Ответ вслух Senior Энтропия и KL обновлено

Почему классификаторы учат на кросс-энтропии

Вопрос

Почему для классификации используют кросс-энтропию, а не MSE между вероятностями и one-hot метками?

Попробуйте сами

Ответьте вслух за 2 минуты, как на собесе. Потом сверьтесь с тезисами: что прозвучало, а что нет.

Показать ответ и разбор

Коротко

Кросс-энтропия появляется естественно: это отрицательный логарифм правдоподобия категориального распределения, то есть обучение с ней это MLE. Ещё одна трактовка: H(p, q) = H(p) + KL(p‖q), и так как энтропия данных от модели не зависит, мы минимизируем KL между истинным распределением меток и предсказанием.

Что должно прозвучать в ответе

  • Кросс-энтропия это MLE для категориального распределения

  • Минимизация CE эквивалентна минимизации KL до истинного распределения

  • Градиент по логитам p - y: сильный на уверенных ошибках

  • MSE с сигмоидой или softmax даёт затухающий градиент при насыщении и невыпукла

  • CE штрафует уверенные ошибки неограниченно

Что могут спросить следом

  • Что делать, если модель стала переуверенной?
  • Как посчитать CE устойчиво, если p очень маленькое?

Разбор

Кросс-энтропия появляется естественно: это отрицательный логарифм правдоподобия категориального распределения, то есть обучение с ней это MLE. Ещё одна трактовка: H(p, q) = H(p) + KL(p‖q), и так как энтропия данных от модели не зависит, мы минимизируем KL между истинным распределением меток и предсказанием. Практическое преимущество в градиенте: для softmax с CE он по логитам равен p - y, то есть пропорционален ошибке, и на уверенной ошибке большой. У MSE поверх сигмоиды или softmax в градиент входит производная сигмоиды, которая при насыщении почти нулевая: модель, уверенно ошибающаяся, учится медленнее всего. Кроме того, MSE с сигмоидой невыпукла по весам даже для логистической регрессии. CE считают из логитов через log-softmax, иначе log от маленьких вероятностей даёт -inf. Против переуверенности помогают label smoothing и калибровка температурой.

Ответьте сами, а не прочитайте

В тренажёре вопрос попадёт в повторения и вернётся, когда начнёт забываться. Плюс билеты с зачётом: 20 вопросов, не больше 2 ошибок.