基础知识指南

损失函数

损失函数定义了用于评估预测或其他训练目标的目标函数。

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  1. 概述
  2. 深入探讨
  3. 现实世界的实施
  4. 损失函数的未来
  5. 付诸实践
  6. 不断探索
  7. 常见问题

概述

单个损失值通常会合并为一个标量以进行优化,所选的目标函数是一个代理指标,可能与应用程序的评估指标有所不同。

深入探讨

A prediction loss compares outputs with training targets according to a specified rule. Those targets can be labels or values constructed for the learning task; they should not automatically be called unquestionable truth. Implementations may produce per-example losses and then sum or average them for an optimization step. Choosing the rule matters. Mean squared error averages squared residuals, giving large residuals more influence than mean absolute error, which averages their absolute values. For residuals one and three, mean squared error is five, while mean absolute error is two. These are illustrative calculations rather than performance results from a dataset. Classification commonly uses cross-entropy. With a one-hot target and a predicted probability p for its class, the loss is minus log p. A lower probability for the target class gives a larger loss, so confident wrong predictions can incur high loss. The logarithm base determines the units: base-two loss is in bits, while a natural logarithm gives nats. For a target probability of one-quarter, minus log-base-two p is two bits. Gradient-based optimization needs usable derivative information, but differentiability requirements should not be generalized to every learning algorithm. Some losses have nondifferentiable points handled by an appropriate subgradient or surrogate. Accuracy is a discrete evaluation metric and is generally not directly useful as a gradient-training objective. A suitable training loss supplies an optimization signal; final task quality needs evaluation using the relevant metrics.

现实世界的实施

使用交叉熵损失来训练电子邮件垃圾邮件分类器,以惩罚有信心的错误分类

选择房价预测的平均绝对误差,这样一些极端的豪宅就不会主导训练

应用对比损失,以便面部识别模型将同一个人的图像组合在一起

设计奖励模型损失以引导聊天机器人做出更有帮助和诚实的回应

损失函数的未来

目标函数设计可以结合预测项、正则化和其他任务需求。比较时应说明目标定义、公式、缩减方式、单位和评估指标。目标函数可能会下降,而应用程序指标保持不变或变差,因此应通过测量来评估改进,而不是仅从训练损失中推断。自定义损失函数需要检查其所鼓励的行为以及其数值和优化属性。

付诸实践

为什么这很重要

  • 更清晰的判决. 它可以帮助您将清晰的技术声明与营销语言分开。
  • 成本与预算. 在花费金钱或时间之前,您可以提出更好的实施问题。
  • 团队与工作流程. 具有共同理解的团队可以做出更好的产品、政策和学习决策。

留意

  • 不同的团队可能会以不同的方式使用同一术语,因此请尽早定义范围。
  • 基准测试可能看起来很强大,但实际性能却参差不齐。
  • 忽视数据质量和评估计划通常会产生脆弱的结果。

后续步骤

  1. 从您需要的结果的简单语言定义开始。
  2. 在测试之前选择一种成功指标和一种失败条件。
  3. 使用代表性数据运行小型试点,而不是完善的演示集。
  4. 记录损失函数在哪些方面有帮助以及在哪些方面更简单的方法更好。

不断探索

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常见问题

什么是损失函数?

损失函数定义了用于评估预测或其他训练目标的目标函数。单个损失值通常会合并为一个标量以进行优化,所选的目标函数是一个代理指标,可能与应用程序的评估指标有所不同。

对于预测任务,其选择的损失函数如何量化相对于训练目标的表现?

损失函数定义了训练目标;它并不能自动衡量应用程序质量的各个方面。

哪种损失函数最常用于分类任务?

交叉熵将预测概率分布与真实标签进行比较,是分类的标准选择。

与均方误差相比,为什么您会选择平均绝对误差?

平均绝对误差按比例处理所有误差,而不是对它们进行平方,因此一些极端异常值的影响较小。

为什么基于梯度的训练需要可用的损失导数或合适的替代品?

这涉及基于梯度的训练,而不是声称每种可能的学习算法都需要可微分的损失函数。

当分配给目标类的概率变得非常小时,独热类交叉熵会如何变化?

负对数项 -log p 会随着目标类概率的缩小而增大。这并不能保证每个模型权重都有特定的梯度大小。