京公网安备 11010802034615号
经营许可证编号:京B2-20210330
前面小编给大家简单介绍过损失函数,今天给大家继续分享交叉熵损失函数,直接来看干货吧。
一、交叉熵损失函数概念
交叉熵损失函数CrossEntropy Loss,是分类问题中经常使用的一种损失函数。公式为:
接下来了解一下交叉熵:交叉熵Cross Entropy,是Shannon信息论中一个重要概念,主要用于度量两个概率分布间的差异性信息。在信息论中,交叉熵是表示两个概率分布p,q,其中p表示真实分布,q表示非真实分布,在相同的一组事件中,其中,用非真实分布q来表示某个事件发生所需要的平均比特数。
交叉熵的计算方式如下:
交叉熵可在机器学习中作为损失函数,p代表真实标记的分布,q则代表训练后的模型的预测标记分布,交叉熵损失函数可以衡量p与q的相似性。交叉熵作为损失函数还有一个好处是:使用sigmoid函数在梯度下降时,可以避免均方误差损失函数学习速率下降的问题,这是因为学习速率是能够被输出的误差所控制的。
二、交叉熵损失函原理
一般我们学习交叉熵损失函数是在二元分类情况下,就比如逻辑回归「Logistic Regression」、神经网络「Neural Network」等,其真实样本的标签为 [0.1],分别表示负类和正类。模型的最后通常会经过一个 Sigmoid 函数,输出一个概率值,这个概率值反映了预测为正类的可能性:概率越大,可能性越大。
其中s是模型上一层的输出,sigmoid函数有这样的特点:s = 0 时,g(s) = 0.5; s >> 0 时,g ≈ 1.s << 0 时,g ≈ 0.显然,g(s) 将前一级的线性输出映射到[0. 1]之间的数值概率上,这里g(s)就是交叉熵公式中的模型预测输出。
预测输出也就是, Sigmoid 函数的输出,表示当前样本标签为 1 的概率:
y^=P(y=1|x)
那么,当前样本标签为 0 的概率就可以表示为:
1−y^=P(y=0|x)
从极大似然性的角度考虑,将上面两种情况进行整合:
也就是:
当真实样本标签 y = 0 时,上面式子第一项就为 1.概率等式转化为:
P(y=0|x)=1−y^
当真实样本标签 y = 1 时,上面式子第二项就为 1.概率等式转化为:
P(y=1|x)=y^
这两种情况下的概率表达式跟原来的完全相同,只是将两种情况进行了整合。
接下来我们重点看一下整合之后的概率表达式,概率 P(y|x) 越大越好。因为 log 运算并不会影响函数本身的单调性,所以 将log 函数引入P(y|x)。于是就有:
log P(y|x)=log(y^y⋅(1−y^)1−y)=ylog y^+(1−y)log(1−y^)
log P(y|x) 越大越好,反过来说也就是,只需要 log P(y|x) 的负值 -log P(y|x) 越小就可以了。引入损失函数,而且使得 Loss = -log P(y|x)即可。那么就能得到损失函数为:
如果是计算N个样本的总损失函数的情况,则只需要将N个Loss叠加起来
三、交叉熵损失函数的优缺点分析
1.使用逻辑函数得到概率,并结合交叉熵当损失函数时,当模型效果差的时,学习速度较快,模型效果好时,学习速度会变慢。
2.采用了类间竞争机制,比较擅长于学习类间的信息,但是只关心对于正确标签预测概率的准确性,而忽略了其他非正确标签的差异,从而导致学习到的特征比较散。
以上就是小编今天跟大家分享的关于交叉熵损失函数概念和原理的相关介绍,希望对于大家有所帮助。
相信读完上文,你对算法已经有了全面认识。若想进一步探索机器学习的前沿知识,强烈推荐机器学习之半监督学习课程。
学习入口:https://edu.cda.cn/goods/show/3826?targetId=6730&preview=0
涵盖核心算法,结合多领域实战案例,还会持续更新,无论是新手入门还是高手进阶都很合适。赶紧点击链接开启学习吧!
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
在数据分析、市场研究、用户画像构建、学术研究等场景中,我们常常会遇到多维度、多指标的数据难题:比如调研用户消费行为时,收 ...
2026-03-25在流量红利见顶、获客成本持续攀升的当下,营销正从“广撒网”的经验主义,转向“精耕细作”的数据驱动主义。数据不再是营销的辅 ...
2026-03-25在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的全流程工作中,无论是前期的数据探索、影响因素排查,还是中期的特征筛选、模型搭 ...
2026-03-25在当下数据驱动决策的职场环境中,A/B测试早已成为互联网产品、运营、营销乃至产品迭代优化的核心手段,小到一个按钮的颜色、文 ...
2026-03-24在统计学数据分析中,尤其是分类数据的分析场景里,卡方检验和显著性检验是两个高频出现的概念,很多初学者甚至有一定统计基础的 ...
2026-03-24在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的日常业务分析与统计建模工作中,多组数据差异对比是高频且核心的分析场景。比如验 ...
2026-03-24日常用Excel做数据管理、台账维护、报表整理时,添加备注列是高频操作——用来标注异常、说明业务背景、记录处理进度、补充关键 ...
2026-03-23作为业内主流的自助式数据可视化工具,Tableau凭借拖拽式操作、强大的数据联动能力、灵活的仪表板搭建,成为数据分析师、业务人 ...
2026-03-23在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的日常工作与认证考核中,分类变量的关联分析是高频核心场景。用户性别是否影响商品 ...
2026-03-23在数据工作的全流程中,数据清洗是最基础、最耗时,同时也是最关键的核心环节,无论后续是做常规数据分析、可视化报表,还是开展 ...
2026-03-20在大数据与数据驱动决策的当下,“数据分析”与“数据挖掘”是高频出现的两个核心概念,也是很多职场人、入门学习者容易混淆的术 ...
2026-03-20在CDA(Certified Data Analyst)数据分析师的全流程工作闭环中,统计制图是连接严谨统计分析与高效业务沟通的关键纽带,更是CDA ...
2026-03-20在MySQL数据库优化中,分区表是处理海量数据的核心手段——通过将大表按分区键(如时间、地域、ID范围)分割为多个独立的小分区 ...
2026-03-19在商业智能与数据可视化领域,同比、环比增长率是分析数据变化趋势的核心指标——同比(YoY)聚焦“长期趋势”,通过当前周期与 ...
2026-03-19在数据分析与建模领域,流传着一句行业共识:“数据决定上限,特征决定下限”。对CDA(Certified Data Analyst)数据分析师而言 ...
2026-03-19机器学习算法工程的核心价值,在于将理论算法转化为可落地、可复用、高可靠的工程化解决方案,解决实际业务中的痛点问题。不同于 ...
2026-03-18在动态系统状态估计与目标跟踪领域,高精度、高鲁棒性的状态感知是机器人导航、自动驾驶、工业控制、目标检测等场景的核心需求。 ...
2026-03-18“垃圾数据进,垃圾结果出”,这是数据分析领域的黄金法则,更是CDA(Certified Data Analyst)数据分析师日常工作中时刻恪守的 ...
2026-03-18在机器学习建模中,决策树模型因其结构直观、易于理解、无需复杂数据预处理等优势,成为分类与回归任务的首选工具之一。而变量重 ...
2026-03-17在数据分析中,卡方检验是一类基于卡方分布的假设检验方法,核心用于分析分类变量之间的关联关系或实际观测分布与理论期望分布的 ...
2026-03-17