在TensorFlow.keras中使用BinaryCrossentropy(from_logits=True)时,应使用什么作为目标向量

我有一个多标签分类问题,其中每个目标都是由1和0组成的向量,这些标签不是互斥的(为了清楚起见,我的目标看起来像[0, 1, 0, 0, 1, 1, ...])。

到目前为止,我的理解是:

  • 我应该使用二元交叉熵函数。(如这个回答中所解释的)

  • 此外,我了解到tf.keras.losses.BinaryCrossentropy()是TensorFlow的sigmoid_cross_entropy_with_logits的封装。可以使用from_logits设置为TrueFalse。(如这个问题中所解释的)

  • 由于sigmoid_cross_entropy_with_logits本身执行sigmoid操作,它期望输入在[-inf,+inf]范围内。

  • 当网络在最后一层实现了sigmoid激活时,tf.keras.losses.BinaryCrossentropy()必须使用from_logits=False。它将推断sigmoid函数并将输出传递给sigmoid_cross_entropy_with_logits,后者将再次执行sigmoid操作。然而,这可能由于sigmoid/logit函数的渐近线引起数值问题。

  • 为了提高数值稳定性,我们可以避免最后一层的sigmoid层,并使用tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=False)

问题:

如果我们使用tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=False),我应该使用什么目标?我需要将目标更改为独热编码向量吗?

我想在推理时应该对网络输出应用sigmoid激活。是否有办法添加一个仅在推理模式下激活而不在训练模式下激活的sigmoid层?


回答:

首先,让我对数值稳定性做一些说明:

如评论部分所提到的,使用from_logits=False时,数值不稳定性来自于将概率值转换回logits的过程,这涉及到剪切操作(如这个问题它的回答中讨论的)。然而,据我所知,这不会大多数实际应用造成任何严重问题(尽管,在某些情况下,在损失函数内部应用softmax/sigmoid函数,即使用from_logits=True,在计算梯度方面会更数值稳定;请参见这个回答以获得数学解释)。

换句话说,如果您不关心生成的概率值的精度小于1e-7的敏感性,或者在您的实验中观察到的相关收敛问题,那么您不必过于担心;只需像以前一样使用sigmoid和二元交叉熵,即model.compile(loss='binary_crossentropy', ...),它会正常工作。

总的来说,如果您真的关心数值稳定性,您可以选择最安全的路径,使用from_logits=True,并且不在模型的最后一层使用任何激活函数。


现在,回答最初的问题,当使用BinaryCrossentropy(from_logits=True)时,真实标签或目标值(即y_true)仍然应该是0或1。相反,是y_pred(即模型的输出)在这种情况下不应该是概率分布(即,如果from_logits=True,则不应在最后一层使用sigmoid函数)。

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