如何在Python中实现Softmax函数

从Udacity的深度学习课程中，y_i的softmax仅仅是指数除以整个Y向量的指数之和:

其中S(y_i)是y_i的软最大函数e是指数函数j是no。输入向量Y中的列。

我试过以下几种方法:

import numpy as np

def softmax(x):
    """Compute softmax values for each sets of scores in x."""
    e_x = np.exp(x - np.max(x))
    return e_x / e_x.sum()

scores = [3.0, 1.0, 0.2]
print(softmax(scores))

[ 0.8360188   0.11314284  0.05083836]

但建议的解决方案是:

def softmax(x):
    """Compute softmax values for each sets of scores in x."""
    return np.exp(x) / np.sum(np.exp(x), axis=0)

它产生与第一个实现相同的输出，尽管第一个实现显式地取每列与Max的差值，然后除以和。

有人能用数学方法解释一下吗?一个是对的，另一个是错的?

实现在代码和时间复杂度方面是否相似?哪个更有效率?

当前回答

更简明的说法是:

def softmax(x):
    return np.exp(x) / np.exp(x).sum(axis=0)

2016-09-06 20:08:40

其他回答

我想补充一点对这个问题的理解。这里减去数组的最大值是正确的。但如果你运行另一篇文章中的代码，你会发现当数组是2D或更高维度时，它不会给你正确的答案。

在这里我给你一些建议:

为了得到max，试着沿着x轴做，你会得到一个1D数组。重塑你的最大数组原始形状。 np。Exp得到指数值。 np。沿轴求和。得到最终结果。

根据结果，你将通过做矢量化得到正确的答案。因为和大学作业有关，所以我不能把具体的代码贴在这里，如果你不明白我可以多给你一些建议。

2017-07-16 02:00:38

编辑。从1.2.0版本开始，scipy包含了softmax作为一个特殊函数:

https://scipy.github.io/devdocs/generated/scipy.special.softmax.html

我写了一个在任意轴上应用softmax的函数:

def softmax(X, theta = 1.0, axis = None):
    """
    Compute the softmax of each element along an axis of X.

    Parameters
    ----------
    X: ND-Array. Probably should be floats. 
    theta (optional): float parameter, used as a multiplier
        prior to exponentiation. Default = 1.0
    axis (optional): axis to compute values along. Default is the 
        first non-singleton axis.

    Returns an array the same size as X. The result will sum to 1
    along the specified axis.
    """

    # make X at least 2d
    y = np.atleast_2d(X)

    # find axis
    if axis is None:
        axis = next(j[0] for j in enumerate(y.shape) if j[1] > 1)

    # multiply y against the theta parameter, 
    y = y * float(theta)

    # subtract the max for numerical stability
    y = y - np.expand_dims(np.max(y, axis = axis), axis)

    # exponentiate y
    y = np.exp(y)

    # take the sum along the specified axis
    ax_sum = np.expand_dims(np.sum(y, axis = axis), axis)

    # finally: divide elementwise
    p = y / ax_sum

    # flatten if X was 1D
    if len(X.shape) == 1: p = p.flatten()

    return p

正如其他用户所描述的那样，减去最大值是很好的做法。我在这里写了一篇详细的文章。

2017-03-14 22:18:41

在上面的回答中已经回答了很多细节。Max被减去以避免溢出。我在这里添加了python3中的另一个实现。

import numpy as np
def softmax(x):
    mx = np.amax(x,axis=1,keepdims = True)
    x_exp = np.exp(x - mx)
    x_sum = np.sum(x_exp, axis = 1, keepdims = True)
    res = x_exp / x_sum
    return res

x = np.array([[3,2,4],[4,5,6]])
print(softmax(x))

2017-12-15 10:04:54

目标是使用Numpy和Tensorflow实现类似的结果。与原始答案的唯一变化是np的轴参数。和api。

初始方法:axis=0 -然而，当维度为N时，这并不能提供预期的结果。

修改方法:axis=len(e_x.shape)-1 -总是在最后一个维度上求和。这提供了与tensorflow的softmax函数类似的结果。

def softmax_fn(input_array):
    """
    | **@author**: Prathyush SP
    |
    | Calculate Softmax for a given array
    :param input_array: Input Array
    :return: Softmax Score
    """
    e_x = np.exp(input_array - np.max(input_array))
    return e_x / e_x.sum(axis=len(e_x.shape)-1)

2018-10-03 12:53:50

softmax函数是一种激活函数，它将数字转换为和为1的概率。softmax函数输出一个向量，表示结果列表的概率分布。它也是深度学习分类任务中使用的核心元素。

当我们有多个类时，使用Softmax函数。

它对于找出有最大值的类很有用。概率。

Softmax函数理想地用于输出层，在那里我们实际上试图获得定义每个输入类的概率。

取值范围是0 ~ 1。

Softmax函数将对数[2.0,1.0,0.1]转换为概率[0.7,0.2,0.1]，概率和为1。Logits是神经网络最后一层输出的原始分数。在激活发生之前。为了理解softmax函数，我们必须看看第(n-1)层的输出。

softmax函数实际上是一个arg max函数。这意味着它不会返回输入中的最大值，而是返回最大值的位置。

例如:

softmax之前

X = [13, 31, 5]

softmax后

array([1.52299795e-08, 9.99999985e-01, 5.10908895e-12]

代码:

import numpy as np

# your solution:

def your_softmax(x): 

"""Compute softmax values for each sets of scores in x.""" 

e_x = np.exp(x - np.max(x)) 

return e_x / e_x.sum() 

# correct solution: 

def softmax(x): 

"""Compute softmax values for each sets of scores in x.""" 

e_x = np.exp(x - np.max(x)) 

return e_x / e_x.sum(axis=0) 

# only difference

2020-04-03 16:50:00

如何在Python中实现Softmax函数

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