一般都是你的維數(shù)沒設(shè)置對(duì),發(fā)一下你的prototxt。還有你運(yùn)行的時(shí)候應(yīng)該有日志文件產(chǎn)生的吧,你看下日志文件,里面應(yīng)該有 SIGMOID_CROSS_ENTROPY_LOSS 層之前的那一層的輸出特征圖的維數(shù),能找到的話找到這個(gè)也發(fā)一下吧。
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平滑函數(shù)。
交叉熵?fù)p失函數(shù),也稱為對(duì)數(shù)損失或者logistic損失。當(dāng)模型產(chǎn)生了預(yù)測(cè)值之后,將對(duì)類別的預(yù)測(cè)概率與真實(shí)值(由0或1組成)進(jìn)行不比較,計(jì)算所產(chǎn)生的損失,然后基于此損失設(shè)置對(duì)數(shù)形式的懲罰項(xiàng)。
在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,所使用的Softmax函數(shù)是連續(xù)可導(dǎo)函數(shù),這使得可以計(jì)算出損失函數(shù)相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)權(quán)重的導(dǎo)數(shù)(在《機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》中有對(duì)此的完整推導(dǎo)過程和案例,這樣就可以相應(yīng)地調(diào)整模型的權(quán)重以最小化損失函數(shù)。
擴(kuò)展資料:
注意事項(xiàng):
當(dāng)預(yù)測(cè)類別為二分類時(shí),交叉熵?fù)p失函數(shù)的計(jì)算公式如下圖,其中y是真實(shí)類別(值為0或1),p是預(yù)測(cè)類別的概率(值為0~1之間的小數(shù))。
計(jì)算二分類的交叉熵?fù)p失函數(shù)的python代碼如下圖,其中esp是一個(gè)極小值,第五行代碼clip的目的是保證預(yù)測(cè)概率的值在0~1之間,輸出的損失值數(shù)組求和后,就是損失函數(shù)最后的返回值。
參考資料來源:百度百科-交叉熵
參考資料來源:百度百科-損失函數(shù)
從零開始用Python構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
動(dòng)機(jī):為了更加深入的理解深度學(xué)習(xí),我們將使用 python 語言從頭搭建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),而不是使用像 Tensorflow 那樣的封裝好的框架。我認(rèn)為理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部工作原理,對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)家來說至關(guān)重要。
這篇文章的內(nèi)容是我的所學(xué),希望也能對(duì)你有所幫助。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是什么?
介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的文章大多數(shù)都會(huì)將它和大腦進(jìn)行類比。如果你沒有深入研究過大腦與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類比,那么將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解釋為一種將給定輸入映射為期望輸出的數(shù)學(xué)關(guān)系會(huì)更容易理解。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括以下組成部分
? 一個(gè)輸入層,x
? 任意數(shù)量的隱藏層
? 一個(gè)輸出層,?
? 每層之間有一組權(quán)值和偏置,W and b
? 為隱藏層選擇一種激活函數(shù),σ。在教程中我們使用 Sigmoid 激活函數(shù)
下圖展示了 2 層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)(注意:我們?cè)谟?jì)算網(wǎng)絡(luò)層數(shù)時(shí)通常排除輸入層)
2 層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)
用 Python 可以很容易的構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類
訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸出 ? 為:
你可能會(huì)注意到,在上面的等式中,輸出 ? 是 W 和 b 函數(shù)。
因此 W 和 b 的值影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率. 所以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)對(duì) W 和 b 調(diào)優(yōu)的過程就被成為訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
每步訓(xùn)練迭代包含以下兩個(gè)部分:
? 計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果 ?,這一步稱為前向傳播
? 更新 W 和 b,,這一步成為反向傳播
下面的順序圖展示了這個(gè)過程:
前向傳播
正如我們?cè)谏蠄D中看到的,前向傳播只是簡(jiǎn)單的計(jì)算。對(duì)于一個(gè)基本的 2 層網(wǎng)絡(luò)來說,它的輸出是這樣的:
我們?cè)?NeuralNetwork 類中增加一個(gè)計(jì)算前向傳播的函數(shù)。為了簡(jiǎn)單起見我們假設(shè)偏置 b 為0:
但是我們還需要一個(gè)方法來評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果的好壞(即預(yù)測(cè)值和真實(shí)值的誤差)。這就要用到損失函數(shù)。
損失函數(shù)
常用的損失函數(shù)有很多種,根據(jù)模型的需求來選擇。在本教程中,我們使用誤差平方和作為損失函數(shù)。
誤差平方和是求每個(gè)預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間的誤差再求和,這個(gè)誤差是他們的差值求平方以便我們觀察誤差的絕對(duì)值。
訓(xùn)練的目標(biāo)是找到一組 W 和 b,使得損失函數(shù)最好小,也即預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間的距離最小。
反向傳播
我們已經(jīng)度量出了預(yù)測(cè)的誤差(損失),現(xiàn)在需要找到一種方法來傳播誤差,并以此更新權(quán)值和偏置。
為了知道如何適當(dāng)?shù)恼{(diào)整權(quán)值和偏置,我們需要知道損失函數(shù)對(duì)權(quán)值 W 和偏置 b 的導(dǎo)數(shù)。
回想微積分中的概念,函數(shù)的導(dǎo)數(shù)就是函數(shù)的斜率。
梯度下降法
如果我們已經(jīng)求出了導(dǎo)數(shù),我們就可以通過增加或減少導(dǎo)數(shù)值來更新權(quán)值 W 和偏置 b(參考上圖)。這種方式被稱為梯度下降法。
但是我們不能直接計(jì)算損失函數(shù)對(duì)權(quán)值和偏置的導(dǎo)數(shù),因?yàn)樵趽p失函數(shù)的等式中并沒有顯式的包含他們。因此,我們需要運(yùn)用鏈?zhǔn)角髮?dǎo)發(fā)在來幫助計(jì)算導(dǎo)數(shù)。
鏈?zhǔn)椒▌t用于計(jì)算損失函數(shù)對(duì) W 和 b 的導(dǎo)數(shù)。注意,為了簡(jiǎn)單起見。我們只展示了假設(shè)網(wǎng)絡(luò)只有 1 層的偏導(dǎo)數(shù)。
這雖然很簡(jiǎn)陋,但是我們依然能得到想要的結(jié)果—損失函數(shù)對(duì)權(quán)值 W 的導(dǎo)數(shù)(斜率),因此我們可以相應(yīng)的調(diào)整權(quán)值。
現(xiàn)在我們將反向傳播算法的函數(shù)添加到 Python 代碼中
為了更深入的理解微積分原理和反向傳播中的鏈?zhǔn)角髮?dǎo)法則,我強(qiáng)烈推薦 3Blue1Brown 的如下教程:
Youtube:
整合并完成一個(gè)實(shí)例
既然我們已經(jīng)有了包括前向傳播和反向傳播的完整 Python 代碼,那么就將其應(yīng)用到一個(gè)例子上看看它是如何工作的吧。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過學(xué)習(xí)得到函數(shù)的權(quán)重。而我們僅靠觀察是不太可能得到函數(shù)的權(quán)重的。
讓我們訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 1500 次迭代,看看會(huì)發(fā)生什么。 注意觀察下面每次迭代的損失函數(shù),我們可以清楚地看到損失函數(shù)單調(diào)遞減到最小值。這與我們之前介紹的梯度下降法一致。
讓我們看看經(jīng)過 1500 次迭代后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最終預(yù)測(cè)結(jié)果:
經(jīng)過 1500 次迭代訓(xùn)練后的預(yù)測(cè)結(jié)果
我們成功了!我們應(yīng)用前向和方向傳播算法成功的訓(xùn)練了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并且預(yù)測(cè)結(jié)果收斂于真實(shí)值。
注意預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間存在細(xì)微的誤差是允許的。這樣可以防止模型過擬合并且使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于未知數(shù)據(jù)有著更強(qiáng)的泛化能力。
下一步是什么?
幸運(yùn)的是我們的學(xué)習(xí)之旅還沒有結(jié)束,仍然有很多關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的內(nèi)容需要學(xué)習(xí)。例如:
? 除了 Sigmoid 以外,還可以用哪些激活函數(shù)
? 在訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)用學(xué)習(xí)率
? 在面對(duì)圖像分類任務(wù)的時(shí)候使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
我很快會(huì)寫更多關(guān)于這個(gè)主題的內(nèi)容,敬請(qǐng)期待!
最后的想法
我自己也從零開始寫了很多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的代碼
雖然可以使用諸如 Tensorflow 和 Keras 這樣的深度學(xué)習(xí)框架方便的搭建深層網(wǎng)絡(luò)而不需要完全理解其內(nèi)部工作原理。但是我覺得對(duì)于有追求的數(shù)據(jù)科學(xué)家來說,理解內(nèi)部原理是非常有益的。
這種練習(xí)對(duì)我自己來說已成成為重要的時(shí)間投入,希望也能對(duì)你有所幫助