损失函数


1. 交叉熵损失

CLASS torch.nn.CrossEntropyLoss(reduction)

则交叉熵损失为
cross entropy loss
  • 常用于多类的分类器

Parameters

  • reduction: 是否对output 做处理,'none' | 'mean' | 'sum'. Default: 'mean'

Shape:

  • input: 模型输出,包含每个类的得分, shape(N,C) 或者(N,C, d_1, d_2,...,d_k), N为batch,C为分类的类别数,d为其他更高维度
  • target: 标签,表示属于哪一类别,shape(N) 或者(N, d_1, d_2,...,d_k
  • output: 如果 reduction is 'none', then the same size as the target,否则返回的是scalar

2. 均方误差MSE (L2 Loss)

均方误差(Mean Square Error,MSE)是模型预测值f(x)与真实样本值y 之间差值平方的平均值,其公式如下

其中,y_if(x_i)分别表示第i个样本的真实值及其对应的预测值,n为样本的个数。忽略下标i ,设n=1,以f(x)−y为横轴,MSE的值为纵轴,得到函数的图形如下

优点

  1. MSE的函数曲线光滑、连续,处处可导
  2. 随着误差的减小,梯度也在减小,这有利于收敛

缺点

差值大于1时,会放大loss误差;而当差值小于1时,则会缩小误差,这是平方运算决定的。MSE对于较大的误差(>1)给予较大的惩罚,较小的误差(<1)给予较小的惩罚。也就是说,对离群点比较敏感,受其影响较大,如图

如果样本中存在离群点,MSE会给离群点更高的权重,这就会牺牲其他正常点数据的预测效果,最终降低整体的模型性能,拟合的直线会偏向于离群点


3. 平均绝对误差(L1 Loss)

平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE) 是指模型预测值f(x)与真实样本值y 之间距离的平均值,其公式如下:

函数的图形如下

优点

  1. 对离群点不那么敏感,对于任意大小的差值,其惩罚都是固定的
  2. 无论对于什么样的输入值,都有着稳定的梯度,不会导致梯度爆炸问题

缺点

  1. 0点不可导
  2. MAE 大部分情况下梯度都是相等的,这意味着即使对于小的损失值,其梯度也是大的,这不利于函数的收敛和模型的学习。因为损失值很小时应该降低学习率

4. Smooth L1 Loss(Huber)

在Faster R-CNN以及SSD中对边框的回归使用的损失函数都是使用 Smooth L1 Loss 作为损失函数

其中,x=f(x_i)−y_i为真实值和预测值的差值,图形如下:

优点

  1. 差值过大时,梯度值不至于过大,对离群点、异常值不敏感,训练时不容易跑飞
  2. 差值很小时,梯度值也足够小,有利于收敛
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