C++怎么实现softmax函数

本篇内容主要讲解“C++怎么实现softmax函数”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“C++怎么实现softmax函数”吧!

背景

今天面试字节算法岗时被问到的问题，让我用C++实现一个softmax函数。softmax是逻辑回归在多分类问题上的推广。大概的公式如下：

即判断该变量在总体变量中的占比。

第一次实现

实现

我们用vector来封装输入和输出，简单的按公式复现。

vector<double> softmax(vector<double> input)
{
    double total=0;
    for(auto x:input)
    {
        total+=exp(x);
    }
    vector<double> result;
    for(auto x:input)
    {
        result.push_back(exp(x)/total);
    }
    return result;
}

测试

test 1

• 测试用例1: {1, 2, 3, 4, 5}

• 测试输出1: {0.0116562, 0.0316849, 0.0861285, 0.234122, 0.636409}

经过简单测试是正常的。

test 2

但是这时面试官提出了一个问题，即如果有较大输入变量时会怎么样？

• 测试用例2: {1, 2, 3, 4, 5, 1000}

• 测试输出2: {0, 0, 0, 0, 0, nan}

由于 e^1000已经溢出了双精度浮点(double)所能表示的范围，所以变成了NaN(not a number)。

第二次实现(改进)

改进原理

我们注意观察softmax的公式:

如果我们给上下同时乘以一个很小的数，最后答案的值是不变的。

那我们可以给每一个输入 x i 都减去一个值 a ，防止爆精度。

大致表示如下:

实现

vector<double> softmax(vector<double> input)
{
    double total=0;
    double MAX=input[0];
    for(auto x:input)
    {
        MAX=max(x,MAX);
    }
    for(auto x:input)
    {
        total+=exp(x-MAX);
    }
    vector<double> result;
    for(auto x:input)
    {
        result.push_back(exp(x-MAX)/total);
    }
    return result;
}

测试

test 1

• 测试用例1: {1, 2, 3, 4, 5, 1000}

• 测试输出1: {0, 0, 0, 0, 0, 1}

test 2

• 测试用例1: {0, 19260817, 19260817}

• 测试输出1: {0, 0.5, 0.5}

我们发现结果正常了。

完整代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <math.h>
using namespace std;
vector<double> softmax(vector<double> input)
{
    double total=0;
    double MAX=input[0];
    for(auto x:input)
    {
        MAX=max(x,MAX);
    }
    for(auto x:input)
    {
        total+=exp(x-MAX);
    }
    vector<double> result;
    for(auto x:input)
    {
        result.push_back(exp(x-MAX)/total);
    }
    return result;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int n;
    cin>>n;
    vector<double> input;
    while(n--)
    {
        double x;
        cin>>x;
        input.push_back(x);
    }
    for(auto y:softmax(input))
    {
        cout<<y<<' ';
    }
}