news 2026/8/27 13:45:22

常见激活函数及其导数(公式+图像)

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张小明

前端开发工程师

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常见激活函数及其导数(公式+图像)
  • sigmoid(x)

sigmoid(x)=11+e−xd(sigmoid(x))dx=ex(1+e−x)2=sigmoid∗(1−sigmoid) \begin{align} sigmoid(x) &= \frac{1}{1+e^{-x}} \\ \frac{d(sigmoid(x))}{dx} &= \frac{e^x}{(1+e^{-x})^2} \\ &= sigmoid*(1-sigmoid) \end{align}sigmoid(x)dxd(sigmoid(x))=1+ex1=(1+ex)2ex=sigmoid(1sigmoid)

defsigmoid(x):return1/(1+np.exp(-x))defsigmoid_derivative(x):returnsigmoid(x)*(1-sigmoid(x))

  • Tanh,求导时用到了分式求导。两数和*两数差=平方差

tanh(x)=ex−e−xex+e−xd(tanh(x))dx=4exe−x(ex+e−x)2=1−tanh2 \begin{align} tanh(x) =& \frac{e^x-e^{-x}}{e^x+e^{-x}} \\ \frac{d(tanh(x))}{dx} =& \frac{4e^xe^{-x}}{(e^x+e^{-x})^2} \\ =& 1-tanh^2 \end{align}tanh(x)=dxd(tanh(x))==ex+exexex(ex+ex)24exex1tanh2

deftanh(x):returnnp.tanh(x)deftanh_derivative(x):return1-np.tanh(x)**2

  • ReLU(x)

ReLU(x)=max(0,x)dReLU(x)dx={1,x>00,x<=0 \begin{align} ReLU(x) &= max(0,x) \\ \frac{dReLU(x)}{dx} &= \begin{cases} 1, x > 0 \\ 0, x <= 0 \end{cases} \end{align}ReLU(x)dxdReLU(x)=max(0,x)={1,x>00,x<=0

defrelu(x):returnnp.maximum(0,x)defrelu_derivative(x):return(x>0).astype(float)# x 是向量,以一维为例,可能是【0,5,3,-5,9】,x>0进行了一个判断,得到【flase,true……】就是布尔值,astype转化为了数值,0.0,1.0

  • PReLU/Leaky ReLU

f(x)={x,x>0αx,x<=0 f(x)= \begin{cases} x,x>0 \\ \alpha x,x<=0 \end{cases}f(x)={x,x>0αx,x<=0

解决ReLU负半轴梯度为零导致的神经元失活问题,但在X=0处,左右梯度不同,一阶导数发生跳变,二阶导数为无穷大,梯度不稳定

  • Mish

f(x)=x∗tanh(softplus(x))softplus(x)=ln(1+ex) f(x)=x*tanh(softplus(x)) \\ softplus(x)=ln(1+e^x)f(x)=xtanh(softplus(x))softplus(x)=ln(1+ex)

既解决了x<0时神经元永久失活问题,也解决梯度平滑问题,消除“硬折角”问题

  • GELU

    GELU(x)≈0.5x(1+tanh⁡(2π(x+0.044715x3)))\mathrm{GELU}(x)\approx0.5x\left(1+\tanh\left(\sqrt{\frac{2}{\pi}}\left(x+0.044715x^3\right)\right)\right)GELU(x)0.5x(1+tanh(π2(x+0.044715x3)))

  • Swish

f(x)=x∗sigmoid(βx)=x1+e−βx f(x)=x*sigmoid(\beta x) \\ = \frac{x}{1+e^{-\beta x}}f(x)=xsigmoid(βx)=1+eβxx

激活函数对比图

激活函数一阶导数

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