softmax,softmax-loss,BP的解释



本文转载自:http://freemind.pluskid.org/machine-learning/softmax-vs-softmax-loss-numerical-stability/ ,看完这个博客让我对softmax,softmax-loss以及BP算法有了更深的理解,以前BP只是知道链式求导,知道梯度回传,但是具体到哪些变量和哪些变量求导就有些模糊了,现在我特整理了下思路,以下大部分是链接的原文,附带自己的一些理解(用红色标出)


联想逻辑回归的重要公式就是,得到预测结果,然后再经过sigmoid转换成0到1的概率值,而在softmax中则通过取exponential的方式并进行归一化得到某个样本属于某类的概率。非负的意义不用说,就是避免正负值抵消。


逻辑回归的推导可以用最大似然或最小损失函数,本质是一样的,可以简单理解成加了一个负号,这里的y指的是真实类别。注意下softmax-loss可以看做是softmax和multinomial logistic loss两步,正如上述所写公式,把变量展开即softmax-loss。


原博客的重点在于介绍softmax-loss是分成两步还是一步到位比较好,而我这则重点说下BP。上面这个神经网络的图应该不陌生,这个公式也是在逻辑回归的核心(通过迭代得到w,然后在测试时按照上面这个公式计算类别概率)


这里第一个公式是损失函数对权重w求导,其实就是梯度,红色那部分可以看前面O是怎么算出来的,就知道其导数的形式非常简单,就是输入I。蓝色部分就是BP的核心,回传就是通过这个达到的,回传的东西就是损失函数对该层输出的导数,只有把这个往前回传,才能计算前面的梯度。所以回传的不是对权重的求导,对每层权重的求导的结果会保留在该层,等待权重更新时候使用。具体看上面最后一个公式。


这部分的求导:l(y,z)函数是log函数,log(x)函数求导是取1/x,后面的那个数是zy对zk的导数,当k=y时,那就是1,k不等于y时就是两个不同的常数求导,就是0。


这一部分就是把softmax-loss分成两步来做,第一个求导可以先找到最前面l(y,o)的公式,也是log函数,所以求导比较简单。第二个求导也是查看前面Oi的公式,分母取平方的那种求导。最后链式相乘的结果和原来合并算的结果一样。



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