常用损失函数和评价指标总结

本文总结了常见的损失函数与评价指标,包括回归问题中的平方损失、平均绝对值误差、Huber损失,以及分类问题中的LogLoss和指数损失函数。在评价指标部分,讨论了准确率、召回率、F1分数、ROC-AUC等,强调了不同场景下选择合适指标的重要性。

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一、损失函数:

1.1 回归问题:

1. 平方损失函数(最小二乘法):

L ( y , y ^ ) = ∑ i = 1 n ( y i − y i ^ ) 2 L(y, \hat{y}) = \sum_{i=1}^n(y_i- \hat{y_i})^2 L(y,y^)=i=1n(yiyi^)2

回归问题中常用的损失函数,在线性回归中,可以通过极大似然估计(MLE)推导。计算的是预测值与真实值之间距离的平方和。实际更常用的是均方误差(Mean Squared Error-MSE)
L ( y , y ^ ) = 1 n ∑ i = 1 n ( y i − y i ^ ) 2 L(y, \hat{y}) = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^n(y_i- \hat{y_i})^2 L(y,y^)=n1i=1n(yiyi^)2

2 平均绝对值误差(L1)-- MAE:

L ( y i − y i ^ ) = 1 n ∑ i = 1 n ∣ y i − y i ^ ∣ L(y_i- \hat{y_i}) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n|y_i- \hat{y_i}| L(yiyi^)=n1i=1nyiyi^
MAE是目标值和预测值之差的绝对值之和,可以用来衡量预测值和真实值的距离。但是它不能给出,模型的预测值是比真实值小还是大。

3 MAE(L1) VS MSE(L2):
  • MSE计算简便,但MAE对异常点有更好的鲁棒性:
    当数据中存在异常点时,用MSE/RMSE计算损失的模型会以牺牲了其他样本的误差为代价,朝着减小异常点误差的方向更新。然而这就会降低模型的整体性能。

直观上可以这样理解:如果我们最小化MSE来对所有的样本点只给出一个预测值,那么这个值一定是所有目标值的平均值。但如果是最小化MAE,那么这个值,则会是所有样本点目标值的中位数。众所周知,对异常值而言,中位数比均值更加鲁棒,因此MAE对于异常值也比MSE更稳定。

  • NN中MAE更新梯度始终相同,而MSE则不同
    MSE损失的梯度随损失增大而增大,而损失趋于0时则会减小。

  • Loss选择建议:

    • MSE: 如果异常点代表在商业中很重要的异常情况,并且需要被检测出来
    • MAE: 如果只把异常值当作受损数据
4. Huber损失:

L δ ( y i − y i ^ ) = { 1 2 ( y i − y i ^ ) 2  for  ∣ y − f ( x ) ∣ ≤ δ δ ∣ y i − y i ^ ∣ − 1 2 δ 2  otherwise  L_{\delta}(y_i- \hat{y_i})=\left\{\begin{array}{ll}{\frac{1}{2}(y_i- \hat{y_i})^{2}} & {\text { for }|y-f(x)| \leq \delta} \\ {\delta|y_i- \hat{y_i}|-\frac{1}{2} \delta^{2}} & {\text { otherwise }}\end{array}\right. Lδ(yiyi^)={ 21(yiyi^)2δyiyi^21δ2 for yf(x)δ otherwise 

### YOLOv10 的损失函数 YOLOv10 调用了 YOLOv8 中的损失函数并对其进行了修改,这意味着 YOLOv10 使用了一种经过优化后的损失函数版本[^1]。这种调整不仅提升了模型的整体性能,还改善了特定场景下的检测效果。 #### EIOU_Loss 改进 在 YOLOv10 中采用的一种重要改进是引入了 EIOU_Loss 损失函数。此函数基于 CIOU_Loss 进行了进一步优化,主要特点是将纵横比的影响因子分离出来单独考虑,使得对于不同形状的目标物体可以更加精确地衡量边界框之间的距离重叠程度[^4]。这有助于解决传统 IoU 类型损失函数难以有效处理极端长宽比例对象的问题。 ```python def eiou_loss(pred_boxes, target_boxes): # 计算中心点偏差、尺度差异以及角度误差 center_diff = ... scale_diff = ... angle_error = ... # 组合各项成分得到最终的EIOU Loss loss = center_diff + scale_diff + angle_error return loss ``` ### 评估指标解释 针对 YOLOv10 性能评测所使用的几个核心度量标准包括但不限于: - **mAP (mean Average Precision)**: 平均精度均值是最常用也是最重要的评价指标之一,在多个类别上取平均来反映整个系统的识别准确性。 - **MPD-IoU**: Modified Point Distance Intersection over Union 是一种专门用于评估特征点匹配质量的新颖测度方式,它综合考量了位置偏移与交并比两个方面的情况[^3]。 | 数据集 | 原始YOLOv8 mAP | MPD-IoU | |--| | COCO | 0.456 | 0.475 | | VOC | 0.723 | 0.741 | | Cityscapes | 0.632 | 0.655 |
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