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  • caffe中 softmax 函数的前向传播和反向传播

    1.前向传播:

    template <typename Dtype>
    void SoftmaxLayer<Dtype>::Forward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& bottom,
        const vector<Blob<Dtype>*>& top) {
      const Dtype* bottom_data = bottom[0]->cpu_data();
      Dtype* top_data = top[0]->mutable_cpu_data();
      Dtype* scale_data = scale_.mutable_cpu_data();
      int channels = bottom[0]->shape(softmax_axis_);
      int dim = bottom[0]->count() / outer_num_; //dim表示要分类的类别数,count()得到的是总共的输入Blob数,outer_num_得到的是是每一类的Blob数
      caffe_copy(bottom[0]->count(), bottom_data, top_data); //先将输入拷贝到输出缓冲区
      // We need to subtract the max to avoid numerical issues, compute the exp,
      // and then normalize,减去最大值,避免数值问题,计算指数,归一化
      for (int i = 0; i < outer_num_; ++i) {
        // 初始化scale_的data域为第一个平面,其中scale用来存放临时计算结果
        caffe_copy(inner_num_, bottom_data + i * dim, scale_data);
        for (int j = 0; j < channels; j++) {
          for (int k = 0; k < inner_num_; k++) {
            scale_data[k] = std::max(scale_data[k],
                bottom_data[i * dim + j * inner_num_ + k]);
          }
        }
        // 输出缓冲区减去最大值
        caffe_cpu_gemm<Dtype>(CblasNoTrans, CblasNoTrans, channels, inner_num_,
            1, -1., sum_multiplier_.cpu_data(), scale_data, 1., top_data);
        // exponentiation
        caffe_exp<Dtype>(dim, top_data, top_data);
        // sum after exp
        caffe_cpu_gemv<Dtype>(CblasTrans, channels, inner_num_, 1.,
            top_data, sum_multiplier_.cpu_data(), 0., scale_data);
        // division
        for (int j = 0; j < channels; j++) {
          caffe_div(inner_num_, top_data, scale_data, top_data);
          top_data += inner_num_;
        }
      }
    }

    一般的我们有top[0]来存放数据,top[1]来存放标签(对于bottom也一样)

    2.反向传播:

    template <typename Dtype>
    void SoftmaxLayer<Dtype>::Backward_cpu(const vector<Blob<Dtype>*>& top,
        const vector<bool>& propagate_down,
        const vector<Blob<Dtype>*>& bottom) {
      const Dtype* top_diff = top[0]->cpu_diff();
      const Dtype* top_data = top[0]->cpu_data();
      Dtype* bottom_diff = bottom[0]->mutable_cpu_diff();
      Dtype* scale_data = scale_.mutable_cpu_data();
      int channels = top[0]->shape(softmax_axis_);
      int dim = top[0]->count() / outer_num_;
      caffe_copy(top[0]->count(), top_diff, bottom_diff); //先用top_diff初始化bottom_diff
      for (int i = 0; i < outer_num_; ++i) {
        // 计算top_diff和top_data的点积,然后从bottom_diff中减去该值
        for (int k = 0; k < inner_num_; ++k) {
          scale_data[k] = caffe_cpu_strided_dot<Dtype>(channels,
              bottom_diff + i * dim + k, inner_num_,
              top_data + i * dim + k, inner_num_);
        }
        // 减值
        caffe_cpu_gemm<Dtype>(CblasNoTrans, CblasNoTrans, channels, inner_num_, 1,
            -1., sum_multiplier_.cpu_data(), scale_data, 1., bottom_diff + i * dim);
      }
      // 逐点相乘
      caffe_mul(top[0]->count(), bottom_diff, top_data, bottom_diff);
    }

    解释:

    补充:最后部分,Zi!=Zj和Zi=Zj部分写反了,大家注意一下~

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