

由于指数函数的放大作用过于明显,如果直接使用softmax计算公式
进行函数实现,容易导致数据溢出(上溢)
。所以我们在函数实现时利用其性质:先对输入数据进行处理,之后再利用计算公式计算。具体使得实现步骤为:

  1. 查找每个向量x的最大值c;
  2. ++每个向量减去其最大值c++, 得到向量y = x-c;
  3. 利用公式进行计算 s o f t m a x ( x ) = s o f t m a x ( x − c ) = s o f t m a x ( y ) softmax(x) = softmax(x-c) = softmax(y) softmax(x)=softmax(x−c)=softmax(y)
python 复制代码
import numpy as np
def softmax(x, axim=1):
    '''
    x: m*n m个样本,n个分类输出
    return s:m*n
    '''
    row_max = np.max(x, axis=axis) # 计算最大值
    row_max = row_max.reshape(-1, 1) # 将数据展开为m*1的形状,方便使用广播进行作差
    x = x - row_max # 减去最大值
    x_exp = np.exp(x) # 求exp
    s = x_exp / np.sum(x_exp, axis=axis, keepdim=True) # 求softmax
    return s
相关推荐
冬奇Lab38 分钟前
Workflow 系列(01):基础理论——三种执行模型与 Anthropic 5 种模式
人工智能·agent·工作流引擎
冬奇Lab41 分钟前
每日一个开源项目(第143篇):page-agent - 纯 JS 的网页 GUI Agent,无需截图、无需插件、无需后端
前端·人工智能·agent
程序员cxuan3 小时前
虽迟但到!GPT-5.6 终于来了!
人工智能·后端·程序员
ZhengEnCi5 小时前
Q03-UI设计进阶技巧-让界面更高级的7个核心原则
人工智能
IT_陈寒5 小时前
React的这个渲染问题连官方文档都没说清楚
前端·人工智能·后端
金銀銅鐵6 小时前
[Python] 扩展欧几里得算法
python·数学·算法
Duckdblab6 小时前
DuckDB 性能调优终极指南:打造闪电般的分析体验
python
不加辣椒6 小时前
第12章 工具调用与 Agent 提示工程
人工智能
用户1693176172666 小时前
前端给AI消息做日期分组与时间线
人工智能
带派擂总7 小时前
Python全栈开发精华版最全合集(包含各种面试题) Day24_异常和错误
python