【AI实战】快速掌握TensorFlow(三):激励函数

原创
2018/08/30 23:40
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到现在我们已经了解了TensorFlow的特点和基本操作(见文章:快速掌握TensorFlow(一)),以及TensorFlow计算图、会话的操作(见文章:快速掌握TensorFlow(二)),接下来我们将继续学习掌握TensorFlow。

本文主要是学习掌握TensorFlow的激励函数

1、什么是激励函数
激励函数是所有神经网络算法的必备神器,通过加入激励函数可实现张量计算的非线性化,从而提升神经网络模型的泛化能力。
直接构建神经网络的输入与输出是一个线性关系,如下图
 
通过在神经网络中加入非线性激励函数后,神经网络具有非线性处理的能力,能够实现对非线性数据的处理,如下图
 
通俗地讲,激励函数的作用就是将多个线性输入转换为非线性的关系。如果不使用激励函数,神经网络的每层都只是做线性变换,即使是多层输入叠加后也还是线性变换。通过使用激励函数引入非线性因素后,使神经网络的表示能力更强了。

常用的激励函数主要有:ReLU、ReLU6、sigmoid、tanh、softsign、ELU等。
如果想要更加详细地了解激励函数,请见文章:深度学习中常用的激励函数

2、怎样使用激励函数
在TensorFlow中使用激励函数非常方便,激励函数位于神经网络库中(tensorflow.nn),下面介绍使用方法。
(0)创建一个会话,调用默认计算图

import tensorflow as tf
sess = tf.Session()

(1)ReLU函数
ReLU(Rectifier linear unit,整流线性单元)是神经网络中最常用的激励函数,函数如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.relu([-5., 0., 5., 10.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[0.    0.    5.    10.]

(2)ReLU6函数
引入ReLU6主要是为了抵消ReLU函数的线性增长部分,在ReLU的基础上再加上min,函数如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.relu6([-5., 0., 5., 10.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[0.    0.    5.    6.]

(3)Leaky ReLU函数
引入Leaky ReLU主要是为了避免梯度消失,当神经元处于非激活状态时,允许一个非0的梯度存在,这样不会出现梯度消失,收敛速度快。函数如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.leaky_relu([-3., 0., 5.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[-0.3    0.    5.]

(4)sigmoid函数
sigmoid函数是神经网络中最常用的激励函数,它也被称为逻辑函数,它在深度学习的训练过程中会导致梯度消失,因此在深度学习中不怎么使用。函数如下:

在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.sigmoid([-1., 0., 1.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[0.26894143    0.5    0.7310586]

(5)tanh函数
tanh函数即是双曲正切函数,tanh与sigmoid函数相似,但tanh的取值范围是0到1,sigmoid函数取值范围是-1到1。函数如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.tanh([-1., 0., 1.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[-0.76159418    0.    0.76159418]

(6)ELU函数
ELU在正值区间的值为x本身,而在负值区间,ELU在输入取较小值时具有软饱和的特性,提升了对噪声的鲁棒性,函数如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.elu([-1., 0., 1.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[-0.63212055    0.    1.]

(7)softsign函数
softsign函数是符号函数的连续估计,定义如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.softsign([-1., 0., 1.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[-0.5    0.    0.5]

(8)softplus函数
softplus是ReLU激励函数的平滑版,定义如下:
 
在TensorFlow中的调用方法如下:

df=tf.nn.softplus([-1., 0., 1.])
print(sess.run(df))

输出结果为:
[0.31326166    0.69314718    1.31326163]

至此,我们已经了解了激励函数的作用,以及常用的激励函数原理和在TensorFlow中调用的方法。

接下来的“快速掌握TensorFlow”系列文章,还会有更多讲解TensorFlow的精彩内容,敬请期待。

 

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