Tensorflow 中的损失函数 —— loss 专题汇总

回归和分类是监督学习中的两个大类。自学过程中,阅读别人代码时经常看到不同种类的损失函数,到底 Tensorflow 中有多少自带的损失函数呢,什么情况下使用什么样的损失函数?这次就来汇总介绍一下。

一、处理回归问题

1. tf.losses.mean_squared_error:均方根误差(MSE) —— 回归问题中最常用的损失函数

优点是便于梯度下降,误差大时下降快,误差小时下降慢,有利于函数收敛。
缺点是受明显偏离正常范围的离群样本的影响较大

# Tensorflow中集成的函数
mse = tf.losses.mean_squared_error(y_true, y_pred)
# 利用Tensorflow基础函数手工实现
mse = tf.reduce_mean(tf.square(y_true -  y_pred))

2. tf.losses.absolute_difference:平均绝对误差(MAE) —— 想格外增强对离群样本的健壮性时使用

优点是其克服了 MSE 的缺点,受偏离正常范围的离群样本影响较小。
缺点是收敛速度比 MSE 慢,因为当误差大或小时其都保持同等速度下降,而且在某一点处还不可导,计算机求导比较困难。

maes = tf.losses.absolute_difference(y_true, y_pred)
maes_loss = tf.reduce_sum(maes)

### 使用卷积神经网络确定含水层富水性指标权重 对于利用卷积神经网络(CNN)来评估并确定含水层富水性的指标权重,这一过程涉及多个方面的工作。CNN作为一种深度学习模型,在处理图像数据上表现出色,而当应用于地质领域时,则需将地下结构特征转换成适合输入的形式。 #### 数据准备阶段 为了使CNN能够有效工作,首先需要收集大量的训练样本集。这些样本应包含不同类型的地下水体及其周围环境的信息,并标记有已知的富水程度标签。通过遥感影像、钻孔记录等地质资料构建多维数组作为输入张量[^1]。 #### 特征提取与预处理 由于原始获取的数据可能存在噪声干扰或分辨率不足等问题,因此要对它们实施标准化和平滑化操作;同时还要考虑如何选取最能反映目标特性的波段组合以及空间范围大小等因素。这一步骤旨在提高后续分析准确性的同时减少不必要的计算开销[^2]。 #### 构建卷积神经网络架构 设计合理的网络拓扑结构至关重要。一般而言,会采用若干个交替排列的卷积层(Convolutional Layer)加池化层(Pooling Layer),前者负责自动捕捉局部模式间的关联关系,后者则有助于降低参数数量从而加快收敛速度。此外还需加入全连接层(Fully Connected Layers, FCLs)用于最终分类决策前的信息汇总整理[^3]。 ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras import layers, models model = models.Sequential() model.add(layers.Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(height, width, channels))) model.add(layers.MaxPooling2D((2, 2))) model.add(layers.Flatten()) model.add(layers.Dense(64, activation='relu')) model.add(layers.Dense(num_classes)) ``` #### 训练优化过程 设定损失函数(Loss Function)以衡量预测值同真实情况之间的差距,并借助反向传播算法调整各节点权值直至整体误差最小化为止。在此期间可尝试多种正则项约束手段防止过拟合现象发生,比如L2范数惩罚项(dropout technique)[^4]。 #### 权重解释与应用 经过充分迭代后的模型不仅可以直接给出待测区域属于哪一类别的概率分布,更重要的是还能揭示各个影响因子在整个判断过程中所占的重要性比例——即所谓的“贡献度”。这种量化描述方式使得专家们可以更加直观地理解哪些因素最为关键进而指导实际工程实践中的资源配置策略制定[^5]。
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