目錄

• 一、從 One-Hot 到 Label Smoothing
• 二、Label Smoothing 的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)
• 三、Label Smoothing 的優(yōu)缺點(diǎn)
• 四、什么時(shí)候使用 Label Smoothing？

一、從 One-Hot 到 Label Smoothing

考慮單個(gè)樣本的交叉熵?fù)p失

$$H(p,q)=?\sum _{i=1}^C{p}_i\log q_i$$

其中 $C$ 代表類別個(gè)數(shù)，$p_i$ 是真實(shí)分布（即 target），$q_i$ 是預(yù)測(cè)分布（即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的 prediction）。

如果真實(shí)分布采用傳統(tǒng)的 One-Hot 向量，則其分量非 $0$ 即 $1$。不妨設(shè)第 $k$ 個(gè)位置是 $1$，其余位置是 $0$，此時(shí)交叉熵?fù)p失變?yōu)?/p>

$$H(p,q)=?\log q_k$$

從上面的表達(dá)式不難發(fā)現(xiàn)一些問題：

• 真實(shí)標(biāo)簽跟其他標(biāo)簽之間的關(guān)系被忽略了，一些有用的知識(shí)無法學(xué)到；
• One-Hot 傾向于讓模型過度自信（Overconfidence），容易造成過擬合，進(jìn)而導(dǎo)致泛化性能降低；
• 誤標(biāo)注的樣本（即 target 錯(cuò)誤）更容易對(duì)模型的訓(xùn)練產(chǎn)生影響；
• One-Hot 對(duì) “模棱兩可” 的樣本表征較差。

緩解這些問題的方法就是采用 Label Smoothing 的技術(shù)，它也是一種正則化的技巧，具體如下：

$$p_i:=\{\begin{array}{ll}1??,& i=k\\ ?/(C?1),& i\ne k\end{array}$$

其中 $?$ 是一個(gè)小正數(shù)。

例如，設(shè)原始 target 為 $[0,0,1,0,0,0]$，取 $?=0.1$，則經(jīng)過 Label Smoothing 后 target 變?yōu)?$[0.02,0.02,0.9,0.02,0.02,0.02]$。

📌 原始的 One-Hot 向量通常稱為 Hard Target（或 Hard Label），經(jīng)過標(biāo)簽平滑后通常稱為 Soft Target（或 Soft Label）

二、Label Smoothing 的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

import torchdef label_smoothing(label, eps):label[label == 1] = 1 - epslabel[label == 0] = eps / (len(label) - 1)return labela = torch.tensor([0, 0, 1, 0, 0, 0], dtype=torch.float) print(label_smoothing(a, 0.1)) # tensor([0.0200, 0.0200, 0.9000, 0.0200, 0.0200, 0.0200])

三、Label Smoothing 的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

• 一定程度上可以緩解模型 Overconfidence 的問題，此外也具有一定的抗噪能力；
• 提供了訓(xùn)練數(shù)據(jù)中類別之間的關(guān)系（數(shù)據(jù)增強(qiáng)）；
• 可能在一定程度上增強(qiáng)了模型的泛化能力。

缺點(diǎn)：

• 單純地添加隨機(jī)噪音，也無法反映標(biāo)簽之間的關(guān)系，因此對(duì)模型的提升有限，甚至有欠擬合的風(fēng)險(xiǎn)；
• 某些場(chǎng)景下 Soft Label 并不能幫助我們構(gòu)建更好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（表現(xiàn)不如 Hard Label）。

四、什么時(shí)候使用 Label Smoothing？

• 龐大的數(shù)據(jù)集難免存在噪音（即標(biāo)注錯(cuò)誤），為了避免模型學(xué)到這些噪音可以加入 Label Smoothing；
• 對(duì)于模糊的 case 而言可以引入 Label Smoothing（比如貓狗分類任務(wù)中，可能存在一些圖片既像狗又像貓）；
• 防止模型 Overconfidence。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈Label Smoothing技术的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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