tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits函数

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits函数在TensorFlow中计算分类问题交叉熵损失函数时会用到。

这个函数的返回值不是一个数，而是一个向量。如果要求最终的交叉熵损失，我们需要再做一步tf.reduce_sum操作，即对向量中的所有元素求和。

让我们以具体示例来说明tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits函数是怎样工作的：

#-*-coding:utf-8-*-
"""
@author:taoshouzheng
@time:2019/3/25 20:29
@email:tsz1216@sina.com
"""

import tensorflow as tf

"""定义计算图中的计算"""

# 神经网络的最后一层的输出：三条样本在神经网络中的输出
logits = tf.constant([[1.0, 2.0, 3.0], [1.0, 2.0, 3.0], [1.0, 2.0, 3.0]])		# 常量

# 样本的真实标签，用one-hot编码形式表示：三条样本的真实标签
y_ = tf.constant([[0.0, 0.0, 1.0], [0.0, 0.0, 1.0], [0.0, 0.0, 1.0]])

# 1（1）：softmax操作
y = tf.nn.softmax(logits)

# 1（2）：cross_entropy操作
y_mul = -(y_ * tf.log(y))		# 所有样本的真实标签乘以其预测概率的对数
cross_entropy = tf.reduce_sum(y_mul)		# 计算所有元素之和作为损失函数

# 2（1）：使用tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits
softmax_cross_entropy_with_logits = tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits=logits, labels=y_)
cross_entropy_2 = tf.reduce_sum(softmax_cross_entropy_with_logits)		# 计算所有元素之和作为损失函数

# 在会话中执行计算
with tf.Session() as sess:
	softmax = sess.run(y)
	print('tf.nn.softmax(logits)：')
	print(softmax)
	print('-------------------------------')
	cross_entropy = sess.run(cross_entropy)
	y_mul = sess.run(y_mul)
	print('- y_ * tf.log(y)：')
	print(y_mul)
	print('tf.reduce_sum(y_mul)：')
	print(cross_entropy)
	print('-------------------------------')
	softmax_cross_entropy_with_logits = sess.run(softmax_cross_entropy_with_logits)
	print('tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits：')
	print(softmax_cross_entropy_with_logits)
	cross_entropy2 = sess.run(cross_entropy_2)
	print('tf.reduce_sum(softmax_cross_entropy_with_logits)：')
	print(cross_entropy2)

这里我们以两种方式计算三条样本的交叉熵，结果如下：

tf.nn.softmax(logits)：
[[0.09003057 0.24472848 0.66524094]
 [0.09003057 0.24472848 0.66524094]
 [0.09003057 0.24472848 0.66524094]]
-------------------------------
- y_ * tf.log(y)：
[[0.         0.         0.407606  ]
 [0.         0.         0.407606  ]
 [0.         0.         0.40760598]]
tf.reduce_sum(y_mul)：
1.222818
-------------------------------
tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits：
[0.40760595 0.40760595 0.40760595]
tf.reduce_sum(softmax_cross_entropy_with_logits)：
1.2228179
        可以看到tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits函数内部所做的操作其实就是将每条样本真实标签的ont-hot向量与其预测概率的对数相乘，将结果按元素取负号，然后再按样本将元素逐行相加。

注意：这个函数的返回值不是一个数，而是一个向量。如果要求最终的交叉熵损失，我们需要再做一步tf.reduce_sum操作，即对向量中的所有元素求和。

谢谢！

参考了以下内容：

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits的用法

tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits函数

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