Softmax Function

Softmax函数是一种常用于机器学习中的激活函数，它将一个由K个实数组成的向量标准化成由K个概率组成的概率分布。具体来说，对于一个由K个实数组成的向量 ~z = (z1, . . . , zK)，softmax函数的第i个输出为：σ(~z)i = e βzi / Σj=1 to K e βzj，其中i = 1, . . . ,K，β ∈ R是一个参数。softmax函数的主要作用是将实数向量映射为概率分布，使得每个元素都落在[0,1]的区间内，且所有元素之和为1，因此softmax函数常用于分类问题的输出层。在训练神经网络的过程中，softmax函数的输出可以用来计算损失函数，从而进行反向传播更新参数。

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class Softmax(Activation): ''' softmax nonlinear function. ''' def __init__(self): ''' There are no parameters in softmax function. ''' super(Softmax, self).__init__() def value(self, x: np.ndarray) -> np.ndarray: ''' Parameters: x is the input to the softmax function. x is a two dimensional numpy array. Each row is the input to the softmax function Returns: output of the softmax function. The returned value is with the same shape as that of x. ''' #### write your code below #### return def derivative(self, x: np.ndarray) -> np.ndarray: ''' Parameters: x is the input to the softmax function. x is a two dimensional numpy array. Returns: a two dimensional array representing the derivative of softmax function w.r.t. x. ''' #### write your code below ####

下面是对 `Softmax` 激活函数的实现，你可以将其加入到代码中：

class Softmax(Activation):
    '''
    softmax nonlinear function.
    '''
    def __init__(self):
        '''
        There are no parameters in softmax function.
        '''
        super(Softmax, self).__init__()

    def value(self, x: np.ndarray) -> np.ndarray:
        '''
        Parameters:
          x is the input to the softmax function. x is a two dimensional numpy array. Each row is the input to the softmax function
        Returns:
          output of the softmax function. The returned value is with the same shape as that of x.
        '''
        exp_scores = np.exp(x)
        return exp_scores / np.sum(exp_scores, axis=1, keepdims=True)

    def derivative(self, x: np.ndarray) -> np.ndarray:
        '''
        Parameters:
          x is the input to the softmax function. x is a two dimensional numpy array.
        Returns:
          a two dimensional array representing the derivative of softmax function w.r.t. x.
        '''
        softmax_output = self.value(x)
        return softmax_output * (1 - softmax_output)

x is the input to the softmax function. x is a two dimensional numpy array. Each row is the input to the softmax function

如果 `x` 是一个二维的 NumPy 数组，其中每一行都是 softmax 函数的输入，那么可以使用以下代码来完成softmax函数的计算：

import numpy as np

def softmax(x):
    # 计算每一行的指数值
    exp_values = np.exp(x)
    
    # 计算每一行的和
    sum_values = np.sum(exp_values, axis=1, keepdims=True)
    
    # 对每一行的指数值进行归一化
    softmax_output = exp_values / sum_values
    
    return softmax_output

这个函数接受一个二维数组 `x` 作为输入，并返回一个与 `x` 维度相同的数组，其中每一行都是经过 softmax 函数计算后的结果。在计算过程中，首先通过 `np.exp()` 计算每一行的指数值，然后通过 `np.sum()` 对每一行的指数值进行求和，最后通过除以求和值来归一化每一行的指数值。

你可以将你的二维 NumPy 数组作为参数传递给上述的 `softmax()` 函数来计算 softmax 函数的输出。