优化Keras模型时选择准确率而非损失函数

如果我正确理解了损失函数对模型的重要性,它指导模型通过最小化损失值进行训练。因此,例如,如果我想让我的模型以最小化平均绝对误差(MAE)为目标进行训练,我应该使用MAE作为损失函数。那么,为什么有时我们会看到有人想要实现最高的准确率,却构建模型去最小化另一个完全不同的函数呢?例如:

model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='sgd', metrics='acc')

为什么上面的模型在训练时会试图最小化另一个函数(MSE),却能给我们带来最佳的准确率(acc)?我知道,模型在训练完成后,评估指标会给出训练过程中找到的最佳准确率。

我的疑问是:模型在训练过程中不应该专注于最大化准确率(或最小化1/acc)而不是最小化MSE吗?如果那样做,模型不就会给我们带来更高的准确率,因为它知道在训练过程中需要最大化准确率吗?


回答:

首先,您作为示例使用的代码片段:

model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='sgd', metrics='acc')

实际上是无效的(尽管Keras不会产生任何错误或警告),原因非常简单和基础:MSE是有效的用于回归问题的损失函数,而对于这些问题,准确率是没有意义的(准确率仅在分类问题中有意义,而MSE在分类问题中不是有效的损失函数)。有关详细信息(包括代码示例),请参见我在这里的回答;对于scikit-learn中的类似情况,请参见我在这个线程中的回答。

继续回答您的一般问题:在回归设置中,通常我们不需要单独的性能指标,我们通常仅使用损失函数本身来达到这个目的,即您使用的示例的正确代码应该是

model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='sgd')

不指定任何metrics。当然,我们可以使用metrics='mse',但这是多余的,并不真正需要。有时人们会使用类似于

model.compile(loss='mean_squared_error', optimizer='sgd', metrics=['mse','mae'])

即根据MSE损失优化模型,但除了MSE外,还显示其在平均绝对误差(MAE)上的表现。

现在,关于您的问题:

模型在训练过程中不应该专注于最大化准确率(或最小化1/acc)而不是最小化MSE吗?

这个疑问在原则上确实是有效的(除了提到MSE之外),但仅适用于分类问题,大体上情况如下:我们无法使用大量的凸优化方法来直接最大化准确率,因为准确率不是一个可微分的函数;因此,我们需要一个代理可微分函数作为损失函数。用于分类问题的这种损失函数最常见的例子是交叉熵

毫不奇怪,您的这个问题不时出现,尽管在上下文中略有变化;例如,请参见我在以下线程中的回答:

对于二元分类中损失和准确率之间的相互作用,您可能会发现我在以下线程中的回答有用:

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