softmax函数是一种激活函数，它将数字转换为和为1的概率。softmax函数输出一个向量，表示结果列表的概率分布。它也是深度学习分类任务中使用的核心元素。

当我们有多个类时，使用Softmax函数。

它对于找出有最大值的类很有用。概率。

Softmax函数理想地用于输出层，在那里我们实际上试图获得定义每个输入类的概率。

取值范围是0 ~ 1。

Softmax函数将对数[2.0,1.0,0.1]转换为概率[0.7,0.2,0.1]，概率和为1。Logits是神经网络最后一层输出的原始分数。在激活发生之前。为了理解softmax函数，我们必须看看第(n-1)层的输出。

softmax函数实际上是一个arg max函数。这意味着它不会返回输入中的最大值，而是返回最大值的位置。

例如:

softmax之前

X = [13, 31, 5]

softmax后

array([1.52299795e-08, 9.99999985e-01, 5.10908895e-12]

代码:

import numpy as np

# your solution:

def your_softmax(x): 

"""Compute softmax values for each sets of scores in x.""" 

e_x = np.exp(x - np.max(x)) 

return e_x / e_x.sum() 

# correct solution: 

def softmax(x): 

"""Compute softmax values for each sets of scores in x.""" 

e_x = np.exp(x - np.max(x)) 

return e_x / e_x.sum(axis=0) 

# only difference

我的建议是:

def softmax(z):
    z_norm=np.exp(z-np.max(z,axis=0,keepdims=True))
    return(np.divide(z_norm,np.sum(z_norm,axis=0,keepdims=True)))

它既适用于随机，也适用于批量。 欲了解更多详情，请参阅: https://medium.com/@ravish1729/analysis-of-softmax-function-ad058d6a564d

这将泛化并假设您正在规范化尾随维度。

def softmax(x: np.ndarray) -> np.ndarray:
    e_x = np.exp(x - np.max(x, axis=-1)[..., None])
    e_y = e_x.sum(axis=-1)[..., None]
    return e_x / e_y

从数学的角度看，两边是相等的。

这很容易证明。m = max (x)。现在你的函数softmax返回一个向量，它的第i个坐标等于

注意，这适用于任何m，因为对于所有(甚至是复数)数e^m != 0

from computational complexity point of view they are also equivalent and both run in O(n) time, where n is the size of a vector. from numerical stability point of view, the first solution is preferred, because e^x grows very fast and even for pretty small values of x it will overflow. Subtracting the maximum value allows to get rid of this overflow. To practically experience the stuff I was talking about try to feed x = np.array([1000, 5]) into both of your functions. One will return correct probability, the second will overflow with nan your solution works only for vectors (Udacity quiz wants you to calculate it for matrices as well). In order to fix it you need to use sum(axis=0)

为了保持数值的稳定性，应减去max(x)。下面是softmax函数的代码;

def softmax (x):

if len(x.shape) > 1:
    tmp = np.max(x, axis = 1)
    x -= tmp.reshape((x.shape[0], 1))
    x = np.exp(x)
    tmp = np.sum(x, axis = 1)
    x /= tmp.reshape((x.shape[0], 1))
else:
    tmp = np.max(x)
    x -= tmp
    x = np.exp(x)
    tmp = np.sum(x)
    x /= tmp


return x

所以，这实际上是对desertnaut的回答的一个评论，但由于我的声誉，我还不能评论它。正如他所指出的，只有当输入包含单个样本时，你的版本才是正确的。如果您的输入包含多个样本，则是错误的。然而，沙漠探险者的解决方案也是错误的。问题是一旦他得到一个一维的输入然后他又得到一个二维的输入。让我给你们看看这个。

import numpy as np

# your solution:
def your_softmax(x):
    """Compute softmax values for each sets of scores in x."""
    e_x = np.exp(x - np.max(x))
    return e_x / e_x.sum()

# desertnaut solution (copied from his answer): 
def desertnaut_softmax(x):
    """Compute softmax values for each sets of scores in x."""
    e_x = np.exp(x - np.max(x))
    return e_x / e_x.sum(axis=0) # only difference

# my (correct) solution:
def softmax(z):
    assert len(z.shape) == 2
    s = np.max(z, axis=1)
    s = s[:, np.newaxis] # necessary step to do broadcasting
    e_x = np.exp(z - s)
    div = np.sum(e_x, axis=1)
    div = div[:, np.newaxis] # dito
    return e_x / div

让我们以沙漠探险者为例:

x1 = np.array([[1, 2, 3, 6]]) # notice that we put the data into 2 dimensions(!)

输出如下:

your_softmax(x1)
array([[ 0.00626879,  0.01704033,  0.04632042,  0.93037047]])

desertnaut_softmax(x1)
array([[ 1.,  1.,  1.,  1.]])

softmax(x1)
array([[ 0.00626879,  0.01704033,  0.04632042,  0.93037047]])

你可以看到沙漠版本在这种情况下会失败。(如果输入是一维的，就不会像np那样。数组([1,2,3,6])。

现在让我们使用3个样本，因为这就是为什么我们使用二维输入的原因。下面的x2和沙漠例子中的x2不一样。

x2 = np.array([[1, 2, 3, 6],  # sample 1
               [2, 4, 5, 6],  # sample 2
               [1, 2, 3, 6]]) # sample 1 again(!)

该输入由一个有3个样本的批次组成。但样本一和样本三本质上是一样的。我们现在期望3行softmax激活，其中第一行应该与第三行相同，也与x1的激活相同!

your_softmax(x2)
array([[ 0.00183535,  0.00498899,  0.01356148,  0.27238963],
       [ 0.00498899,  0.03686393,  0.10020655,  0.27238963],
       [ 0.00183535,  0.00498899,  0.01356148,  0.27238963]])


desertnaut_softmax(x2)
array([[ 0.21194156,  0.10650698,  0.10650698,  0.33333333],
       [ 0.57611688,  0.78698604,  0.78698604,  0.33333333],
       [ 0.21194156,  0.10650698,  0.10650698,  0.33333333]])

softmax(x2)
array([[ 0.00626879,  0.01704033,  0.04632042,  0.93037047],
       [ 0.01203764,  0.08894682,  0.24178252,  0.65723302],
       [ 0.00626879,  0.01704033,  0.04632042,  0.93037047]])

我希望你能明白，这只是我的解的情况。

softmax(x1) == softmax(x2)[0]
array([[ True,  True,  True,  True]], dtype=bool)

softmax(x1) == softmax(x2)[2]
array([[ True,  True,  True,  True]], dtype=bool)

另外，下面是TensorFlows softmax实现的结果:

import tensorflow as tf
import numpy as np
batch = np.asarray([[1,2,3,6],[2,4,5,6],[1,2,3,6]])
x = tf.placeholder(tf.float32, shape=[None, 4])
y = tf.nn.softmax(x)
init = tf.initialize_all_variables()
sess = tf.Session()
sess.run(y, feed_dict={x: batch})

结果是:

array([[ 0.00626879,  0.01704033,  0.04632042,  0.93037045],
       [ 0.01203764,  0.08894681,  0.24178252,  0.657233  ],
       [ 0.00626879,  0.01704033,  0.04632042,  0.93037045]], dtype=float32)