音效素材网提供各类素材,打造精品素材网站!

站内导航 站长工具 投稿中心 手机访问

音效素材

基于BCEWithLogitsLoss样本不均衡的处理方案
日期:2021-09-08 14:19:04   来源:脚本之家

最近在做deepfake检测任务(可以将其视为二分类问题,label为1和0),遇到了正负样本不均衡的问题,正样本数目是负样本的5倍,这样会导致FP率较高。

尝试将正样本的loss权重增高,看BCEWithLogitsLoss的源码

Examples::
 
    >>> target = torch.ones([10, 64], dtype=torch.float32)  # 64 classes, batch size = 10
    >>> output = torch.full([10, 64], 0.999)  # A prediction (logit)
    >>> pos_weight = torch.ones([64])  # All weights are equal to 1
    >>> criterion = torch.nn.BCEWithLogitsLoss(pos_weight=pos_weight)
    >>> criterion(output, target)  # -log(sigmoid(0.999))
    tensor(0.3135)
 
Args:
    weight (Tensor, optional): a manual rescaling weight given to the loss
        of each batch element. If given, has to be a Tensor of size `nbatch`.
    size_average (bool, optional): Deprecated (see :attr:`reduction`). By default,
        the losses are averaged over each loss element in the batch. Note that for
        some losses, there are multiple elements per sample. If the field :attr:`size_average`
        is set to ``False``, the losses are instead summed for each minibatch. Ignored
        when reduce is ``False``. Default: ``True``
    reduce (bool, optional): Deprecated (see :attr:`reduction`). By default, the
        losses are averaged or summed over observations for each minibatch depending
        on :attr:`size_average`. When :attr:`reduce` is ``False``, returns a loss per
        batch element instead and ignores :attr:`size_average`. Default: ``True``
    reduction (string, optional): Specifies the reduction to apply to the output:
        ``'none'`` | ``'mean'`` | ``'sum'``. ``'none'``: no reduction will be applied,
        ``'mean'``: the sum of the output will be divided by the number of
        elements in the output, ``'sum'``: the output will be summed. Note: :attr:`size_average`
        and :attr:`reduce` are in the process of being deprecated, and in the meantime,
        specifying either of those two args will override :attr:`reduction`. Default: ``'mean'``
    pos_weight (Tensor, optional): a weight of positive examples.
            Must be a vector with length equal to the number of classes.

对其中的参数pos_weight的使用存在疑惑,BCEloss里的例子pos_weight = torch.ones([64]) # All weights are equal to 1,不懂为什么会有64个class,因为BCEloss是针对二分类问题的loss,后经过检索,得知还有多标签分类

多标签分类就是多个标签,每个标签有两个label(0和1),这类任务同样可以使用BCEloss。

现在讲一下BCEWithLogitsLoss里的pos_weight使用方法

比如我们有正负两类样本,正样本数量为100个,负样本为400个,我们想要对正负样本的loss进行加权处理,将正样本的loss权重放大4倍,通过这样的方式缓解样本不均衡问题。

criterion = nn.BCEWithLogitsLoss(pos_weight=torch.tensor([4]))
 
# pos_weight (Tensor, optional): a weight of positive examples.
#            Must be a vector with length equal to the number of classes.

pos_weight里是一个tensor列表,需要和标签个数相同,比如我们现在是二分类,只需要将正样本loss的权重写上即可。

如果是多标签分类,有64个标签,则

Examples::
 
    >>> target = torch.ones([10, 64], dtype=torch.float32)  # 64 classes, batch size = 10
    >>> output = torch.full([10, 64], 0.999)  # A prediction (logit)
    >>> pos_weight = torch.ones([64])  # All weights are equal to 1
    >>> criterion = torch.nn.BCEWithLogitsLoss(pos_weight=pos_weight)
    >>> criterion(output, target)  # -log(sigmoid(0.999))
    tensor(0.3135)

补充:Pytorch —— BCEWithLogitsLoss()的一些问题

一、等价表达

1、pytorch:

torch.sigmoid() + torch.nn.BCELoss()

2、自己编写

def ce_loss(y_pred, y_train, alpha=1):
    
    p = torch.sigmoid(y_pred)
    # p = torch.clamp(p, min=1e-9, max=0.99)  
    loss = torch.sum(- alpha * torch.log(p) * y_train \
           - torch.log(1 - p) * (1 - y_train))/len(y_train)
    return loss~

3、验证

import torch
import torch.nn as nn
torch.cuda.manual_seed(300)       # 为当前GPU设置随机种子
torch.manual_seed(300)            # 为CPU设置随机种子
def ce_loss(y_pred, y_train, alpha=1):
   # 计算loss
   p = torch.sigmoid(y_pred)
   # p = torch.clamp(p, min=1e-9, max=0.99)
   loss = torch.sum(- alpha * torch.log(p) * y_train \
          - torch.log(1 - p) * (1 - y_train))/len(y_train)
   return loss
py_lossFun = nn.BCEWithLogitsLoss()
input = torch.randn((10000,1), requires_grad=True)
target = torch.ones((10000,1))
target.requires_grad_(True)
py_loss = py_lossFun(input, target)
py_loss.backward()
print("*********BCEWithLogitsLoss***********")
print("loss: ")
print(py_loss.item())
print("梯度: ")
print(input.grad)
input = input.detach()
input.requires_grad_(True)
self_loss = ce_loss(input, target)
self_loss.backward()
print("*********SelfCELoss***********")
print("loss: ")
print(self_loss.item())
print("梯度: ")
print(input.grad)

测试结果:

在这里插入图片描述

– 由上结果可知,我编写的loss和pytorch中提供的j基本一致。

– 但是仅仅这样就可以了吗?NO! 下面介绍BCEWithLogitsLoss()的强大之处:

– BCEWithLogitsLoss()具有很好的对nan的处理能力,对于我写的代码(四层神经网络,层之间的激活函数采用的是ReLU,输出层激活函数采用sigmoid(),由于数据处理的问题,所以会导致我们编写的CE的loss出现nan:原因如下:

–首先神经网络输出的pre_target较大,就会导致sigmoid之后的p为1,则torch.log(1 - p)为nan;

– 使用clamp(函数虽然会解除这个nan,但是由于在迭代过程中,网络输出可能越来越大(层之间使用的是ReLU),则导致我们写的loss陷入到某一个数值而无法进行优化。但是BCEWithLogitsLoss()对这种情况下出现的nan有很好的处理,从而得到更好的结果。

– 我此实验的目的是为了比较CE和FL的区别,自己编写FL,则必须也要自己编写CE,不能使用BCEWithLogitsLoss()。

二、使用场景

二分类 + sigmoid()

使用sigmoid作为输出层非线性表达的分类问题(虽然可以处理多分类问题,但是一般用于二分类,并且最后一层只放一个节点)

三、注意事项

输入格式

要求输入的input和target均为float类型

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。

    您感兴趣的教程

    在docker中安装mysql详解

    本篇文章主要介绍了在docker中安装mysql详解,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编...

    详解 安装 docker mysql

    win10中文输入法仅在桌面显示怎么办?

    win10中文输入法仅在桌面显示怎么办?

    win10系统使用搜狗,QQ输入法只有在显示桌面的时候才出来,在使用其他程序输入框里面却只能输入字母数字,win10中...

    win10 中文输入法

    一分钟掌握linux系统目录结构

    这篇文章主要介绍了linux系统目录结构,通过结构图和多张表格了解linux系统目录结构,感兴趣的小伙伴们可以参考一...

    结构 目录 系统 linux

    PHP程序员玩转Linux系列 Linux和Windows安装

    这篇文章主要为大家详细介绍了PHP程序员玩转Linux系列文章,Linux和Windows安装nginx教程,具有一定的参考价值,感兴趣...

    玩转 程序员 安装 系列 PHP

    win10怎么安装杜比音效Doby V4.1 win10安装杜

    第四代杜比®家庭影院®技术包含了一整套协同工作的技术,让PC 发出清晰的环绕声同时第四代杜比家庭影院技术...

    win10杜比音效

    纯CSS实现iOS风格打开关闭选择框功能

    这篇文章主要介绍了纯CSS实现iOS风格打开关闭选择框,本文通过实例代码给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作...

    css ios c

    Win7如何给C盘扩容 Win7系统电脑C盘扩容的办法

    Win7如何给C盘扩容 Win7系统电脑C盘扩容的

    Win7给电脑C盘扩容的办法大家知道吗?当系统分区C盘空间不足时,就需要给它扩容了,如果不管,C盘没有足够的空间...

    Win7 C盘 扩容

    百度推广竞品词的投放策略

    SEM是基于关键词搜索的营销活动。作为推广人员,我们所做的工作,就是打理成千上万的关键词,关注它们的质量度...

    百度推广 竞品词

    Visual Studio Code(vscode) git的使用教程

    这篇文章主要介绍了详解Visual Studio Code(vscode) git的使用,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。...

    教程 Studio Visual Code git

    七牛云储存创始人分享七牛的创立故事与

    这篇文章主要介绍了七牛云储存创始人分享七牛的创立故事与对Go语言的应用,七牛选用Go语言这门新兴的编程语言进行...

    七牛 Go语言

    Win10预览版Mobile 10547即将发布 9月19日上午

    微软副总裁Gabriel Aul的Twitter透露了 Win10 Mobile预览版10536即将发布,他表示该版本已进入内部慢速版阶段,发布时间目...

    Win10 预览版

    HTML标签meta总结,HTML5 head meta 属性整理

    移动前端开发中添加一些webkit专属的HTML5头部标签,帮助浏览器更好解析HTML代码,更好地将移动web前端页面表现出来...

    移动端html5模拟长按事件的实现方法

    这篇文章主要介绍了移动端html5模拟长按事件的实现方法的相关资料,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家...

    移动端 html5 长按

    HTML常用meta大全(推荐)

    这篇文章主要介绍了HTML常用meta大全(推荐),文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参...

    cdr怎么把图片转换成位图? cdr图片转换为位图的教程

    cdr怎么把图片转换成位图? cdr图片转换为

    cdr怎么把图片转换成位图?cdr中插入的图片想要转换成位图,该怎么转换呢?下面我们就来看看cdr图片转换为位图的...

    cdr 图片 位图

    win10系统怎么录屏?win10系统自带录屏详细教程

    win10系统怎么录屏?win10系统自带录屏详细

    当我们是使用win10系统的时候,想要录制电脑上的画面,这时候有人会想到下个第三方软件,其实可以用电脑上的自带...

    win10 系统自带录屏 详细教程

    + 更多教程 +
    ASP编程JSP编程PHP编程.NET编程python编程