sigmod函数
sigmod函数公式如下:
\[\sigma(x) = \frac{1}{1+e^{-x}}\]输出范围:[0,1],常用于用于隐层神经元输出
缺点:
- 当输入稍微远离了坐标原点,函数的梯度就变得很小了,几乎为零。在神经网络反向传播的过程中,我们都是通过微分的链式法则来计算各个权重w的微分的。当反向传播经过了sigmod函数,这个链条上的微分就很小很小了,况且还可能经过很多个sigmod函数,最后会导致权重w对损失函数几乎没影响,这样不利于权重的优化,这个问题叫做梯度饱和,也可以叫梯度弥散。
- 函数输出不是以0为中心的,这样会使权重更新效率降低。对于这个缺陷,在斯坦福的课程里面有详细的解释。
- sigmod函数要进行指数运算,这个对于计算机来说是比较慢的。
tanh函数
tanh函数公式和曲线如下:
\[tanh(x) = \frac{sinh(x)}{cosh(x)} = \frac{e^{x}-e^{-x}}{e^{x}+e^{-x}}\]tanh是双曲正切函数,tanh函数和sigmod函数的曲线是比较相近的,咱们来比较一下看看。首先相同的是,这两个函数在输入很大或是很小的时候,输出都几乎平滑,梯度很小,不利于权重更新;不同的是输出区间,tanh的输出区间是在(-1,1)之间,而且整个函数是以0为中心的,这个特点比sigmod的好。
一般二分类问题中,隐藏层用tanh函数,输出层用sigmod函数。不过这些也都不是一成不变的,具体使用什么激活函数,还是要根据具体的问题来具体分析,还是要靠调试的。
ReLU函数
ReLU函数公式和曲线如下
\[f(x) = max(0,x)\]常用于用于隐层神经元输出,ReLU(Rectified Linear Unit)函数是目前比较火的一个激活函数。
优点:
- 在输入为正数的时候,不存在梯度饱和问题。
- 计算速度要快很多。ReLU函数只有线性关系,不管是前向传播还是反向传播,都比sigmod和tanh要快很多。(sigmod和tanh要计算指数,计算速度会比较慢)
缺点:
- 当输入是负数的时候,ReLU是完全不被激活的,这就表明一旦输入到了负数,ReLU就会死掉。这样在前向传播过程中,还不算什么问题,有的区域是敏感的,有的是不敏感的。但是到了反向传播过程中,输入负数,梯度就会完全到0,这个和sigmod函数、tanh函数有一样的问题。
- 我们发现ReLU函数的输出要么是0,要么是正数,这也就是说,ReLU函数也不是以0为中心的函数。
ELU函数
ELU函数公式和曲线如下图:
\[y=\begin{cases} x,\quad x>0 \\ α(e^{x}-1),\quad x≤0 \end{cases}\]ELU函数是针对ReLU函数的一个改进型,相比于ReLU函数,在输入为负数的情况下,是有一定的输出的,而且这部分输出还具有一定的抗干扰能力。这样可以消除ReLU死掉的问题,不过还是有梯度饱和和指数运算的问题。
PReLU函数
PReLU函数公式和曲线如下图:
\[f(x) = max(ax,x)\]PReLU也是针对ReLU的一个改进型,在负数区域内,PReLU有一个很小的斜率,这样也可以避免ReLU死掉的问题。相比于ELU,PReLU在负数区域内是线性运算,斜率虽然小,但是不会趋于0,这算是一定的优势吧。
参数α一般是取0~1之间的数,而且一般还是比较小的,如零点零几。当α=0.01时,我们叫PReLU为Leaky ReLU,算是PReLU的一种特殊情况吧。
Softmax函数
一般用于多分类神经网络输出
Linear函数
一般用于回归神经网络输出(或二分类问题)