深度学习中的激活函数全解析：该选哪一个？

激活函数的作用

激活函数为神经网络引入非线性，使模型能够拟合复杂数据模式。没有激活函数，神经网络仅能表达线性变换，无法处理图像、自然语言等高维非线性数据。

常用激活函数及特点

Sigmoid

• 数学形式：$f(x) = \frac{1}{1 + e^{-x}}$
• 输出范围：(0, 1)，适合二分类输出层
• 缺点：梯度消失问题显著，非零中心输出可能导致收敛变慢

Tanh

• 数学形式：$f(x) = \frac{e^x - e^{-x}}{e^x + e^{-x}}$
• 输出范围：(-1, 1)，零中心特性缓解了Sigmoid的部分问题
• 仍存在梯度消失，但比Sigmoid更优

ReLU

• 数学形式：$f(x) = \max(0, x)$
• 计算高效，缓解梯度消失（正区间梯度为1）
• 缺点：神经元死亡问题（负区间梯度为0）

Leaky ReLU

• 数学形式：$f(x) = \max(\alpha x, x)$（通常$\alpha=0.01$）
• 解决ReLU的神经元死亡问题，负区间保留微小梯度

Swish

• 数学形式：$f(x) = x \cdot \sigma(\beta x)$（$\sigma$为Sigmoid）
• 自门控特性，实验显示优于ReLU
• 计算代价略高

选择建议

隐藏层推荐

• 优先尝试ReLU及其变种（Leaky ReLU、Swish），尤其深层网络
• 简单场景ReLU足够，复杂任务可测试Swish或GELU

输出层推荐

• 二分类：Sigmoid
• 多分类：Softmax
• 回归任务：线性激活（无激活函数）

注意事项

• 避免Sigmoid/Tanh用于深层网络隐藏层
• 监控神经元死亡率，高时切换至Leaky ReLU
• 批量归一化（BatchNorm）可缓解部分激活函数缺陷

前沿进展

• GELU（高斯误差线性单元）：结合随机正则化思想，用于Transformer
• Mish：$f(x) = x \cdot \tanh(\ln(1+e^x))$，平滑且无饱和区，部分CV任务表现优异

实际选择需结合任务架构实验验证，通常ReLU家族作为基线，Swish/GELU在调优阶段尝试。