Paddle 关于softmax_with_cross_entropy和cross_entropy代码实现的严重错误

dvtswwa3  于 2021-11-30  发布在  Java
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版本:2.0.1 CPU环境

一、 binary_cross_entropy_with_logits、binary_cross_entropy和 softmax_with_cross_entropy、cross_entropy是两对非常重要的基础损失函数,这两套函实现机制应该是一致的。
我实际测试发现是这样的:
binary_cross_entropy_with_logits 是先做sigmoid,再计算交叉墒,接着mean reduction
binary_cross_entropy是直接计算交叉墒,再做mean reduction
这与预期完全一致

二、而 softmax_with_cross_entropy、cross_entropy的实现机制却与预想完全不一样(与API文档中描述也不一样)
softmax_with_cross_entropy机制是先做softmax,再计算交叉墒,但是没有做mean reduction
cross_entropy机制是先做exp运算,再计算交叉墒,接着mean reduction, 这样做显然造成了混乱与不一致!!!
以下测试数据:
logits:
Tensor(shape=[2, 10], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
[[-2.99181128, -1.29089355, -0.49017018, 1.25062561, -3.17891693, -4.10819149, -12.85970783, 11.72850990, -4.76343298, 1.11044443],
[ 1.47004175, 2.04185462, 7.62971449, 1.82590401, -8.92507839, -2.46311164, 0.17321450, -8.56867886, -0.19891697, -8.65551376]])
labels:
Tensor(shape=[2, 1], dtype=int64, place=CPUPlace, stop_gradient=True,
[[7],
[2]])

softmax_with_cross_entropy的结果(未做reduction):
Tensor(shape=[2, 1], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
[[0.00006080],
[0.00984089]])
mean的结果是:0.00495084

softmax的结果:
Tensor(shape=[2, 10], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
[[0.00000040, 0.00000222, 0.00000494, 0.00002815, 0.00000034, 0.00000013, 0.00000000, 0.99993920, 0.00000007, 0.00002447],
[0.00209225, 0.00370637, 0.99020737, 0.00298650, 0.00000006, 0.00004097, 0.00057202, 0.00000009, 0.00039427, 0.00000008]])

再对softmax结果做cross_entropy的结果是:
Tensor(shape=[1], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
[1.46536016])
从上面可以看出, cross_entropy是做了reduction的,但是结果与预期明显不一致

以下是验证:
softmax_with_cross_entropy(logits, labels).mean():
Tensor(shape=[1], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
[0.00495084])

cross_entropy(paddle.log(F.softmax(logits)), labels):
Tensor(shape=[1], dtype=float32, place=CPUPlace, stop_gradient=False,
[0.00495084])
这就要求在cross_entropy之前要先做一次softmax,再做一次log或者直接做log_softmax,这显然是不合适的。
因此,强烈要求做以下两点修复:
1、对softmax_with_cross_entropy结果自动做mean运算
2、删除cross_entropy中的exp运算

kupeojn6

kupeojn61#

您好,我们已经收到了您的问题,会安排技术人员尽快解答您的问题,请耐心等待。请您再次检查是否提供了清晰的问题描述、复现代码、环境&版本、报错信息等。同时,您也可以通过查看官网API文档常见问题历史IssueAI社区来寻求解答。祝您生活愉快~

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ycl3bljg

ycl3bljg2#

@jesse01

  • cross_entropy的计算就是log_softmax + nll_loss的结合,删除exp的运算是不合理的。
  • softmax_with_cross_entropy是paddle 1.x起就使用的算子,为了向下兼容,无法直接在内部求mean。如果想求mean,可以计算完求mean即可。
  • cross_entropysoftmax_with_cross_entropy在不设置weight的情况下,计算是一致的,不用paddle.log(F.softmax(logits))这样计算。
b4qexyjb

b4qexyjb3#

我不认同回复的观点,理由如下:

1、paddle 2.0设计明显是吸收tensorflow 2.0 + pytorch的特点,目标可以说是既实现tensorflow强大的计算和部署能力,同时又体现keras的易用性以及pytorch面向对象编程的程序员友好性,更大的目标应该是成为全中国乃至全世界最好用的深度学习框架!
目前在github上 paddle的star是14.6K, pythorch是46.9K, tensorflow是154, 差距还是很明显。
本人是去年底开始接触paddle,当时还没有发布2.0, 根据我简单的了解,paddle 1.x似乎是在完全仿制tensorflow 1.x,而tensorflow 1.x 这种静态图的做法太繁琐,在像我这样的老程序员眼中,简直是反人类的设计,根本就没有学习的兴趣!而我坚定地认为tensorflow 2.0如果不是改用与keras结合,并且底层采用所见即所得的动态图优先策略,未来肯定是死路一条!所以在我初次接触paddle 1.x,就果断放弃了它。paddle 2.0正式推出,让我眼前一亮,我真的希望paddle能早日在国内普及。随着人工智能应用的深入人心,paddle想要快速提高认可度,扩大用户群,必须让学生们觉得简单易用,不易困惑,更重要的是要符合广大的程序员逻辑思维习惯。

2、paddle2的cross_entropy看名称应该与pytorch的CrossEntropyLoss有参照性,而pytorch的CrossEntropyLoss相当于现在paddle2的softmax_with_cross_entropy + mean方法,先抛开mean的问题,这样做是可以理解的,毕竟paddle2是提供了两个方法,使用起来更方便。但是cross_entropy实现做成了log_softmax+nll_loss这个就很难理解了,因为从名称看就是: softmax_with_cross_entropy = softmax + cross_entropy, 而 binary_cross_entropy_with_logits = sigmoid + binary_cross_entropy也正是这种逻辑。同一套框架里,标准的一致性是至关重要的,只有标准一致,用户才不会混乱!

另外请看paddle 2 API中关于 cross_entropy的描述:
https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api/paddle/nn/functional/loss/cross_entropy_cn.html#cross-entropy
其中关于“硬标签交叉熵算法”描述就是直接取负对数的,根本就没有exp运算,也没有关于log_softmax+nll_loss相关的描述,这说明连paddle2的内部团队人员都已经开始混淆了!

3、softmax_with_cross_entropy为了和paddle 1.x兼容就不做mean运算思路也是不对的,softmax_with_cross_entropy、cross_entropy、binary_cross_entropy_with_logits、binary_cross_entropy这四个方法中,后三个都做了mean运算,只有softmax_with_cross_entropy不做mean运算,这标准的一致性何在,让用户如何理解? 我们看到python 2.x 升到 python 3.x 为了保持语法的严谨一致, 是直接抛弃了print语句而改用print()方法,而不是兼容print语句,这才是正确的做法!对于paddle 1.x老用户来说,只要在paddle 2.0升级需知中告知不兼容变化就行。如果他们paddle 1.x已用于生产环境,他们是不会轻易升级的,升级时也会做充分测试的!还有很多老用户估计代码中都是对softmax_with_cross_entropy结果做mean运算的,如果paddle2加了mean运算,对于这些代码来说相当于对单个数据又做了一次mean运算,结果并不受影响,代码也不需改动。

最后我想强调的是,现在paddle的用户体量还不是很大,扩大用户群的核心就是要吸引新用户,而吸引新用户,设计标准的一致性是至关重要的!我是paddle2的坚定拥护者,希望paddle2越做越好!

7kjnsjlb

7kjnsjlb4#

我不认同回复的观点,理由如下: 1、paddle 2.0设计明显是吸收tensorflow 2.0 + pytorch的特点,目标可以说是既实现tensorflow强大的计算和部署能力,同时又体现keras的易用性以及pytorch面向对象编程的程序员友好性,更大的目标应该是成为全中国乃至全世界最好用的深度学习框架! 目前在github上 paddle的star是14.6K, pythorch是46.9K, tensorflow是154, 差距还是很明显。 本人是去年底开始接触paddle,当时还没有发布2.0, 根据我简单的了解,paddle 1.x似乎是在完全仿制tensorflow 1.x,而tensorflow 1.x 这种静态图的做法太繁琐,在像我这样的老程序员眼中,简直是反人类的设计,根本就没有学习的兴趣!而我坚定地认为tensorflow 2.0如果不是改用与keras结合,并且底层采用所见即所得的动态图优先策略,未来肯定是死路一条!所以在我初次接触paddle 1.x,就果断放弃了它。paddle 2.0正式推出,让我眼前一亮,我真的希望paddle能早日在国内普及。随着人工智能应用的深入人心,paddle想要快速提高认可度,扩大用户群,必须让学生们觉得简单易用,不易困惑,更重要的是要符合广大的程序员逻辑思维习惯。 2、paddle2的cross_entropy看名称应该与pytorch的CrossEntropyLoss有参照性,而pytorch的CrossEntropyLoss相当于现在paddle2的softmax_with_cross_entropy + mean方法,先抛开mean的问题,这样做是可以理解的,毕竟paddle2是提供了两个方法,使用起来更方便。但是cross_entropy实现做成了log_softmax+nll_loss这个就很难理解了,因为从名称看就是: softmax_with_cross_entropy = softmax + cross_entropy, 而 binary_cross_entropy_with_logits = sigmoid + binary_cross_entropy也正是这种逻辑。同一套框架里,标准的一致性是至关重要的,只有标准一致,用户才不会混乱! 另外请看paddle 2 API中关于 cross_entropy的描述: https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/api/paddle/nn/functional/loss/cross_entropy_cn.html#cross-entropy 其中关于“硬标签交叉熵算法”描述就是直接取负对数的,根本就没有exp运算,也没有关于log_softmax+nll_loss相关的描述,这说明连paddle2的内部团队人员都已经开始混淆了! 3、softmax_with_cross_entropy为了和paddle 1.x兼容就不做mean运算思路也是不对的,softmax_with_cross_entropy、cross_entropy、binary_cross_entropy_with_logits、binary_cross_entropy这四个方法中,后三个都做了mean运算,只有softmax_with_cross_entropy不做mean运算,这标准的一致性何在,让用户如何理解? 我们看到python 2.x 升到 python 3.x 为了保持语法的严谨一致, 是直接抛弃了print语句而改用print()方法,而不是兼容print语句,这才是正确的做法!对于paddle 1.x老用户来说,只要在paddle 2.0升级需知中告知不兼容变化就行。如果他们paddle 1.x已用于生产环境,他们是不会轻易升级的,升级时也会做充分测试的!还有很多老用户估计代码中都是对softmax_with_cross_entropy结果做mean运算的,如果paddle2加了mean运算,对于这些代码来说相当于对单个数据又做了一次mean运算,结果并不受影响,代码也不需改动。 最后我想强调的是,现在paddle的用户体量还不是很大,扩大用户群的核心就是要吸引新用户,而吸引新用户,设计标准的一致性是至关重要的!我是paddle2的坚定拥护者,希望paddle2越做越好! 原始邮件 发件人: Guanghua***@***.***> 收件人:***@***.***> 抄送:***@***.***>;***@***.***> 发送时间: 2021年3月15日(周一) 18:51 主题: Re: [PaddlePaddle/Paddle] 关于softmax_with_cross_entropy和cross_entropy代码实现的严重错误 (#31610) @jesse01 cross_entropy的计算就是log_softmax + nll_loss的结合,删除exp的运算是不合理的。 softmax_with_cross_entropy是paddle 1.x起就使用的算子,为了向下兼容,无法直接在内部求mean。如果想求mean,可以计算完求mean即可。 — You are receiving this because you were mentioned. Reply to this email directly, view it on GitHub, or unsubscribe.

bxjv4tth

bxjv4tth5#

@jesse01
非常感谢你对Paddle 2.0的关注,并提出宝贵的建议。
对于cross_entropy和softmax_with_cross_entropy造成的困扰,我们表示歉意。

我解释下这个问题:

  1. softmax_with_cross_entropy是历史原因保留的api,2.0下并不推荐用户使用,我们会在下一个版本会打印deprecated警告,并在后续的版本中删除,所以请忽略softmax_with_cross_entropy API在2.0下的行为。
  2. Paddle 2.0下推荐用户使用cross_entropy这个API。这个api默认是会计算softmax的,输入其实是softmax归一化之前的logits。这一点跟cross_entropy的数学定义并不一致,之所以这样设计,是为了减少softmax exp计算带来的数值溢出,并提升性能;我们会再下一个版本的cross_entropy函数中增加with_softmax的参数开关,用来支持不需要计算softmax的情况。
  3. 文档确实有问题,我们尽快更新。

再次感谢宝贵建议!如果有其他问题或者建议,欢迎再反馈给我们!

wlzqhblo

wlzqhblo6#

感谢回复,cross_entropy包含softmax,那就是和pytorch完全一样了,这样设计是没有问题的。 这次给我的主要困惑由三个方面原因造成: 1、softmax_with_cross_entropy命名很容有误会,应该尽快打上deprecated标志 2、cross_entropy API说明有问题,1是没有写上softmax运算,2是没有说明是取代softmax_with_cross_entropy函数 3、paddle 2.0教程误导, 教程图像分类关于lenet的代码:https://www.paddlepaddle.org.cn/tutorials/projectdetail/1525452中 在该段代码中仍在使用softmax_with_cross_entropy函数,导致paddle 2.0使用方式的误解 原始邮件 发件人:***@***.***> 收件人:***@***.***> 抄送:***@***.***>;***@***.***> 发送时间: 2021年3月16日(周二) 19:15 主题: Re: [PaddlePaddle/Paddle] 关于softmax_with_cross_entropy和cross_entropy代码实现的严重错误 (#31610) @jesse01 非常感谢你对Paddle 2.0的关注,并提出宝贵的建议。 对于cross_entropy和softmax_with_cross_entropy造成的困扰,我们表示歉意。 我解释下这个问题: softmax_with_cross_entropy是历史原因保留的api,2.0下并不推荐用户使用,我们会在下一个版本会打印deprecated警告,并在后续的版本中删除,所以请忽略softmax_with_cross_entropy API在2.0下的行为。 Paddle 2.0下推荐用户使用cross_entropy这个API。这个api默认是会计算softmax的,输入其实是softmax归一化之前的logits。这一点跟cross_entropy的数学定义并不一致,之所以这样设计,是为了减少softmax exp计算带来的数值溢出,并提升性能;我们会再下一个版本的cross_entropy函数中增加with_softmax的参数开关,用来支持不需要计算softmax的情况。 文档确实有问题,我们尽快更新。 再次感谢宝贵建议!如果有其他问题,欢迎再次反馈给我们! — You are receiving this because you were mentioned. Reply to this email directly, view it on GitHub, or unsubscribe.

2sbarzqh

2sbarzqh7#

各位好! 因为github打不开,只好直接发邮件了,见谅! 版本: V2.0.1 场景描述: 在自定义模型中想用以下方法进行简便遍历: def forward(self, x): for layer in self.sublayers(include_sublayers=False): x = layer(x) return x 结果self.sublayers返回的列表为空,如果include_sublayers参数设为True, sublayers方法则会递归返回所有下级子层,导致代码出错。改用以下方法调用内部字典可以正常运行: def forward(self, x): for _, layer in self._sub_layers.items(): x = layer(x) return x 经过排查,发现self.sublayers 是通过 self.named_sublayers 方法间接查找 self._sub_layers 字典,其中include_sublayers参数用于控制是否递归查找下级layer,但是named_sublayers方法有逻辑错误,当include_sublayers=False时,本级layer也不会查找。具体问题代码如下: if include_sublayers: for key, layer in self._sub_layers.items(): if layer is None: continue layer_prefix = prefix + ('.' if prefix else '') + key for p, l in layer.named_sublayers( prefix=layer_prefix, include_sublayers=include_sublayers, include_self=True, layers_set=layers_set): yield p, l

4bbkushb

4bbkushb8#

这个看起来是个很严重的问题,我们高优修复下。

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