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
Raink老师21 小时前
【AI面试临阵磨枪-79】实时数据 RAG:订单、商家、物流、天气、动态库存
人工智能·面试·职场和发展
是一个Bug21 小时前
Agent(智能体)应用 的入门学习路径
学习·机器学习
脑极体21 小时前
点亮星河AI+鸿蒙,一座艺术场馆的日神觉醒
人工智能·华为·harmonyos
Cosolar21 小时前
Chroma向量库面试学习指南
数据库·人工智能·面试·职场和发展·数据库架构
BUG指挥官21 小时前
Claude Code的自动化编程
人工智能
意图共鸣1 天前
意图共鸣科技《认知智能白皮书》——感知与执行分离:认知架构(CA)如何重塑大模型底层结构
人工智能·架构
等一个人的@1 天前
让数据自己开口:数睿通智库新增智能问数模块
人工智能·自然语言处理
ZGi.ai1 天前
人工审查节点:让自动化工作流多一步人工把关
运维·人工智能·自动化·人机协同·智能体工作流·人工审查
风吹夏回1 天前
Python 全局异常处理:从“满屏 try-except”到优雅兜底
开发语言·python
王莎莎-MinerU1 天前
MinerU 深度技术解析:从架构原理到生产部署的全面指南
css·人工智能·自然语言处理·架构·ocr·个人开发