CNN入门讲解：我的Softmax和你的不太一样

时隔一个月，我又回来了

好了，好了

（做出停止鼓掌的手势

今天我们的主题是CNN最后最后那个Softmax Function

可是网上已经把关于Softmax讲烂了

于是今天，我只想谈谈我对Softmax某些方面的理解

建议大家看之前，先去别的地方学习一些Softmax

敲黑板了，前排玩手机的同学麻烦叫一下后排的睡觉的同学

首先这是卷积神经网络最后一层全连接层的构造，W是神经元的权值，K是要分类的类别数，X是上一层的输出平铺（Flatten）后的结果

下面是softmax 的公式

那么我们怎么理解上面的公式呢

首先我们先来看Softmax Function公式本身，非常好理解

1. 当输入为X, 预测类别为j 的概率为P

2. 所有预测类别概率和为1

然后我们把CNN 和 Softmax 相结合

假设首先我们现在的任务是区别一图片是不是猫

假设这个神经网络模型已经训练完了

全连接层已经知道

当我们得到以上特征，我就可以判断这个东东是猫了

假设现在我们要给猫和狐狸分类，输入x是一堆特征，最后得到猫的特征表示值1.9，狐狸特征表示值0.6，这样意思是输入包含了更多猫的特征，包含更少狐狸的特征

这个时候，根据常理，为了做出判断，你肯定会选特征表示值最大（max）的那个，对，也就是猫（1.9）

到这里你肯定会问，既然max可以帮我搞定分类问题，为什么还需要Softmax

因为在实际运用中，特征表示值的用途不大, 我们更希望得到具有统计意义的概率

那我们来看看Softmax 是怎么实现的

根据上面的图示，我们可以得到如下Softmax公式，当输入为X时，输出为猫的概率

Softmax 输出概率图

Softmax 物理意义图

然后我们把上面的Softmax物理意义图拆分一下, 变成如下图

现在把分子拆分成如上图，我想你应该明白了

没错 ，预测结果与输入特征之间存在明显相关性

并且，Softmax 具有更好的解释性，包含属于猫的这一类的特征越多，输出为猫的概率就越大

（插播一句，这里所谓的概率，是相对概率，而不是绝对概率，假设上图P输出的概率为0.75，物理含义是，当输入为X时，预测为猫的概率是预测不是猫的概率的3倍）)

上面的情况是假设不同特征是相互独立的

然而，这可能在许多情况下不成立，因为特征之间可能存在协同作用或冗余

这种协同或者作用会直接影响输出概率，比如猫前脚和猫后脚

为了解决这种情况，我们可以：（来自我们Lab办公室的李博士建议）

1）去除有协同作用或冗余的特征，如x3 =X1⋅x2x3=x1⋅x2（但是如果我们不知道哪些特征值是相关的，我们可能会引入更多无用的特征！

2）当两个特征经常一起被激活时，训练过程将学习较小的权重W1和W2，使得它们的联合效果更接近真实效果