2025年最新LangChain Agent教程：從入門到精通
因為sigmoid函數的性質，如圖的兩端，幾近于平坦，導致 在 取大部分值時會很小，這樣會使得 和 更新非常慢（因為 ）。
再定量解釋如下：在上式
a) 當真實值 若 輸出值 ，則
若 輸出值 ，則
b) 當真實值 , 若 輸出值 ，則
若 輸出值 ，則
也就是平方損失（MSE）的梯度更新很慢，如下圖所示
這就帶來實際操作的問題。當梯度很小的時候，應該減小步長（否則容易在最優解附近產生來回震蕩），但是如果采用 MSE ，當梯度很小的時候，無法知道是離目標很遠還是已經在目標附近了。（離目標很近和離目標很遠，其梯度都很小）
為了克服上述 MSE 不足，引入了categorical_crossentropy（交叉熵損失函數）
1）二分類 Binary Cross-entropy
激活函數為 sigmoid
損失函數：
或者簡寫成：
其中 ， 表示樣本數量。
同樣求導可得：
證明如下：
其中，
因此， 的梯度公式中原來的 被消掉了，所以導數中沒有 這一項，權重的更新是受 這一項影響（表示真實值和輸出值之間的誤差），即受誤差的影響，所以當誤差大的時候，權重更新就快，當誤差小的時候，權重的更新就慢。
2）多分類 Categorican Cross-entropy
激活函數為 softmax
可以看作是Sigmoid的一般情況，用于多分類問題。
損失函數：
后續分析類似。
sigmoid(softmax)+cross-entropy loss 擅長于學習類間的信息，因為它采用了類間競爭機制，它只關心對于正確標簽預測概率的準確性，忽略了其他非正確標簽的差異，導致學習到的特征比較散。基于這個問題的優化有很多，比如對softmax進行改進，如L-Softmax、SM-Softmax、AM-Softmax等。這些在本篇不展開討論。
我們從最簡單的線性回歸開始討論：線性回歸（回歸問題）使用的是平方損失：
因為這個函數 是凸函數，直接求導等于零，即可求出解析解，很簡單。但是對于邏輯回歸則不行（分類問題）【注意：邏輯回歸不是回歸！是分類！！】。因為如果邏輯回歸也用平方損失作為損失函數，則：
其中 表示樣本數量。上式是非凸的，不能直接求解析解，而且不宜優化，易陷入局部最優解，即使使用梯度下降也很難得到全局最優解。如下圖所示：
2.Cross-entropy
而，Cross-entropy 計算 loss，則依舊是一個凸優化問題。
以下進行詳細說明和推導：
邏輯回歸模型進行學習時，給定訓練集：，其中 ，可以應用 極大似然估計 估計模型參數，從而得到邏輯回歸模型。
設：
似然函數：
對數似然函數為：
接下來求 的極大值，從而得到 的估計值。
這樣一來，問題就變成了以對數似然函數為目標函數的最優化問題，邏輯回歸 中通常的方法就是梯度下降法和擬牛頓法。
極大似然函數是求極大，取個相反數，再對所有 個樣本取平均，即得到邏輯回歸的損失函數：
并且這個損失函數 是凸函數，沒有局部最優解，便于優化。
以下是直觀理解：
其中：
當類別標簽為 時，越靠近 1 則損失越小；當類別標簽為 時，越靠近 1 則損失越大.
參考鏈接
文章轉載自： 交叉熵損失(Cross-entropy)和平方損失(MSE)究竟有何區別？
