【TensorFlow学习笔记（二）】常用方法：激活函数

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-01-23 06:11 272阅读 0赞

*  更新时间：2019-06-07

### 激活函数 ###

`tf.nn.relu()`  
ReLU函数，修正线性单元，在卷积神经网络中应用广泛，定义如下：  
 (1) R e L U ( x ) = m a x ( 0 , x ) ReLU(x)=max(0,x) \\tag\{1\} ReLU(x)=max(0,x)(1)  
ReLU函数具有如下性质：  
**优点**：  
（1）计算高效：采用ReLU函数的神经元只需要进行加、乘和比较的操作  
（2）单侧抑制、宽兴奋边界：ReLU的输出可以很大，也可以为零  
（3）稀疏性：对于小于0的输入，ReLU函数返回0  
**缺点**  
（1）输出非零中心化：这导致经过ReLU后，下一层的网络会引入偏置偏移，影响梯度下降的效率。  
（2）容易“死亡”：如果某一层中的某个神经元在训练数据上的输出都不能激活，那么这个神经元的参数的梯度一直都会是0，在以后的训练中都不会被激活。  
`tf.nn.sigmoid()`  
sigmoid函数是一个“S”型函数，为两端饱和函数。定义如下：  
 (2) σ ( x ) = 1 1 + e x p ( − x ) \\sigma(x)=\\frac\{1\}\{1+exp(-x)\} \\tag\{2\} σ(x)=1\+exp(−x)1(2)  
sigmoid函数是一种挤压函数，将输入压缩在(0,1)区间内，并且在定义域上面连续可导，其导数如下：  
 (3) σ ′ ( x ) = σ ( x ) ( 1 − σ ( x ) ) \\sigma&\#x27;(x)=\\sigma(x)(1-\\sigma(x)) \\tag\{3\} σ′(x)=σ(x)(1−σ(x))(3)  
sigmoid函数在深层网络中容易发生梯度弥散，这是由于无论输入数值多大，其输出都小于1，这样多次乘积后，梯度会越来越小。  
`tf.nn.tanh()`  
tanh函数也是一种“S”型函数，其值域区间为\[-1, 1\]，定义为：  
 (4) t a n h ( x ) = e x p ( x ) − e x p ( − x ) e x p ( x ) + e x p ( − x ) tanh(x)=\\frac\{exp(x)-exp(-x)\}\{exp(x)+exp(-x)\} \\tag\{4\} tanh(x)=exp(x)\+exp(−x)exp(x)−exp(−x)(4)  
tanh函数与sigmoid函数之间可以相互转化：  
 (5) t a n h ( x ) = e x − e − x e x + e − x = 1 − e − 2 x 1 + e − 2 x = 2 1 − e − 2 x − 1 = 2 σ ( 2 x ) − 1 tanh(x)=\\frac\{e^x-e^\{-x\}\}\{e^x+e^\{-x\}\}=\\frac\{1-e^\{-2x\}\}\{1+e^\{-2x\}\}=\\frac\{2\}\{1-e^\{-2x\}\}-1=2\\sigma(2x)-1 \\tag\{5\} tanh(x)=ex\+e−xex−e−x=1\+e−2x1−e−2x=1−e−2x2−1=2σ(2x)−1(5)  
与sigmoid相似，tanh函数也在定义域上面连续可导，导数如下：  
 (6) t a n h ′ ( x ) = 1 − t a n h 2 ( x ) = 4 σ ( 2 x ) ( 1 − σ ( 2 x ) ) tanh&\#x27;(x)=1-tanh^2(x)=4\\sigma(2x)(1-\\sigma(2x)) \\tag\{6\} tanh′(x)=1−tanh2(x)=4σ(2x)(1−σ(2x))(6)  
`tf.nn.elu()`  
ELU指数线性单元，是一类近似的零中心化的非线性函数，定义为：  
 (7) E L U ( x ) = m a x ( 0 , x ) + m i n ( 0 , γ ( e x p ( x ) − 1 ) ) ELU(x)=max(0,x)+min(0,\\gamma(exp(x)-1)) \\tag\{7\} ELU(x)=max(0,x)\+min(0,γ(exp(x)−1))(7)  
其中， γ > = 0 \\gamma>=0 γ>=0 是一个超参数。  
`tf.nn.biaes_add()`  
`tf.nn.crelu()`  
`tf.nn.leaky_relu(features, alpha=0.2, name=None)`  
LeakyReLU在输入x<0时，保持一个很小的梯度，这样在参数更新时，不会存在死亡问题。定义如下：  
 (8) L e a k y R e L U ( x ) = m a x ( 0 , x ) + α m i n ( 0 , x ) LeakyReLU(x)=max(0,x)+\\alpha min(0,x) \\tag\{8\} LeakyReLU(x)=max(0,x)\+αmin(0,x)(8)  
其中 α \\alpha α 是一个很小的常数，比如0.01，当 α < 1 \\alpha<1 α<1 时，函数也可以写成：  
 (9) L e a k y R e L U ( x ) = m a x ( x , α x ) LeakyReLU(x)=max(x, \\alpha x) \\tag\{9\} LeakyReLU(x)=max(x,αx)(9)  
`tf.nn.softplus()`  
Softplus函数是ReLU函数的平滑版本，定义为：  
 (10) S o f t p l u s ( x ) = l o g ( 1 + e x p ( x ) ) Softplus(x)=log(1+exp(x)) \\tag\{10\} Softplus(x)=log(1\+exp(x))(10)  
Softplus函数的导数刚好是sigmoid函数，也具有单侧抑制、宽兴奋边界的特点，但是不具有稀疏激活性。  
`tf.nn.dropout()`  
dropout函数用于使神经元随机失活，从而缓解过拟合问题。  
注：激活函数定义在“/tensorflow/python/ops/nn.py”中。  
[https://github.com/tensorflow/tensorflow/blob/master/tensorflow/python/ops/nn\_ops.py][https_github.com_tensorflow_tensorflow_blob_master_tensorflow_python_ops_nn_ops.py]

[https_github.com_tensorflow_tensorflow_blob_master_tensorflow_python_ops_nn_ops.py]: https://github.com/tensorflow/tensorflow/blob/master/tensorflow/python/ops/nn_ops.py