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python实现softmax函数、sigmoid函数、 softmax 交叉熵loss函数、sigmoid 交叉熵loss函数

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python实现softmax函数、sigmoid函数、 softmax 交叉熵loss函数、sigmoid 交叉熵loss函数

编辑器:jupyter notebook
Tensorflow2.0
计算用了两种方法numpy&tensorflow,建议tensorflow

import tensorflow as tf
import numpy as np
实现softmax函数

#np
def softmax(x):
    x_exp = np.exp(x)
    x_sum = np.sum(x_exp, axis=1, keepdims=True)
    prob_x = x_exp / x_sum
    return prob_x

test_data = np.random.normal(size=[10, 5])
(softmax(test_data) - tf.nn.softmax(test_data, axis=-1).numpy())**2
#tf
def softmaxF(x):
    x_exp = tf.math.exp(x)
    x_sum = tf.reduce_sum(x_exp)
    prob_x = x_exp/x_sum
    return prob_x

(softmaxF(test_data).numpy() - tf.nn.softmax(test_data, axis=-1).numpy())**2 <0.0001
实现sigmoid函数

def sigmoid(x):
    x =1 + (1 / np.exp(x))
    prob_x = 1 / x
    return prob_x

test_data = np.random.normal(size=[10, 5])
(sigmoid(test_data) - tf.nn.sigmoid(test_data).numpy())**2 < 0.0001
#tf
def softmaxF(x):
    x = 1 + 1 / tf.math.exp(x)
    prob_x = 1 / x
    print(prob_x,'F')
    return prob_x

test_data = np.random.normal(size=[10, 5])
print()
(softmaxF(test_data).numpy() - tf.nn.softmax(test_data, axis=-1).numpy())**2 <0.0001
实现softmax交叉熵loss函数

def softmax_ce(x, label):
    loss = -np.sum(np.nan_to_num(label*np.log(x)),axis=1) 
    return loss

test_data = np.random.normal(size=[10, 5])
prob = tf.nn.softmax(test_data)
label = np.zeros_like(test_data)
label[np.arange(10), np.random.randint(0, 5, size=10)]=1.
((tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(label, test_data)
  - softmax_ce(prob, label))**2 < 0.0001).numpy()
#tf
def softmax_ceF(x, label):
#     epsilon = 1e-12   
    losses = -tf.reduce_sum(label*tf.math.log(x),axis=1)
#     losses = -tf.reduce_mean(label*tf.math.log(x+1e-12),axis=1)
    loss = tf.reduce_mean(losses)
    print(loss,'F')
    return loss

test_data = np.random.normal(size=[10, 5])
prob = tf.nn.softmax(test_data)
label = np.zeros_like(test_data)
label[np.arange(10), np.random.randint(0, 5, size=10)]=1.
print(tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(label, test_data)),'T')

((tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(label, test_data))
  - softmax_ceF(prob, label))**2 < 0.0001).numpy()
实现sigmoid交叉熵loss函数

def sigmoid_ce(x, label):
    loss = -np.sum(np.nan_to_num(label*np.log(x)+(1-label)*np.log(1-x)))
    return loss

test_data = np.random.normal(size=[10])
prob = tf.nn.sigmoid(test_data)
label = np.random.randint(0, 2, 10).astype(test_data.dtype)
a = tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(label, test_data).numpy()
((np.sum(a)- sigmoid_ce(prob, label))**2 < 0.0001)
#tf
def sigmoid_ceF(x, label):
    losses = -tf.reduce_sum(label*tf.math.log(x)+(1.-label)*tf.math.log(1-x))/len(x)
    loss = tf.reduce_mean(losses)
    print(loss,'F')
    return loss

test_data = np.random.normal(size=[10])
prob = tf.nn.sigmoid(test_data)
label = np.random.randint(0, 2, 10).astype(test_data.dtype)
print(tf.reduce_mean(tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(label, test_data)),'T')

((tf.reduce_mean(tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(label, test_data))- sigmoid_ceF(prob, label))**2 < 0.0001).numpy()
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