职场小聪明 第606章 用故事解释softmax函数的溢出问题
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用故事解释Softmax函数的溢出问题
故事背景：龙族宴会上的金碗
在一座神秘的龙族王国，龙族每年都会举行一次盛大的宴会，宴会上有一个传统：每条龙要把自己的财富（金币数量）放进一个金碗，然后让智慧长老计算每条龙的“财富占比”，来决定谁是这一年的财富之王。
宴会当天，四条龙分别报出了自己的金币数量：
? 火龙：100万金币
? 冰龙：200万金币
? 雷龙：300万金币
? 风龙：10亿金币
智慧长老准备使用一个古老的计算方法——Softmax规则，将这些财富转换成概率来比较。但他很快发现了一个严重的问题：
金碗炸了！
为什么？因为按照Softmax的计算方法，他需要计算每个金币数量的指数值：
但这些数值实在是太大了，远远超出了王国的计算能力，直接导致金碗崩溃（计算溢出）。
智慧长老陷入了困境，他需要找到一个方法来避免计算崩溃。于是他想到一个聪明的技巧：
“我们不直接放金币，我们可以先让大家的金币数减去最大的金币数！”
于是，他重新计算：
? 火龙的金币数变为 100万 - 10亿 = -9.99亿
? 冰龙的金币数变为 200万 - 10亿 = -9.98亿
? 雷龙的金币数变为 300万 - 10亿 = -9.97亿
? 风龙的金币数变为 10亿 - 10亿 = 0
然后，他计算：
现在，所有的指数值都变得很小，不会再溢出，金碗终于能正常计算了！
最终，风龙的财富占比几乎是 100%，其他三条龙的财富占比接近 0，宴会得出了正确的结论。
这个方法被称为 Softmax的数值稳定性技巧，即 在计算前减去最大值，防止指数运算导致溢出。
用比喻解释Softmax的溢出问题
比喻1：水池溢出
想象你有一个大水池，你往里面倒水：
? 第一桶水是 100升
? 第二桶水是 200升
? 第三桶水是 300升
? 第四桶水是 10亿升
显然，水池无法承受10亿升的水，直接溢出了！
解决方案？
? 你先抽掉10亿升的水（相当于减去最大值），这样所有的水量都变成一个较小的数字，水池就不会溢出了。
比喻2：计算机的“溢出”锅
假设你在做饭，想同时煮四个锅的水，每个锅的温度分别是：
? 100°c
? 200°c
? 300°c
? 10亿°c
你的炉子最高只能加热到 500°c，但第四个锅的温度远超这个上限，直接导致炉子爆炸（计算机溢出）！
怎么办？
你可以先把所有锅的温度减去一个基准值（比如减去10亿°c），让温度变成：
? -9.99亿°c
? -9.98亿°c
? -9.97亿°c
? 0°c
现在，最高的温度也只是 0°c，不会再超出炉子的承受范围。
总结
? Softmax的溢出问题 是因为指数运算会导致数值过大，超过计算机的上限。
? 解决方案 是在计算Softmax之前，先减去最大值，这样所有的数值都会变小，防止指数爆炸。
? 就像往水池倒水、往锅里加热，数值太大就会溢出，我们需要先做调整，确保计算不超出范围！
故事背景：龙族宴会上的金碗
在一座神秘的龙族王国，龙族每年都会举行一次盛大的宴会，宴会上有一个传统：每条龙要把自己的财富（金币数量）放进一个金碗，然后让智慧长老计算每条龙的“财富占比”，来决定谁是这一年的财富之王。
宴会当天，四条龙分别报出了自己的金币数量：
? 火龙：100万金币
? 冰龙：200万金币
? 雷龙：300万金币
? 风龙：10亿金币
智慧长老准备使用一个古老的计算方法——Softmax规则，将这些财富转换成概率来比较。但他很快发现了一个严重的问题：
金碗炸了！
为什么？因为按照Softmax的计算方法，他需要计算每个金币数量的指数值：
但这些数值实在是太大了，远远超出了王国的计算能力，直接导致金碗崩溃（计算溢出）。
智慧长老陷入了困境，他需要找到一个方法来避免计算崩溃。于是他想到一个聪明的技巧：
“我们不直接放金币，我们可以先让大家的金币数减去最大的金币数！”
于是，他重新计算：
? 火龙的金币数变为 100万 - 10亿 = -9.99亿
? 冰龙的金币数变为 200万 - 10亿 = -9.98亿
? 雷龙的金币数变为 300万 - 10亿 = -9.97亿
? 风龙的金币数变为 10亿 - 10亿 = 0
然后，他计算：
现在，所有的指数值都变得很小，不会再溢出，金碗终于能正常计算了！
最终，风龙的财富占比几乎是 100%，其他三条龙的财富占比接近 0，宴会得出了正确的结论。
这个方法被称为 Softmax的数值稳定性技巧，即 在计算前减去最大值，防止指数运算导致溢出。
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? 第一桶水是 100升
? 第二桶水是 200升
? 第三桶水是 300升
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? 你先抽掉10亿升的水（相当于减去最大值），这样所有的水量都变成一个较小的数字，水池就不会溢出了。
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? 100°c
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? 10亿°c
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怎么办？
你可以先把所有锅的温度减去一个基准值（比如减去10亿°c），让温度变成：
? -9.99亿°c
? -9.98亿°c
? -9.97亿°c
? 0°c
现在，最高的温度也只是 0°c，不会再超出炉子的承受范围。
总结
? Softmax的溢出问题 是因为指数运算会导致数值过大，超过计算机的上限。
? 解决方案 是在计算Softmax之前，先减去最大值，这样所有的数值都会变小，防止指数爆炸。
? 就像往水池倒水、往锅里加热，数值太大就会溢出，我们需要先做调整，确保计算不超出范围！