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PyTorch学习笔记：nn.TripletMarginLoss——三元组损失

torch.nn.TripletMarginLoss(margin=1.0, p=2.0, eps=1e-06, swap=False, size_average=None, reduce=None, reduction='mean')

功能：创建一个三元组损失函数(triplet loss)，用于衡量输入数据$x_1,x_2,x_3$之间的相对相似性，其中输入样本又分别称为中立样本、正样本以及负样本，具体介绍可见论文《Learning shallow convolutional feature descriptors with triplet losses》

损失函数：
L(x1,x2,x3)=max⁡{d(x1,x2)−d(x1,x3)+margin,0}L(x_1,x_2,x_3)=\max\{d(x_1,x_2)-d(x_1,x_3)+\text{margin},0\} L(x1​,x2​,x3​)=max{d(x1​,x2​)−d(x1​,x3​)+margin,0}
其中：
$$d(x_i,y_i)=||x_i-y_i|{|}_p$$
该函数的作用就是拉进$x_1$与$x_2$的距离，使它们更加相似，同时推离$x_1$与$x_3$的距离，即使它们更加不同。

输入：

• margin：边界距离，具体含义如公式所示，如果该值越大，则表明$x_1$与$x_2$期望距离越近，$x_1$与$x_3$期望距离越远。输入数据类型为浮点数(float)，默认1.0；
• p：用于计算两个向量距离的范数，具体含义如公式所示。输入数据类型为整数(int)，默认2，即欧氏距离；
• swap：是否使用距离交换，具体功能可见论文《Learning shallow convolutional feature descriptors with triplet losses》；
• size_average与reduce已被弃用，具体功能由reduction替代；
• reduction：指定损失输出的形式，有三种选择：none|mean|sum。none：损失不做任何处理，直接输出一个数组；mean：将得到的损失求平均值再输出，会输出一个数；sum：将得到的损失求和再输出，会输出一个数。

注意：

• 输入的三个样本数据维数必须为二维$(N,D)$，其中第二个维度$D$表示向量长度；
• 如果reduction设置为none，则输出的数组维数为1，尺寸为$(N)$

代码案例

一般用法

import torch
import torch.nn as nn# reduction设为none便于查看损失计算的结果
triplet_loss = nn.TripletMarginLoss(reduction='none')
x1 = torch.randn(20).reshape(2,10)
x2 = torch.randn(20).reshape(2,10)
x3 = torch.randn(20).reshape(2,10)
loss = triplet_loss(x1, x2, x3)
print(x1)
print(x2)
print(x3)
print(loss)

输出

tensor([[-0.1419,  0.0550, -0.2996, -1.7194,  0.5485, -0.9163, -0.6983,  0.0239,1.2940, -0.4858],[ 1.8544, -0.2349, -0.2523, -1.6167,  0.7861, -1.7627,  0.3139, -1.5112,-0.3378,  0.0059]])
tensor([[-1.5967,  0.4007,  0.1468, -1.0085, -1.4989,  1.7531,  0.0865, -0.9080,-0.4046,  0.5229],[-1.8673, -0.4958,  1.0122, -1.8696,  0.1974, -0.8017, -1.0562, -2.1461,1.7112, -0.6001]])
tensor([[-1.0008,  1.5316,  0.0078,  1.1405, -0.0629,  0.4934, -1.8050, -1.0302,0.8676, -0.1988],[ 1.3015, -0.2786,  0.4215, -0.6413, -0.0760, -0.8138,  0.2173,  1.5132,-0.6389,  0.7173]])
tensor([1.4133, 2.2473])

官方文档

nn.TripletMarginLoss：https://pytorch.org/docs/stable/generated/torch.nn.TripletMarginLoss.html?highlight=tripletmarginloss#torch.nn.TripletMarginLoss

初步完稿于：2022年3月30日