C++實現softmax函數的面試經驗

Posted on by

背景

今天面試字節算法崗時被問到的問題，讓我用C++實現一個softmax函數。softmax是邏輯回歸在多分類問題上的推廣。大概的公式如下：

即判斷該變量在總體變量中的占比。

第一次實現

實現

我們用vector來封裝輸入和輸出，簡單的按公式復現。

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;
}

測試

test 1

  • 測試用例1: {1, 2, 3, 4, 5}
  • 測試輸出1: {0.0116562, 0.0316849, 0.0861285, 0.234122, 0.636409}

經過簡單測試是正常的。

test 2

但是這時面試官提出瞭一個問題，即如果有較大輸入變量時會怎麼樣？

  • 測試用例2: {1, 2, 3, 4, 5, 1000}
  • 測試輸出2: {0, 0, 0, 0, 0, nan}

由於 e^1000已經溢出瞭雙精度浮點(double)所能表示的范圍，所以變成瞭NaN(not a number)。

第二次實現(改進)

改進原理

我們註意觀察softmax的公式:

如果我們給上下同時乘以一個很小的數，最後答案的值是不變的。

那我們可以給每一個輸入 x i 都減去一個值 a ，防止爆精度。

大致表示如下:

實現

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;
}

測試

test 1

  • 測試用例1: {1, 2, 3, 4, 5, 1000}
  • 測試輸出1: {0, 0, 0, 0, 0, 1}

test 2

  • 測試用例1: {0, 19260817, 19260817}
  • 測試輸出1: {0, 0.5, 0.5}

我們發現結果正常瞭。

完整代碼

#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<<' ';
	}
}

以上就是C++實現softmax函數的面試經驗的詳細內容，更多關於C++ softmax函數的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

推薦閱讀：