神经网络分类效果评价——多元分类交叉熵

描述

针对项目过程中遇到的对于神经网络分类效果的评价–损失函数categorical_crossentropy的解读。

1.多元分类交叉熵

多元分类交叉熵计算
其中,types是分类总数,以五元分类来说,types=5;
yitag是某个分类的标签值,是一个二值,即只能为0或1,例如,对于五元分类,类别就是用一个五元组表示——
[1,0,0,0,0]
[0,1,0,0,0]
[0,0,1,0,0]
[0,0,0,1,0]
[0,0,0,0,1]
那么yitag的值就是当前分类位置上的0或1值;
(这个地方是我开始没理解的,以为类别tag是1,2,3,4,5中的一个,这样的话不是类别顺序影响loss了?后面才整明白的)

yi_pre_prob是在softmax层前面输出的概率值(组),例如,假设对于某个分类输出的概率组为:
[0.1, 0.1, 0.7, 0.1, 0]
最终输出的分类结果是取概率组的最大值,即0.7对应的第3类;那么loss值就用第3类的五元组计算,即:
loss= -1×log0.7 (其他都是乘0没了)
所以从这看来,当对某个值预测概率为1时,那么log1=0,loss也为0;当前分类预测概率越小,loss值越大。
在这里插入图片描述

### 关于分类网络结构图及相关资料 在神经网络领域,分类网络通常指用于解决多类别或多标签预测问题的模型。这些模型的核心在于通过一系列层(layer)提取输入数据中的特征并将其映射到目标类别的概率分布上。 #### 静态计算图与动态计算图 静态计算图是一种常见的实现方式,在固定的网络结构下表现优异[^1]。然而,当面对复杂场景时,允许网络结构随数据变化的方法可能更为灵活有效。这表明某些特定任务中,动态调整网络拓扑可以带来性能提升。 #### YOLOv5 的网络设计特点 以 YOLOv5 为例,其采用了一系列先进的技术来优化检测精度和效率。其中激活函数扮演着重要角色——它们负责引入非线性变换,使模型具备更强的学习能力以及更优的梯度传播特性[^2]。 以下是构建一个典型图像分类 CNN (Convolutional Neural Network) 结构的例子: ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras import layers, models def create_classification_model(input_shape=(32, 32, 3), num_classes=10): model = models.Sequential() # 添加卷积层与池化层组合 model.add(layers.Conv2D(32, kernel_size=(3, 3), activation='relu', input_shape=input_shape)) model.add(layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2))) model.add(layers.Conv2D(64, kernel_size=(3, 3), activation='relu')) model.add(layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2))) model.add(layers.Flatten()) # 全连接层 model.add(layers.Dense(128, activation='relu')) # 输出层 使用 softmax 进行多分类 model.add(layers.Dense(num_classes, activation='softmax')) return model classification_model = create_classification_model() classification_model.summary() ``` 上述代码定义了一个简单的卷积神经网络框架,适用于小型数据集上的基本分类任务。它展示了如何堆叠不同类型的层形成完整的前馈路径,并最终输出对应各类的概率估计值。 #### 分类网络结构的关键要素 - **输入层**: 定义接受的数据维度。 - **隐藏层**: 包括但不限于全连接层、卷积层、循环层等;每种类型都有各自擅长处理的信息模式。 - **输出层**: 根据具体应用场景决定形式,比如二元分类可用 sigmoid 函数,多元则常选 softmax。 - **损失函数**: 如交叉熵误差衡量实际输出同期望之间的差距程度。 - **优化器算法**: Adam 或 SGD 是较为常用的两种策略之一。
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