Yolo v8 改进损失函数：Focal-loss

Yolo v8的损失函数使用的是交叉熵损失函数。但是对于难分类的样本检测效果较差，如垃圾、垃圾桶。

Focal Loss 是一种用于解决类别不平衡问题的损失函数，因此尝试将其引入v8结构。

ps：原本v8的loss.py文件中自带了focal loss的函数，但是调用自带代码，报错。原因未知。因此，尝试重新修改Focal-loss部分的代码，并记录过程：

1、找到yolo/utils/loss.py

2、添加新的focal_loss的代码

class FocalLoss(nn.Module):
    def __init__(self, alpha=None, gamma=2, num_classes=80, size_average=True):
        """
        focal_loss损失函数, -α(1-yi)**γ *ce_loss(xi,yi)
        步骤详细的实现了 focal_loss损失函数.
        :param alpha:   阿尔法α,类别权重.      当α是列表时,为各类别权重,当α为常数时,类别权重为[α, 1-α, 1-α, ....],常用于 目标检测算法中抑制背景类 , retainnet中设置为0.25
        :param gamma:   伽马γ,难易样本调节参数. retainnet中设置为2
        :param num_classes:     类别数量
        :param size_average:    损失计算方式,默认取均值
        """
        super(FocalLoss, self).__init__()
        self.size_average = size_average
        if alpha is None:
            self.alpha = torch.ones(num_classes)
        elif isinstance(alpha, list):
            assert len(alpha) == num_classes  # α可以以list方式输入,size:[num_classes] 用于对不同类别精细地赋予权重
            self.alpha = torch.Tensor(alpha)
        else:
            assert alpha < 1  # 如果α为一个常数,则降低第一类的影响,在目标检测中第一类为背景类
            self.alpha = torch.zeros(num_classes)
            self.alpha[0] += alpha
            self.alpha[1:] += (1 - alpha)  # α 最终为 [ α, 1-α, 1-α, 1-α, 1-α, ...] size:[num_classes]

        self.gamma = gamma

        # print('Focal Loss:')
        # print('    Alpha = {}'.format(self.alpha))
        # print('    Gamma = {}'.format(self.gamma))

    def forward(self, preds, labels):
        preds = preds.view(-1, preds.size(-1))
        alpha = self.alpha.to(preds.device)
        preds_logsoft = F.log_softmax(preds, dim=1)  # log_softmax
        preds_softmax = torch.exp(preds_logsoft)  # softmax
        labels = labels.to(torch.int64)
        preds_softmax = preds_softmax.gather(1, labels.view(-1, 1))  # 这部分实现nll_loss ( crossempty = log_softmax + nll )
        preds_logsoft = preds_logsoft.gather(1, labels.view(-1, 1))
        alpha = self.alpha.gather(0, labels.view(-1))
        print(alpha.is_cuda, labels.is_cuda)
        loss = -torch.mul(torch.pow((1 - preds_softmax), self.gamma),
                          preds_logsoft)  # torch.pow((1-preds_softmax), self.gamma) 为focal loss中 (1-pt)**γ

        loss = torch.mul(alpha, loss.t())
        if self.size_average:
            loss = loss.mean()
        else:
            loss = loss.sum()
        return loss

2、在loss.py中找到DetectionLoss类（我是做检测所以只修改了detection的loss）

 

3、定义focal_loss变量

3、将分类的loss改为focal_loss

4、正常训练即可

ps：会报int64类型错误，需要在focal_loss类里加上一句

labels = labels.to(torch.int64)