在这里你可以找到为什么他们使用- max。

从这里开始:

“当你在实际中编写计算Softmax函数的代码时，由于指数的存在，中间项可能非常大。大数除法在数值上可能不稳定，所以使用标准化技巧很重要。”

我用了这三句简单的话:

x_exp=np.exp(x)
x_sum=np.sum(x_exp, axis = 1, keepdims = True)
s=x_exp / x_sum

为了提供另一种解决方案，请考虑这样的情况:参数的值非常大，以至于exp(x)会溢出(在负的情况下)或溢出(在正的情况下)。这里你希望尽可能长时间地保持在对数空间中，只在你可以相信结果是良好的地方取幂。

import scipy.special as sc
import numpy as np

def softmax(x: np.ndarray) -> np.ndarray:
    return np.exp(x - sc.logsumexp(x))

下面是使用numpy的广义解，以及与tensorflow和scipy的正确性比较:

数据准备:

import numpy as np

np.random.seed(2019)

batch_size = 1
n_items = 3
n_classes = 2
logits_np = np.random.rand(batch_size,n_items,n_classes).astype(np.float32)
print('logits_np.shape', logits_np.shape)
print('logits_np:')
print(logits_np)

输出:

logits_np.shape (1, 3, 2)
logits_np:
[[[0.9034822  0.3930805 ]
  [0.62397    0.6378774 ]
  [0.88049906 0.299172  ]]]

使用tensorflow的Softmax:

import tensorflow as tf

logits_tf = tf.convert_to_tensor(logits_np, np.float32)
scores_tf = tf.nn.softmax(logits_np, axis=-1)

print('logits_tf.shape', logits_tf.shape)
print('scores_tf.shape', scores_tf.shape)

with tf.Session() as sess:
    scores_np = sess.run(scores_tf)

print('scores_np.shape', scores_np.shape)
print('scores_np:')
print(scores_np)

print('np.sum(scores_np, axis=-1).shape', np.sum(scores_np,axis=-1).shape)
print('np.sum(scores_np, axis=-1):')
print(np.sum(scores_np, axis=-1))

输出:

logits_tf.shape (1, 3, 2)
scores_tf.shape (1, 3, 2)
scores_np.shape (1, 3, 2)
scores_np:
[[[0.62490064 0.37509936]
  [0.4965232  0.5034768 ]
  [0.64137274 0.3586273 ]]]
np.sum(scores_np, axis=-1).shape (1, 3)
np.sum(scores_np, axis=-1):
[[1. 1. 1.]]

使用scipy的Softmax:

from scipy.special import softmax

scores_np = softmax(logits_np, axis=-1)

print('scores_np.shape', scores_np.shape)
print('scores_np:')
print(scores_np)

print('np.sum(scores_np, axis=-1).shape', np.sum(scores_np, axis=-1).shape)
print('np.sum(scores_np, axis=-1):')
print(np.sum(scores_np, axis=-1))

输出:

scores_np.shape (1, 3, 2)
scores_np:
[[[0.62490064 0.37509936]
  [0.4965232  0.5034768 ]
  [0.6413727  0.35862732]]]
np.sum(scores_np, axis=-1).shape (1, 3)
np.sum(scores_np, axis=-1):
[[1. 1. 1.]]

Softmax使用numpy (https://nolanbconaway.github.io/blog/2017/softmax-numpy):

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


scores_np = softmax(logits_np, axis=-1)

print('scores_np.shape', scores_np.shape)
print('scores_np:')
print(scores_np)

print('np.sum(scores_np, axis=-1).shape', np.sum(scores_np, axis=-1).shape)
print('np.sum(scores_np, axis=-1):')
print(np.sum(scores_np, axis=-1))

输出:

scores_np.shape (1, 3, 2)
scores_np:
[[[0.62490064 0.37509936]
  [0.49652317 0.5034768 ]
  [0.64137274 0.3586273 ]]]
np.sum(scores_np, axis=-1).shape (1, 3)
np.sum(scores_np, axis=-1):
[[1. 1. 1.]]

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。

我想说，虽然从数学上讲，这两种方法都是正确的，但就实现而言，第一个方法更好。在计算softmax时，中间值可能会变得很大。两个大数的除法在数值上是不稳定的。这些笔记(来自斯坦福大学)提到了一个归一化技巧，这基本上就是你正在做的事情。