卷积神经网络中全连接层、softmax与softmax loss理解

时间:2024-04-05 19:48:47

一般一个CNN网络主要包含卷积层,池化层,全连接层,损失层等。
卷积层与池化层在本篇中不做多理解,之后有时间再记录一下,本篇着重讲一下全连接层与损失层。
——————————————————————————————————————
全连接层:卷积神经网络中全连接层、softmax与softmax loss理解
W为全连接层的参数,X是全连接层的输入,也就是特征,经上层卷积或者池化层输出。
从图中可以看出X是N1的向量,这是怎么得到的呢?
这个输入X就是由全连接层前面多个卷积层和池化层处理后得到的,假设全连接层前面连接的是一个卷积层,这个卷积层的num output是100,就是卷积之后输出一百张不同的特征图。每个特征的大小是4
4,那么在将这些特征输入给全连接层之前会将这些特征flat成N1的向量,例如此时就应该是N=1600(44100 )。
再来看W,W是全连接层的参数,是个T
N的矩阵,这个N和X的N对应,T表示类别数,比如你是7分类,那么T就是7。我们所说的训练一个网络,对于全连接层而言就是寻找最合适的W矩阵。
——————————————————————————————————————
Softmax层:
因此全连接层就是执行WX得到一个T1的向量(也就是图中的logits[T1]),这个向量里面的每个数都没有大小限制的,也就是从负无穷大到正无穷大。然后如果你是多分类问题,一般会在全连接层后面接一个softmax层,这个softmax的输入是T1的向量,输出也是T1的向量(也就是图中的prob[T1],这个向量的每个值表示这个样本属于每个类的概率),只不过输出的向量的T个值的大小范围为0到1,分别表示各个类别的概率。
softmax的表达式如下所示,
卷积神经网络中全连接层、softmax与softmax loss理解
在经过softmax层输出后,得到一个T1的向量,其中每一个值表示输入对应所有样本的概率值。
举个例子:
假设你的WX=[1,2,3],那么经过softmax层后就会得到[0.09,0.24,0.67],这三个数字表示这个样本属于第1,2,3类的概率分别是0.09,0.24,0.67。
——————————————————————————————————————
Softmax loss公式如下,
卷积神经网络中全连接层、softmax与softmax loss理解
这边别的都好理解,只有y有点问题。
y是一个1
T的向量,里面的T个值,而且只有1个值是1,其他T-1个值都是0。那么哪个位置的值是1呢?答案是真实标签对应的位置的那个值是1,其他都是0。
举个例子:
假设一个5分类问题,然后一个样本I的标签y=[0,0,0,1,0],也就是说样本I的真实标签是4,假设模型预测的结果概率(softmax的输出)p=[0.1,0.15,0.05,0.6,0.1],可以看出这个预测是对的,那么对应的损失L=-log(0.6),也就是当这个样本经过这样的网络参数产生这样的预测p时,它的损失是-log(0.6)。那么假设p=[0.15,0.2,0.4,0.1,0.15],这个预测结果就很离谱了,因为真实标签是4,而你觉得这个样本是4的概率只有0.1(远不如其他概率高,如果是在测试阶段,那么模型就会预测该样本属于类别3),对应损失L=-log(0.1)。那么假设p=[0.05,0.15,0.4,0.3,0.1],这个预测结果虽然也错了,但是没有前面那个那么离谱,对应的损失L=-log(0.3)。我们知道log函数在输入小于1的时候是个负数,而且log函数是递增函数,所以-log(0.6) < -log(0.3) < -log(0.1)。简单讲就是你预测错比预测对的损失要大,预测错得离谱比预测错得轻微的损失要大。

参考博文:
https://blog.csdn.net/u014380165/article/details/77284921