【深度学习实战(22)】解决分类不均衡问题之Focal Loss

一、Focal Loss公式介绍

Focal loss是何恺明大神提出的一种新的loss计算方案。其具有两个重要的特点。

1、控制正负样本的权重

2、控制容易分类和难分类样本的权重

论文:

二分类问题交叉熵损失

公式:

我们可以利用如下Pt简化交叉熵loss。

此时:

代码:

cpp 复制代码
BCE_loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(inputs, targets, reduction='none')

正负样本平衡项

-想要降低负样本的影响,可以在常规的损失函数前增加一个系数αt。与Pt类似,当label=1的时候,αt=α;当label=otherwise的时候,αt=1 - α,a的范围也是0到1。此时我们便可以通过设置α实现控制正负样本对loss的贡献。

公式:

其中:

分解开就是:

难易样本平衡项

样本属于某个类,且预测结果中该类的概率越大,其越容易分类 ,在二分类问题中,正样本的标签为1,负样本的标签为0,p代表样本为1类的概率。

对于正样本而言,1-p的值越大,样本越难分类。

对于负样本而言,p的值越大,样本越难分类。

Pt的定义如下

所以利用1-Pt就可以计算出每个样本属于容易分类或者难分类。

具体实现方式如下。

两种权重控制方法合并,就得到了Focal Loss

通过如下公式就可以实现控制正负样本的权重和控制容易分类和难分类样本的权重。

分解开就是:

二、Focal Loss代码实现

cpp 复制代码
import torch
import torch.nn as nn
import torch.functional as F

class WeightedFocalLoss(nn.Module):
    "Non weighted version of Focal Loss"    
    def __init__(self, alpha=.25, gamma=2):
            super(WeightedFocalLoss, self).__init__()  
            # --------------#
            #   平衡正负样本系数
            # --------------#      
            self.alpha = torch.tensor([alpha, 1-alpha]).cuda()      
            # --------------#
            #   平衡难易样本系数
            # --------------#   
            self.gamma = gamma
            
    def forward(self, inputs, targets):
            # --------------#
            #   分类交叉熵损失
            # --------------# 
            BCE_loss = F.binary_cross_entropy_with_logits(inputs, targets, reduction='none')   
            # --------------#
            #   标签GT
            # --------------#      
            targets = targets.type(torch.long)     
            # --------------#
            #   计算at
            # --------------#    
            at = self.alpha.gather(0, targets.data.view(-1))   
            # --------------#
            #   计算pt: BEC_loss = -log(pt)  --> pt = torch.exp(-BCE_loss)   
            # --------------#       
            pt = torch.exp(-BCE_loss)   
            # --------------#
            #   计算Focal Loss
            # --------------#       
            F_loss = at*(1-pt)**self.gamma * BCE_loss        
            return F_loss.mean()
相关推荐
circuitsosk13 小时前
AI输出的“质检员”:构建智能体质量评估、异常检测与人工兜底的三层防线
人工智能·python·microsoft·正则表达式·langchain
IvanCodes13 小时前
我做了一个软著 Skill,可以一键生成申请材料
人工智能·agent
狂奔蜗牛(bradley)14 小时前
RKNN‑Toolkit2 模型转换全流程
人工智能
双星系统14 小时前
双臂机器人迎来广阔应用风口!既是工业柔性主力,也是人形机器人优质上肢配件
人工智能·机器人
羚羊角uou14 小时前
【AI agent】RAG 全链路深度详解及RAG调优策略
人工智能
甲维斯14 小时前
国内外模型3D台球大赛,DS垫底,Claude最强!
人工智能·游戏开发
CTA终结者14 小时前
先用小策略练清条件和动作
人工智能·python
hhzz14 小时前
《深度学习框架PyTorch入门与实践》系列:11-实战猫狗大战之可复用的PyTorch项目架构
人工智能·pytorch·深度学习
Bruce_Liuxiaowei14 小时前
从零到可运行:基于 Vue3 + FastAPI + DeepSeek-V3 的 AI 英语单词学习系统全栈实战
人工智能·python·学习·fastapi·全栈·智能体
kaixin_啊啊14 小时前
香精近红外总体步骤概览
人工智能·matlab·近红外