3.1 損失函數(shù)和優(yōu)化:損失函數(shù)

用一個函數(shù)把W當(dāng)做輸入赚瘦,然后看一下得分车摄,定量地估計W的好壞寺谤,這個函數(shù)被稱為“損失函數(shù)”
損失函數(shù)用于度量W的好壞吮播。
有了損失函數(shù)的概念后变屁,就可以定量的衡量W到底是好還是壞,要找到一種有效的方法來從W的可行域里意狠,找到W取何值時情況最不壞粟关,,這個過程將會是一個優(yōu)化過程摄职。

損失函數(shù)L_i定義:通過函數(shù)f給出預(yù)測的分?jǐn)?shù)和真實的目標(biāo)(或者說是標(biāo)簽y)誊役,可以定量的描述訓(xùn)練樣本預(yù)測的好不好获列,最終的損失函數(shù)是在整個數(shù)據(jù)集的N個樣本的損失函數(shù)的總和的平均谷市。
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損失函數(shù)計算:除了真實的分類Y_i以外,對所有的分類Y都做加和击孩,也就是說我們在所有錯誤的分類上做和迫悠,比較正確分類的分?jǐn)?shù)和錯誤分類的分?jǐn)?shù),如果正確分類的分?jǐn)?shù)比錯誤分類的分?jǐn)?shù)高出某個安全的邊距巩梢,我們把這個邊距設(shè)為1,创泄;如果真實的分?jǐn)?shù)很高,或者說真實分類的分?jǐn)?shù)比任何錯誤分類的分?jǐn)?shù)都要高很多括蝠,那么損失為0鞠抑。接下來把圖片對每個錯誤分類的損失加起來就可以得到數(shù)據(jù)集中這個樣本的最終損失,然后對整個訓(xùn)練集取平均忌警。
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如上圖中所示搁拙,隨著真實分類分?jǐn)?shù)的提升,損失會線性下降,一直到分?jǐn)?shù)超過了一個閾值箕速,損失函數(shù)就會是0酪碘,因為我們已經(jīng)為這個樣本成功地分對了類。

S_yi

  • S是通過分類器預(yù)測出來的類的分?jǐn)?shù)
  • yi是這個樣本的正確的分類標(biāo)簽
  • S_yi是訓(xùn)練集第i個樣本的真實分類的分?jǐn)?shù)

這個式子也就是說要讓真實分類的分?jǐn)?shù)比其他分類高很多盐茎,高出一個安全邊距兴垦,如果沒有高出這個安全邊距,那這樣就會產(chǎn)生損失字柠。

具體計算如下:
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對貓計算損失:
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對汽車計算損失:
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對青蛙計算損失:
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取損失函數(shù)平均值:
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對于損失函數(shù)最大最小值這個問題探越,可以借助損失函數(shù)圖像,即最小值為0募谎,最大值為無窮大扶关。
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我們要關(guān)心的是測試數(shù)據(jù)的性能,如下圖所示数冬,當(dāng)加入新的數(shù)據(jù)(綠色方框)节槐,訓(xùn)練出的曲線表現(xiàn)將是錯誤的,事實上我們希望分類器是預(yù)測的拐纱,這里需要的是綠色的這條線铜异,而不是那條復(fù)雜的線,要完全適合所有的訓(xùn)練數(shù)據(jù)秸架。
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因而我們通常會在損失函數(shù)中加一個正則項揍庄,以此選擇更簡單的w。這里其實體現(xiàn)了奧卡姆剃刀的理念东抹,也就是科學(xué)發(fā)現(xiàn)最基本的思想就是要讓一個理論的應(yīng)用更廣泛蚂子。
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因而比標(biāo)準(zhǔn)損失函數(shù)包含兩項:丟失項和正則項,這里有一些超參數(shù)λ用來平衡這兩項缭黔。正則項可能是L1懲罰項食茎,也可能是L2懲罰項,還有可能是L1 L2結(jié)合的懲罰項馏谨。
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