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        在训练分类模型时,通常使用交叉熵损失函数来定义模型的的预测概率与样本真实概率之间的差异。

二分类

1、二分类损失函数如下:

其中是样本的真实概率标签0或1,是Sigmoid函数的计算结果,是样本的预测概率:

是学习到的参数模型。

2、由极大似然估计推导出二分类损失函数:

计算参数使得取最大值。

对上式进行对数变换,将乘法转换为加法:

对上式取负号,将求最大值转换为求最小值,从而就可以用梯度下降等优化方法来求解。

这也就是上面提到的二分类损失函数。

多分类

1、多分类损失函数如下:

其中,是样本的真实概率标签0或1,是softmax函数的计算结果,softmax函数将学习到的多个线性模型转换为对应分类的概率,每个对应于一个分类类别,所以是样本被预测为第个分类的概率:

2、由极大似然估计推导出多分类损失函数:

计算参数使得取最大值。

对上式进行对数变换,将乘法转换为加法:

对上式取负号,将求最大值转换为求最小值,从而就可以用梯度下降等优化方法来求解。

这也就是上面提到的多分类损失函数。

多分类和多标签分类

多分类:一个样本只属于一个类别,可以直接使用softmax进行损失计算和训练模型

多标签分类:每个样本可能属于多个类别,softmax不适用于多标签分类,可以训练k(k为总类别数)个二分类模型,每次将一个类别作为正类,其余类别作为负类,训练一个二分类器,分别预测样本属于第k类别的结果,类似于One-vs-Rest训练方法。

参考:深入理解GBDT多分类算法

极大似然估计详解

极大似然估计交叉熵之间存在密切的关系。在机器学习中,交叉熵通常被用作损失函数,用于衡量模型输出真实标签之间的差异。下面我将简要介绍极大似然估计交叉熵的推导过程。 假设我们有一组观测数据 {x₁, x₂, ..., xₙ},这些数据是独立同分布的样本,我们希望用一个参数化的模型来描述这些数据。假设模型的参数为 θ,我们的目标是找到一个使得观测数据出现的概率最大化的参数值。 使用极大似然估计的思想,我们可以将观测数据出现的概率表示为一个关于参数 θ 的函数 L(θ),即似然函数。我们的目标是最大化似然函数 L(θ)。 在分类问题中,我们常常使用概率分布来描述模型输出的结果,比如使用 softmax 函数将模型输出转化为概率分布。假设我们有 K 个类别,模型输出的概率分布为 p(y=k|x; θ),其中 y 是真实标签。 那么对于观测数据 {x₁, x₂, ..., xₙ},它们的联合概率可以表示为: P(y₁, y₂, ..., yₙ|x₁, x₂, ..., xₙ; θ) = Πᵢ p(y=yᵢ|x=xᵢ; θ) 我们可以将这个联合概率视为一个关于参数 θ 的函数,记为 L(θ)。为了方便计算,我们可以取对数转换,得到对数似然函数: log L(θ) = Σᵢ log p(y=yᵢ|x=xᵢ; θ) 最大化对数似然函数等价于最小化其相反数的平均值。因此,我们可以定义交叉熵损失函数作为目标函数: J(θ) = -1/n Σᵢ log p(y=yᵢ|x=xᵢ; θ) 可以看出,交叉熵损失函数是对数似然函数的相反数的平均值。通过最小化交叉熵损失函数,我们实际上是在最大化观测数据出现的概率。 总结起来,极大似然估计交叉熵之间的推导过程是将观测数据的联合概率转换为对数似然函数,再通过最小化相反数的平均值得到交叉熵损失函数。交叉熵损失函数在训练机器学习模型中被广泛使用,特别是在分类问题中。
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