誤差反向傳播中批版本Affine層關(guān)于偏置的反向傳播的一點(diǎn)理解

Affine層(仿射變換)的誤差反向傳播圖如下:


image.png

正向傳播的公式:
Y = X * W + B
這里X, W均為矩陣,其中X為輸入數(shù)據(jù),W為權(quán)重值, B為偏置值且是一個(gè)行向量。對上述公式的python代碼如下:

X = np.array([[0, 0, 0], [10, 10, 10]])
B = np.array([1, 2, 3])
print(X_dot_W)
print(X_dot_W + B)

結(jié)果為

[[ 0  0  0]
 [10 10 10]]
[[ 1  2  3]
 [11 12 13]]

可以看到,X * W中的兩個(gè)數(shù)據(jù)的每一個(gè)元素都被加上了偏置。正向傳播的時(shí)候,偏置會被加到每一個(gè)數(shù)據(jù)上。因此,反向傳播的時(shí)候,各個(gè)數(shù)據(jù)的反向傳播的值需要匯總為偏置的元素。python代碼如下所示:

dY = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
dB = np.sum(dY, axis=0)
print(dB)

結(jié)果為:

[5 7 9]

可能你不懂該代碼上面的一行是什么意思,也不懂代碼是什么意思。但是我們需要明白的一點(diǎn)是,任何參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)都與該參數(shù)的矩陣形狀一致。比如,反向傳播時(shí)候我們求X,W的偏導(dǎo)數(shù)都與X,W的形狀一致。因此,我們很容易得出偏置B的偏導(dǎo)數(shù)也應(yīng)該是一個(gè)形狀為1*3的行向量。接下來我們分析這句話“反向傳播的時(shí)候,各個(gè)數(shù)據(jù)的反向傳播的值需要匯總為偏置的元素”,看似很難理解,我們再看與它對應(yīng)的代碼:

dB = np.sum(dY, axis=0)  #axis=0 表示將向量沿y=0方向相加(縱向)

該代碼的含義有兩點(diǎn):

  1. 將這個(gè)矩陣縱向按行相加
  2. 去掉np.array最外層的[ ]

第二點(diǎn)我在上面已經(jīng)解釋清楚就是偏導(dǎo)數(shù)和變量要在矩陣形狀上保持一致,對于第一點(diǎn),為什么我們要將向量縱向相加呢?讓我們好好思考一下dB的含義:它是表示偏置的返回量。我們在做正向傳播的時(shí)候,偏置加到的是每一個(gè)向量上,也就是說每一幅圖片,在其中三個(gè)元素表示的位置上,都增加了偏置,所以反向傳播的時(shí)候,返回的應(yīng)該是這三個(gè)位置的偏執(zhí)的總和。所以第一個(gè)偏置的和為1+4=5,第二個(gè)為2+5=7,第三個(gè)為3+6=9,因此我們就可以理解了在仿射變化的誤差反向傳播中,關(guān)于偏置的反向傳播的計(jì)算問題。

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