tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits的用法

在计算loss时,我们经常可以看见采用"softmax_cross_entropy_with_logits" 的方法作为损失函数,那么它到底是什么含义呢?

loss函数可以理解成为我们需要去优化的函数,即最小化的函数值。
tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits, labels, name=None)

除去name参数用以指定该操作的name,与方法有关的一共两个参数:
第一个参数logits:就是神经网络最后一层的输出,如果有batch的话,它的大小就是[batchsize,num_classes],单样本的话,大小就是num_classes。
第二个参数labels:实际的标签,大小同上。

具体的执行流程大概分为两步:
第一步是先对网络最后一层的输出做一个softmax,这一步通常是求取输出属于某一类的概率,对于单样本而言,输出就是一个num_classes大小的向量([Y1,Y2,Y3...]其中Y1,Y2,Y3...分别代表了是属于该类的概率)


屏幕快照 2018-09-06 下午8.05.11.png

第二步是softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3...]和样本的实际标签做一个交叉熵,公式如下:

屏幕快照 2018-09-06 下午8.05.47.png

其中y_i'是实际的标签中第i个类别的值,(用mnist数据举例,如果是3,那么标签是[0,0,0,1,0,0,0,0,0,0],除了第4个值为1,其他全为0).
y_i是softmax的输出向量[Y1,Y2,Y3...]中,第i个类别的值,显而易见,预测y_i 越准确, 结果的值越小(别忘了前面还有负号),最后求一个平均,得到我们想要的loss。
注意!!!这个函数的返回值并不是一个数,而是一个向量。如果要求交叉熵,我们要再做一步tf.reduce_sum操作,如果要求交叉熵,我们要再做一步tf.reduce_sum操作,就是对向量里面所有元素求和,最后才得到H_{y'}(y)。如果求loss,则要做一步tf.reduce_mean操作,对向量求均值!

上代码:

import tensorflow as tf
#our NN's output
logits=tf.constant([[1.0,2.0,3.0],[1.0,2.0,3.0],[1.0,2.0,3.0]])
#step1:do softmax
y=tf.nn.softmax(logits)
#true label
y_=tf.constant([[0.0,0.0,1.0],[0.0,0.0,1.0],[0.0,0.0,1.0]])
#step2: do cross_entropy
cross_entropy = -tf.reduce_sum(y_*tf.log(y))
#do cross_entropy just one step
cross_entropy2=tf.reduce_sum(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(labels = y_, logits=logits))#dont forget tf.reduce_sum()!!

with tf.Session() as sess:
    softmax=sess.run(y)
    c_e = sess.run(cross_entropy)
    c_e2 = sess.run(cross_entropy2)
    print("step1:softmax result=")
    print(softmax)
    print("step2:cross_entropy result=")
    print(c_e)
    print("Function(softmax_cross_entropy_with_logits) result=")
    print(c_e2)

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