スマホのカメラで写真を撮ると、AIが自動的に「これは犬」「これは猫」と判定してくれますよね。
でも、AIの内部では、実は数字で答えを出しているんです。
例:画像認識AIの内部
- 犬の可能性:85%
 - 猫の可能性:10%
 - 鳥の可能性:3%
 - その他:2%
 
この「確率」に変換する魔法のような計算がSoftmax(ソフトマックス)関数なんです。
Softmaxは、ニューラルネットワークで分類問題を解くときに、ほぼ必ず使われる重要な関数です。この記事では、Softmaxの仕組みや使い方について、初心者の方にも分かるように詳しく解説していきます。
分類問題とは?基礎から理解する
分類問題の例
分類問題とは、入力をいくつかのカテゴリ(クラス)に分けるタスクです。
日常生活の例:
画像認識
- 入力:写真
 - 出力:「犬」「猫」「鳥」などのラベル
 
迷惑メール判定
- 入力:メールの文章
 - 出力:「迷惑メール」または「通常のメール」
 
音声認識
- 入力:音声データ
 - 出力:「はい」「いいえ」「わかりません」など
 
手書き数字認識
- 入力:手書きの数字画像
 - 出力:0〜9のいずれか
 
機械学習での分類
機械学習で分類問題を解くとき、ニューラルネットワークは以下のように動作します。
ステップ1:特徴を抽出
入力データから重要な特徴を取り出します。
ステップ2:スコアを計算
各クラスに対して「生のスコア」を計算します。
例:3クラス分類
犬のスコア:2.5
猫のスコア:1.0
鳥のスコア:-0.5
このスコアは実数値(正でも負でもOK)で、範囲もバラバラです。
ステップ3:確率に変換(Softmaxの役割)
スコアを確率に変換します。
犬の確率:85%
猫の確率:12%
鳥の確率:3%
確率の特徴:
- すべて0から1の範囲
 - 合計すると100%(1.0)になる
 - 大きい値ほど「その可能性が高い」
 
このスコアから確率への変換を行うのが、Softmax関数なんです。
Softmaxの基本:数式と動作原理
Softmax関数の定義
数式:
n個のクラスがある場合、i番目のクラスの確率は以下のように計算されます。
P(クラスi) = e^(zi) / Σ(e^(zj))  (jは1からnまで)
または
Softmax(zi) = e^(zi) / (e^(z1) + e^(z2) + ... + e^(zn))
記号の意味:
- zi:i番目のクラスの入力スコア(ロジット)
 - e:自然対数の底(約2.718)
 - Σ:合計を表す記号
 
計算の流れ
具体的な例で理解しましょう。
例:3クラス分類(犬・猫・鳥)
入力スコア:
z1(犬)= 2.0
z2(猫)= 1.0
z3(鳥)= 0.1
ステップ1:各スコアを指数化
e^2.0 ≈ 7.389
e^1.0 ≈ 2.718
e^0.1 ≈ 1.105
ステップ2:合計を計算
合計 = 7.389 + 2.718 + 1.105 = 11.212
ステップ3:各値を合計で割る
P(犬) = 7.389 / 11.212 ≈ 0.659(65.9%)
P(猫) = 2.718 / 11.212 ≈ 0.242(24.2%)
P(鳥) = 1.105 / 11.212 ≈ 0.099(9.9%)
確認:
0.659 + 0.242 + 0.099 = 1.000(100%)✓
ちゃんと合計が1になりましたね!
なぜ指数関数(e^x)を使うの?
Softmaxで指数関数を使う理由は、いくつかあります。
理由1:常に正の値になる
- e^x は常に正の値(0より大きい)
 - 負のスコアも正の値に変換される
 - 確率(0〜1の範囲)に変換しやすい
 
理由2:差を強調する
- 大きなスコアは非常に大きな値になる
 - 小さなスコアは相対的に小さくなる
 - 「一番可能性の高いクラス」がはっきりする
 
例:差の強調
スコアが [2.0, 1.0, 0.1] の場合:
e^2.0 : e^1.0 : e^0.1 = 7.4 : 2.7 : 1.1
比率が分かりやすくなります。
理由3:数学的な美しさ
- 微分が簡単(勾配計算がしやすい)
 - 情報理論との関係が深い
 - 最尤推定と整合性がある
 
Softmaxの性質
性質1:出力は0〜1の範囲
0 ≤ Softmax(zi) ≤ 1
すべての出力が確率として解釈できます。
性質2:出力の合計は1
Σ Softmax(zi) = 1
確率分布を表現できます。
性質3:単調性
入力が大きいほど、出力も大きくなります。
zi > zj ならば Softmax(zi) > Softmax(zj)
順序関係が保たれます。
性質4:相対的な大きさに依存
すべてのスコアに同じ値を足しても、相対的な関係は変わりません。
Softmax([2, 1, 0]) = Softmax([3, 2, 1]) = Softmax([102, 101, 100])
Softmaxとシグモイドの関係
シグモイド関数の復習
シグモイド関数:
σ(x) = 1 / (1 + e^(-x))
シグモイドは、1つの値を0〜1の範囲に変換します。
用途:
- 2クラス分類(二値分類)
 - 「YesかNo」のような判定
 
Softmaxは多クラス版シグモイド
実は、2クラス分類のSoftmaxは、シグモイド関数と同等なんです。
2クラスの場合:
スコアが [z1, z2] のとき:
P(クラス1) = e^z1 / (e^z1 + e^z2)
           = 1 / (1 + e^(z2-z1))
           = σ(z1 - z2)
これはシグモイド関数と同じ形です。
つまり:
- シグモイド:2クラス分類用
 - Softmax:多クラス(3クラス以上)分類用
 
Softmaxは、シグモイドを多クラスに拡張したものと考えられます。
ニューラルネットワークでの使用例
典型的な構造
Softmaxは、通常ニューラルネットワークの最後の層(出力層)で使われます。
構造:
入力層
   ↓
隠れ層1(ReLUなど)
   ↓
隠れ層2(ReLUなど)
   ↓
...
   ↓
出力層(線形)
   ↓
Softmax関数
   ↓
確率分布
手書き数字認識(MNIST)の例
タスク:
0〜9の手書き数字を分類する(10クラス分類)
ネットワーク構造:
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras import layers
model = keras.Sequential([
    layers.Flatten(input_shape=(28, 28)),  # 画像を1次元に変換
    layers.Dense(128, activation='relu'),   # 隠れ層1
    layers.Dense(64, activation='relu'),    # 隠れ層2
    layers.Dense(10),                       # 出力層(10クラス)
    layers.Softmax()                        # Softmax関数
])
model.summary()
出力の解釈:
出力 = [0.001, 0.002, 0.95, 0.01, 0.005, 0.003, 0.01, 0.001, 0.015, 0.003]
解釈:
数字「2」である確率が95%
→ この画像は「2」と予測
画像分類(ImageNet)の例
タスク:
1000種類の物体を分類
ネットワーク構造(ResNetなど):
from tensorflow.keras.applications import ResNet50
# 事前学習済みモデル
base_model = ResNet50(weights='imagenet', include_top=False)
# 自分のモデルを構築
model = keras.Sequential([
    base_model,
    layers.GlobalAveragePooling2D(),
    layers.Dense(512, activation='relu'),
    layers.Dropout(0.5),
    layers.Dense(1000),                     # 1000クラス
    layers.Softmax()                        # Softmax
])
自然言語処理の例
タスク:
文章の感情分析(ポジティブ・ネガティブ・中立)
ネットワーク構造:
from tensorflow.keras.layers import Embedding, LSTM
model = keras.Sequential([
    Embedding(input_dim=10000, output_dim=128),  # 単語の埋め込み
    LSTM(64),                                     # LSTM層
    layers.Dense(3),                              # 3クラス
    layers.Softmax()                              # Softmax
])
出力例:
入力:"この映画は最高でした!"
出力:[0.90, 0.05, 0.05]
→ ポジティブ90%、ネガティブ5%、中立5%
Softmaxの実装
実際にプログラムで実装してみましょう。
Pythonでの基本実装
NumPyを使った実装:
import numpy as np
def softmax(x):
    """
    Softmax関数
    引数:
        x: 入力配列(1次元または2次元)
    戻り値:
        確率分布
    """
    # 数値安定性のために最大値を引く
    exp_x = np.exp(x - np.max(x, axis=-1, keepdims=True))
    return exp_x / np.sum(exp_x, axis=-1, keepdims=True)
# 使用例
scores = np.array([2.0, 1.0, 0.1])
probs = softmax(scores)
print("入力スコア:", scores)
print("確率:", probs)
print("合計:", probs.sum())
# 出力:
# 入力スコア: [2.  1.  0.1]
# 確率: [0.65900114 0.24243297 0.09856589]
# 合計: 1.0
バッチ処理対応版:
def softmax_batch(x):
    """
    バッチ処理対応のSoftmax関数
    引数:
        x: 入力配列(shape: [batch_size, num_classes])
    戻り値:
        確率分布(shape: [batch_size, num_classes])
    """
    # 各サンプルごとに最大値を引く
    exp_x = np.exp(x - np.max(x, axis=1, keepdims=True))
    return exp_x / np.sum(exp_x, axis=1, keepdims=True)
# 使用例(バッチサイズ2、3クラス分類)
scores_batch = np.array([
    [2.0, 1.0, 0.1],  # サンプル1
    [1.0, 3.0, 0.2]   # サンプル2
])
probs_batch = softmax_batch(scores_batch)
print("確率(バッチ):")
print(probs_batch)
print("各サンプルの合計:", probs_batch.sum(axis=1))
TensorFlow / Kerasでの使用
方法1:層として使う
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import layers
model = tf.keras.Sequential([
    layers.Dense(128, activation='relu'),
    layers.Dense(10),           # 出力層(スコア)
    layers.Softmax()            # Softmax層
])
方法2:活性化関数として使う
model = tf.keras.Sequential([
    layers.Dense(128, activation='relu'),
    layers.Dense(10, activation='softmax')  # Softmax付き出力層
])
方法3:関数として使う
import tensorflow as tf
logits = tf.constant([[2.0, 1.0, 0.1], [1.0, 3.0, 0.2]])
probs = tf.nn.softmax(logits)
print(probs.numpy())
PyTorchでの使用
方法1:nn.Softmax層
import torch
import torch.nn as nn
model = nn.Sequential(
    nn.Linear(784, 128),
    nn.ReLU(),
    nn.Linear(128, 10),
    nn.Softmax(dim=1)           # Softmax層(次元1に対して)
)
方法2:関数として使う
import torch.nn.functional as F
logits = torch.tensor([[2.0, 1.0, 0.1], [1.0, 3.0, 0.2]])
probs = F.softmax(logits, dim=1)  # 次元1に対してSoftmax
print(probs)
手動実装での注意点
Softmaxを手動実装する場合、数値安定性に注意が必要です。
問題:
スコアが大きいと、e^x がオーバーフローします。
import numpy as np
# 問題のある実装
def softmax_naive(x):
    exp_x = np.exp(x)  # オーバーフローの危険!
    return exp_x / np.sum(exp_x)
# 大きな値を入れてみる
scores = np.array([1000, 1001, 1002])
print(softmax_naive(scores))  # nan(計算できない)
解決策:最大値を引く
数学的には、すべての値から同じ値を引いても結果は変わりません。
def softmax_stable(x):
    # 最大値を引く(数値安定化)
    x_shifted = x - np.max(x)
    exp_x = np.exp(x_shifted)
    return exp_x / np.sum(exp_x)
# 安定した計算
scores = np.array([1000, 1001, 1002])
print(softmax_stable(scores))  # [0.09003057 0.24472847 0.66524096]
これで正しく計算できます。
Softmax温度パラメータ
Softmaxには、温度(Temperature)という調整パラメータがあります。
温度付きSoftmax
数式:
Softmax_T(zi) = e^(zi/T) / Σ(e^(zj/T))
Tは温度パラメータです。
温度による変化
T = 1(標準):
通常のSoftmax
T → 0(低温):
- 最大値のクラスの確率が1に近づく
 - 他のクラスの確率が0に近づく
 - Hard(硬い)な分布
 
T → ∞(高温):
- すべてのクラスの確率が均等に近づく
 - Soft(柔らかい)な分布
 
具体例
import numpy as np
def softmax_with_temperature(x, T=1.0):
    """温度パラメータ付きSoftmax"""
    x_scaled = x / T
    exp_x = np.exp(x_scaled - np.max(x_scaled))
    return exp_x / np.sum(exp_x)
# 同じスコア
scores = np.array([2.0, 1.0, 0.1])
print("T=0.5(低温):", softmax_with_temperature(scores, T=0.5))
print("T=1.0(標準):", softmax_with_temperature(scores, T=1.0))
print("T=2.0(高温):", softmax_with_temperature(scores, T=2.0))
print("T=5.0(超高温):", softmax_with_temperature(scores, T=5.0))
# 出力:
# T=0.5(低温): [0.84202176 0.14227926 0.01569898]
# T=1.0(標準): [0.65900114 0.24243297 0.09856589]
# T=2.0(高温): [0.50650298 0.31062078 0.18287624]
# T=5.0(超高温): [0.39880059 0.33222499 0.26897442]
観察:
- T=0.5:最大値のクラス(犬)が84%と非常に高い
 - T=5.0:各クラスが近い確率になり、均等に近づく
 
温度の応用
1. 知識の蒸留(Knowledge Distillation)
- 大きなモデル(教師)の知識を小さなモデル(生徒)に転移
 - 高温Softmaxで「柔らかい」確率を使う
 
2. 生成モデル
- テキスト生成で多様性を制御
 - 低温→確実な生成、高温→多様な生成
 
3. 探索と利用のバランス
- 強化学習で行動選択
 - 温度で探索の度合いを調整
 
クロスエントロピー損失関数との関係
Softmaxは、通常クロスエントロピー損失関数と組み合わせて使います。
クロスエントロピー損失
数式:
Loss = -Σ(yi × log(ŷi))
yi:正解ラベル(one-hotエンコーディング)
ŷi:Softmaxの出力(予測確率)
具体例
正解:犬(クラス0)
正解ラベル(one-hot): [1, 0, 0]
予測確率(Softmax): [0.7, 0.2, 0.1]
Loss = -(1×log(0.7) + 0×log(0.2) + 0×log(0.1))
     = -log(0.7)
     ≈ 0.357
良い予測の場合:
予測確率: [0.95, 0.03, 0.02]
Loss = -log(0.95) ≈ 0.051  ← 損失が小さい
悪い予測の場合:
予測確率: [0.1, 0.5, 0.4]
Loss = -log(0.1) ≈ 2.303  ← 損失が大きい
Softmax + クロスエントロピーの実装
TensorFlowの場合:
import tensorflow as tf
# 方法1:別々に定義
model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.layers.Dense(10),      # 出力層
    tf.keras.layers.Softmax()       # Softmax
])
model.compile(
    optimizer='adam',
    loss='categorical_crossentropy'  # クロスエントロピー損失
)
方法2:統合版を使う(推奨)
数値安定性のため、Softmaxとクロスエントロピーを統合した関数を使うのが推奨されます。
# 推奨:from_logits=True を使う
model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.layers.Dense(10)       # Softmaxなし
])
model.compile(
    optimizer='adam',
    loss=tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy(from_logits=True)
    # from_logits=True: ロジット(スコア)を直接受け取る
)
PyTorchの場合:
PyTorchでは、nn.CrossEntropyLossがSoftmaxを内部で自動的に適用します。
import torch
import torch.nn as nn
# モデル(Softmaxは不要!)
model = nn.Sequential(
    nn.Linear(784, 128),
    nn.ReLU(),
    nn.Linear(128, 10)  # Softmaxなし
)
# 損失関数(Softmax + クロスエントロピー)
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
# 使用例
logits = model(input_data)
loss = criterion(logits, target)  # Softmaxは自動適用
注意:PyTorchでは出力層にSoftmaxを付けない!
よくある間違いとトラブルシューティング
間違い1:推論時にSoftmaxを忘れる
問題:
訓練時と推論時で処理が違う場合、推論時にSoftmaxを忘れることがあります。
例(TensorFlow):
# 訓練時(from_logits=True を使用)
model = tf.keras.Sequential([
    tf.keras.layers.Dense(10)  # Softmaxなし
])
model.compile(
    loss=tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy(from_logits=True)
)
# 推論時:Softmaxが必要!
predictions_logits = model.predict(x_test)  # ロジットのまま
predictions_probs = tf.nn.softmax(predictions_logits)  # 確率に変換
解決策:
推論専用のモデルを作る
# 推論用モデル(Softmax付き)
inference_model = tf.keras.Sequential([
    model,
    tf.keras.layers.Softmax()
])
predictions_probs = inference_model.predict(x_test)  # 直接確率が得られる
間違い2:PyTorchでSoftmaxを二重に適用
問題:nn.CrossEntropyLossはSoftmaxを内部で適用するのに、モデルの出力層にもSoftmaxを付けてしまう。
悪い例:
import torch.nn as nn
# 間違い:Softmaxが二重に適用される
model = nn.Sequential(
    nn.Linear(784, 10),
    nn.Softmax(dim=1)  # これは不要!
)
criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # 内部でSoftmaxを適用
# 結果:間違った学習
loss = criterion(model(x), target)
正しい例:
# 正しい:Softmaxは損失関数に任せる
model = nn.Sequential(
    nn.Linear(784, 10)  # Softmaxなし
)
criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # Softmaxを内部で適用
# 正しい学習
loss = criterion(model(x), target)
間違い3:数値不安定性
問題:
大きなスコアでオーバーフローが発生する。
解決策:
最大値を引いてから計算する(前述)。
間違い4:次元の指定ミス
問題:
バッチ処理で、Softmaxを適用する次元を間違える。
例:
import torch
import torch.nn.functional as F
# shape: [batch_size=2, num_classes=3]
logits = torch.tensor([[2.0, 1.0, 0.1],
                       [1.0, 3.0, 0.2]])
# 間違い:次元0に適用(バッチ方向)
probs_wrong = F.softmax(logits, dim=0)
print(probs_wrong.sum(dim=0))  # [1.0, 1.0, 1.0] ← 縦方向の合計が1
# 正しい:次元1に適用(クラス方向)
probs_correct = F.softmax(logits, dim=1)
print(probs_correct.sum(dim=1))  # [1.0, 1.0] ← 横方向の合計が1
ルール:
- TensorFlow: 
axis=-1(最後の次元) - PyTorch: 
dim=1またはdim=-1 
実践例:MNISTでの分類
実際にSoftmaxを使った分類モデルを作ってみましょう。
TensorFlowでの実装
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras import layers
import numpy as np
# データの準備
(x_train, y_train), (x_test, y_test) = keras.datasets.mnist.load_data()
x_train = x_train.reshape(-1, 784).astype('float32') / 255
x_test = x_test.reshape(-1, 784).astype('float32') / 255
# モデルの構築
model = keras.Sequential([
    layers.Dense(128, activation='relu', input_shape=(784,)),
    layers.Dropout(0.2),
    layers.Dense(64, activation='relu'),
    layers.Dense(10)  # 出力層(Softmaxなし)
])
# コンパイル(from_logits=True を使用)
model.compile(
    optimizer='adam',
    loss=tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
    metrics=['accuracy']
)
# 訓練
history = model.fit(
    x_train, y_train,
    batch_size=128,
    epochs=5,
    validation_split=0.1
)
# 評価
test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test, y_test)
print(f"テスト精度: {test_acc:.4f}")
# 推論(確率を得る)
inference_model = keras.Sequential([
    model,
    layers.Softmax()  # Softmaxを追加
])
# いくつかのサンプルで予測
samples = x_test[:5]
predictions = inference_model.predict(samples)
for i, pred in enumerate(predictions):
    predicted_class = np.argmax(pred)
    confidence = pred[predicted_class]
    print(f"サンプル{i}: 予測={predicted_class}, 確信度={confidence:.2%}")
PyTorchでの実装
import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torchvision import datasets, transforms
from torch.utils.data import DataLoader
# データの準備
transform = transforms.Compose([
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))
])
train_dataset = datasets.MNIST('./data', train=True, download=True, transform=transform)
test_dataset = datasets.MNIST('./data', train=False, transform=transform)
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=128, shuffle=True)
test_loader = DataLoader(test_dataset, batch_size=1000, shuffle=False)
# モデルの定義
class MNISTClassifier(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(MNISTClassifier, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(784, 128)
        self.relu1 = nn.ReLU()
        self.dropout = nn.Dropout(0.2)
        self.fc2 = nn.Linear(128, 64)
        self.relu2 = nn.ReLU()
        self.fc3 = nn.Linear(64, 10)
        # Softmaxは損失関数に含まれるので不要
    def forward(self, x):
        x = x.view(-1, 784)
        x = self.relu1(self.fc1(x))
        x = self.dropout(x)
        x = self.relu2(self.fc2(x))
        x = self.fc3(x)
        return x
model = MNISTClassifier()
# 損失関数と最適化器
criterion = nn.CrossEntropyLoss()  # Softmax + クロスエントロピー
optimizer = optim.Adam(model.parameters())
# 訓練
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
model.to(device)
for epoch in range(5):
    model.train()
    for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
        data, target = data.to(device), target.to(device)
        optimizer.zero_grad()
        output = model(data)
        loss = criterion(output, target)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        if batch_idx % 100 == 0:
            print(f'Epoch {epoch+1}, Batch {batch_idx}, Loss: {loss.item():.4f}')
# 評価
model.eval()
correct = 0
total = 0
with torch.no_grad():
    for data, target in test_loader:
        data, target = data.to(device), target.to(device)
        output = model(data)
        _, predicted = torch.max(output, 1)
        total += target.size(0)
        correct += (predicted == target).sum().item()
accuracy = correct / total
print(f'テスト精度: {accuracy:.4f}')
# 推論(確率を得る)
model.eval()
sample_data, sample_target = next(iter(test_loader))
sample_data = sample_data[:5].to(device)
with torch.no_grad():
    logits = model(sample_data)
    probs = torch.nn.functional.softmax(logits, dim=1)
for i, prob in enumerate(probs):
    predicted_class = torch.argmax(prob).item()
    confidence = prob[predicted_class].item()
    print(f"サンプル{i}: 予測={predicted_class}, 確信度={confidence:.2%}")
Softmaxの微分(勾配計算)
機械学習では、勾配(微分)の計算が重要です。
単一出力の微分
i番目の出力に関する、j番目の入力の微分:
∂yi/∂zj = {
    yi(1 - yi)    (i = j のとき)
    -yiyj         (i ≠ j のとき)
}
yi = Softmax(zi)
ヤコビ行列
すべての組み合わせをまとめると、ヤコビ行列になります。
J = [
    y1(1-y1)   -y1y2      -y1y3    ...
    -y2y1      y2(1-y2)   -y2y3    ...
    -y3y1      -y3y2      y3(1-y3) ...
    ...
]
実装例
import numpy as np
def softmax_gradient(softmax_output):
    """
    Softmaxのヤコビ行列を計算
    引数:
        softmax_output: Softmaxの出力(1次元配列)
    戻り値:
        ヤコビ行列
    """
    s = softmax_output.reshape(-1, 1)
    return np.diagflat(s) - np.dot(s, s.T)
# 使用例
probs = np.array([0.7, 0.2, 0.1])
jacobian = softmax_gradient(probs)
print("Softmax出力:", probs)
print("\nヤコビ行列:")
print(jacobian)
まとめ:Softmaxは分類問題の必須ツール
Softmax(ソフトマックス)関数は、ニューラルネットワークで分類問題を解く際の必須要素です。
この記事のポイント:
- Softmaxの役割:スコアを確率分布に変換する
 - 数式:Softmax(zi) = e^(zi) / Σ(e^(zj))
 - 性質:出力は0〜1、合計は1、確率として解釈可能
 - 用途:多クラス分類問題(画像認識、自然言語処理など)
 - シグモイドとの関係:Softmaxは多クラス版のシグモイド
 - ネットワーク構造:通常は出力層の最後に配置
 - 数値安定性:最大値を引いてからe^xを計算
 - 温度パラメータ:分布の「硬さ」を調整できる
 - クロスエントロピー:通常はクロスエントロピー損失と組み合わせて使用
 - 実装の注意:TensorFlowとPyTorchで扱いが異なる
 - よくある間違い:PyTorchでSoftmaxを二重適用、次元の指定ミス
 
ディープラーニングで分類問題に取り組むとき、Softmaxの理解は欠かせません。
単なる数式ではなく、「AIがどうやって『これは犬だ』と判断しているのか」という根本的な仕組みを表しています。
実装はとてもシンプルですが、その背後には情報理論や統計学の深い理論があります。まずは基本的な使い方をマスターして、徐々に理解を深めていきましょう。
画像認識AIを作るとき、自然言語処理モデルを構築するとき、Softmaxは必ずどこかで活躍しています。この小さな関数が、現代のAIを支えているんです。
  
  
  
  
              
              
              
              
              

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