如何用Python计算Softmax？

Softmax函数，或称归一化指数函数，它能将一个含任意实数的K维向量z“压缩”到另一个K维实向量\(\sigma{(z)}\)中，使得每一个元素的范围都在(0,1)之间，并且所有元素的和为1。该函数的形式通常按下面的式子给出：

\[\sigma{(z)_j}=\frac{e^{z_j}}{\sum_{k=1}^{K} e^{z_k}} \quad for \, j = 1, ..., K
\]

输入向量 [1,2,3,4,1,2,3]对应的Softmax函数的值为[0.024,0.064,0.175,0.475,0.024,0.064,0.175]。输出向量中拥有最大权重的项对应着输入向量中的最大值“4”。

这也显示了这个函数通常的意义：对向量进行归一化，凸显其中最大的值并抑制远低于最大值的其他分量。

下面是使用Python进行函数计算的示例代码：

import math
z = [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 1.0, 2.0, 3.0]
z_exp = [math.exp(i) for i in z]
print(z_exp)  # Result: [2.72, 7.39, 20.09, 54.6, 2.72, 7.39, 20.09]
sum_z_exp = sum(z_exp)
print(sum_z_exp)  # Result: 114.98
softmax = [round(i / sum_z_exp, 3) for i in z_exp]
print(softmax)  # Result: [0.024, 0.064, 0.175, 0.475, 0.024, 0.064, 0.175]

[2.718281828459045, 7.38905609893065, 20.085536923187668, 54.598150033144236, 2.718281828459045, 7.38905609893065, 20.085536923187668]
114.98389973429897
[0.024, 0.064, 0.175, 0.475, 0.024, 0.064, 0.175]

Python使用numpy计算的示例代码:

import numpy as np
z = np.array([1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 1.0, 2.0, 3.0])
print(np.exp(z)/sum(np.exp(z)))

[0.02364054 0.06426166 0.1746813  0.474833   0.02364054 0.06426166
 0.1746813 ]