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Keras 3中的相似性损失函数:CircleLoss的实现与思考

2025-04-30 22:59:31作者:裘晴惠Vivianne

在深度学习领域,相似性学习(Similarity Learning)是一个重要的研究方向,它专注于学习如何度量数据样本之间的相似性。最近,Keras社区中关于在Keras 3中实现相似性损失函数的讨论引起了广泛关注,特别是关于CircleLoss的实现方案。

相似性损失函数与传统分类损失函数不同,它直接优化样本在嵌入空间中的距离关系。这类损失函数通常用于人脸识别、图像检索、推荐系统等需要度量相似度的任务。CircleLoss作为一种较新的相似性损失函数,通过自适应调整梯度,能够更有效地优化正负样本对。

在Keras 3中实现CircleLoss时,开发者提出了三种不同的技术方案:

第一种方案是直接继承Keras现有的LossFunctionWrapper。这是最直接的方式,损失函数只接收y_true和y_pred两个参数,计算局限在单个批次内。这种方式实现简单,适合大多数标准训练场景,但无法支持跨批次的正负样本挖掘。

第二种方案是引入新的MetricLossFunctionWrapper。这种设计参考了TensorFlow Similarity库中的实现,允许损失函数接收四个参数(查询嵌入、查询标签、键嵌入、键标签)。当后两个参数未提供时,默认使用前两个参数。这种方式既保持了与标准训练配置的兼容性,又为高级训练设置提供了灵活性。

第三种方案是修改损失函数本身,使其能够接收四个参数。这种方法与第二种方案类似,但不需要额外的Wrapper类。函数内部通过判断参数是否为None来自动处理标准训练和跨批次训练两种情况。

从工程实现的角度来看,第一种方案最为简单直接,适合作为Keras核心功能的初始实现。而第二和第三种方案则提供了更大的灵活性,特别是对于需要跨批次训练的高级应用场景。开发者最终选择了第一种方案作为初始实现,这既保证了功能的稳定性,也为未来的扩展留下了空间。

相似性损失函数的加入将大大增强Keras在度量学习任务中的能力。对于研究人员和工程师来说,这意味着可以在Keras框架下更方便地实现各种基于相似性的学习算法,而无需依赖额外的库。这也体现了Keras作为深度学习框架的持续演进和扩展能力。

随着CircleLoss的实现,未来可能会有更多类型的相似性损失函数被引入Keras生态系统,进一步丰富其在各种机器学习任务中的应用场景。

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