【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
曦樂~1 小时前
【机器学习】概述
人工智能·机器学习
DeniuHe1 小时前
机器学习模型中的偏置项(bias / 截距项)到底有什么用?
人工智能·机器学习
小江的记录本2 小时前
【网络安全】《网络安全常见攻击与防御》(附:《六大攻击核心特性横向对比表》)
java·网络·人工智能·后端·python·安全·web安全
思绪无限2 小时前
YOLOv5至YOLOv12升级:植物叶片病害识别系统的设计与实现(完整代码+界面+数据集项目)
深度学习·yolo·目标检测·yolov12·yolo全家桶·植物叶片病害检测
白羊by2 小时前
YOLOv1~v11 全版本核心演进总览
深度学习·算法·yolo
深小乐2 小时前
AI 周刊【2026.04.13-04.19】:中美差距减小、Claude Opus 4.7发布、国产算力突围
人工智能
深小乐2 小时前
从 AI Skills 学实战技能(七):让 AI 自动操作浏览器
人工智能
workflower2 小时前
人机交互部分OOD
运维·人工智能·自动化·集成测试·人机交互·软件需求
lanker就是懒蛋2 小时前
深度学习Q&A:手写反向传播与OOM排查的深层逻辑
人工智能·深度学习
Old Uncle Tom2 小时前
Claude Code 记忆系统分析2
人工智能·ai·agent