Funkcja aktywacji

Funkcja aktywacji – pojęcie używane w sztucznej inteligencji do określenia funkcji, według której obliczana jest wartość wyjścia neuronów sieci neuronowej.

Po agregacji danych wejściowych z uwzględnieniem wag powstaje sygnał sumarycznego pobudzenia. Rola funkcji aktywacji polega na tym, że musi ona określić sposób obliczania wartości sygnału wyjściowego neuronu na podstawie wartości tego sumarycznego pobudzenia.

W literaturze rozważano wiele różnych propozycji funkcji aktywacji, jednak do powszechnego użytku weszły właściwie cztery z nich: funkcja liniowa (neuron liniowy), funkcja sigmoidalna (neuron sigmoidalny), funkcja tangensoidalna (dokładnie jest to funkcja tangens hiperboliczny, ale skrótowo mówi się właśnie neuron tangensoidalny) oraz funkcja Gaussa (neuron radialny).

Do najczęściej używanych funkcji aktywacji należą:

Funkcja aktywacji	Wzór matematyczny	Gładka	Monotoniczna	Różniczkowalna	Uwagi
Funkcja liniowa	$y(x)=ax+b$	T	T	T	Funkcja nieograniczona Z reguły $b=0$
Jednostronnie obcięta funkcja liniowa	$y(x)=\left\{{\begin{matrix}0&{\text{dla}}&x<0\\x&{\text{dla}}&x\geqslant 0\end{matrix}}\right.$	T	T	T (oprócz punktu $x=0$)	Brak górnej granicy
Obcięta funkcja liniowa	$y(x)=\left\{{\begin{matrix}-1&{\text{dla}}&x<-1\\x&{\text{dla}}&-1\leqslant x\leqslant 1\\1&{\text{dla}}&x>1\end{matrix}}\right.$	N	T	T (oprócz punktów $x=1$ i $x=-1$)	Przedziałami liniowa
Funkcja progowa unipolarna	$y(x)=\left\{{\begin{matrix}0&{\text{dla}}&x<a\\1&{\text{dla}}&x\geqslant a\end{matrix}}\right.$	N	T	N	a – zadana wartość progowa Z reguły $a=0$ Taką funkcję aktywacji $(a=0)$ zastosowali w swojej pracy jako matematyczny model neuronu Warren McCulloch i Walter Pitts
Funkcja progowa bipolarna	$y(x)=\left\{{\begin{matrix}-1&{\text{dla}}&x<a\\1&{\text{dla}}&x\geqslant a\end{matrix}}\right.$	N	T	N	a – zadana wartość progowa Z reguły $a=0$
Sigmoidalna funkcja unipolarna	$y(x)={\frac {1}{1+e^{-\beta x}}}$	T	T	T	Z reguły $\beta \in \left(0,1\right]$ Gdy $\beta \to \infty ,$ funkcja przechodzi w progową unipolarną funkcję aktywacji
Sigmoidalna funkcja bipolarna (tangens hiperboliczny)	$y(x)={\frac {2}{1+e^{-\beta x}}}-1={\frac {1-e^{-\beta x}}{1+e^{-\beta x}}}$	T	T	T	Z reguły $\beta \in \left(0,1\right].$ Gdy $\beta \to \infty ,$ funkcja przechodzi w progową bipolarną funkcję aktywacji
Funkcja Gaussa	$y(x)=ae^{-{\frac {(x-b)^{2}}{2c^{2}}}}$	T	N	T	$a,b,c>0$ e – liczba Eulera
Znormalizowana funkcja wykładnicza (Softmax)	$\sigma (\mathbf {z} )_{j}={\frac {e^{z_{j}}}{\sum _{k=1}^{K}e^{z_{k}}}}$	T	T	T	Prawdopodobieństwo zawsze sumuje się do jedności: ${\sum _{k=1}^{K}\sigma (\mathbf {z} )_{k}}=1$ e – liczba Eulera K - szerokość wektorów wejściowego i wyjściowego Stosowana głównie w najwyższej warstwie klasyfikatorów, w celu obliczenia prawdopodobieństwa przynależności wektora wejściowego z do każdej z K klas wyjściowych