Trazado de la función de activación de softmax

Question

En el MSE a continuación, defino una función logsumexp para [declare function={logsumexp(\x)=\log(\sum{\exp^{\x_i}});}]ayudar a trazar la función de activación de softmax.

Cuando usé la función, para agregar la trama, \addplot[blue,smooth] {exp(x) /logsumexp(x))};todo estaba en mal estado.

MSE: ( \addplotlínea comentada para la función softmax)

\documentclass[11pt]{article}

\usepackage{subfigure}
\usepackage{pgfplots}
\usepackage[top=3cm,left=3cm,right=3cm,bottom=3cm]{geometry}
% Scriptsize axis style.
\pgfplotsset{every axis/.append style={tick label style={/pgf/number format/fixed},font=\scriptsize,ylabel near ticks,xlabel near ticks,grid=major}}

\pgfplotsset{compat=1.16}

\begin{document}
\begin{figure}[t!]
    \centering
    \subfigure[sigmoid activation function.]{
            \begin{tikzpicture}[declare function={sigma(\x)=1/(1+exp(-\x));}]
            \begin{axis}[width=5.5cm,height=6cm,ylabel=$\sigma(z)$,xlabel=$z$,ymin=0,ymax=1.25,xmin=-5,xmax=5]
                \addplot[blue,smooth] {1/(1+exp(-x))};
            \end{axis}
        \end{tikzpicture}
    }
    \subfigure[Softmax activation function. ]{
        \begin{tikzpicture}[declare function={logsumexp(\x)=\log(\sum{\exp^{\x_i}});}]
            \begin{axis}[width=5.5cm,height=6cm,ylabel=$ \sigma(z)_j$,xlabel=$z$,ymin=-1.25,ymax=1.25,xmin=-5,xmax=5]
               %\addplot[blue,smooth] {exp(x) /logsumexp(x))};

            \end{axis}
        \end{tikzpicture}
    }
        \caption[Activation functions.]{Sigmoid and Softmax activation functions}
        \label{fig:sigmoid-tanh}
\end{figure}
logsumexp function: $logsumexp(x)=\log(\sum{\exp^{x_i}})$
\end{document}

cuando \addplot no está comentado, todo se estropea. ¿Qué me estoy perdiendo?

Check that your $'s match around math expressions. If they do, then you've probably used a symbol in normal text that needs to be in math mode. Symbols such as subscripts ( _ ), integrals ( \int ), Greek letters ( \alpha, \beta, \delta ), and modifiers (\vec{x}, \tilde{x} ) must be written in math mode. See the full list here.If you intended to use mathematics mode, then use $ … $ for 'inline math mode', $$ … $$ for 'display math mode' or alternatively \begin{math} … \end{math}.

EDITAR

Dando un ejemplo con algunos valores para x.

import numpy as np
x = [1.2, 2.5, 3.1, 4.4, 1.6, 2.4, 3.6]
np.exp(x) / np.sum(np.exp(x))
array([0.01933382, 0.07094152, 0.12926387, 0.47430749, 0.02884267,
       0.06419054, 0.21312009])

Answer 1

En cuanto a tu pregunta, como se menciona en los comentarios, \expson \logcomandos quecomponerestas funciones, probablemente desee utilizar las funciones integradas expy lnen su lugar. Asimismo, \sumes un comando que escribe un símbolo de suma, pero a diferencia de los casos anteriores no hay una función incorporada. Entonces hay que construirlo. A continuación se incluye un ejemplo. (Si esa no es la función precisa que desea, desea proporcionar una explicación precisa que defina la función en términos comunes, es decir, usando un lenguaje matemático y no algún código Python).

\documentclass[11pt]{article}
\usepackage[top=3cm,left=3cm,right=3cm,bottom=3cm]{geometry}
\usepackage{amsmath}
\DeclareMathOperator{\logsumexp}{logsumexp}
\usepackage{subcaption}
\usepackage{pgfplots}
\pgfplotsset{compat=1.16}
\pgfplotsset{every axis/.append style={tick label style={/pgf/number format/fixed},font=\scriptsize,ylabel near ticks,xlabel near ticks,grid=major}}

\pgfmathdeclarefunction{sumexp}{3}{%
\begingroup%
\pgfkeys{/pgf/fpu,/pgf/fpu/output format=fixed}%
\pgfmathsetmacro{\myx}{#1}%
\pgfmathtruncatemacro{\myxmin}{#2}%
\pgfmathtruncatemacro{\myxmax}{#3}%
\pgfmathsetmacro{\mysum}{0}%
\pgfplotsforeachungrouped\XX in {\myxmin,...,\myxmax}%
{\pgfmathsetmacro{\mysum}{\mysum+exp(\XX)}}%
\pgfmathparse{\mysum+exp(#1)}%
\pgfmathsmuggle\pgfmathresult\endgroup%
}%

\begin{document}
\begin{figure}[t!]
    \centering
    \begin{subfigure}[t]{0.45\textwidth}
            \begin{tikzpicture}[declare function={sigma(\x)=1/(1+exp(-\x));}]
            \begin{axis}[width=5.5cm,height=6cm,ylabel=$\sigma(z)$,xlabel=$z$,ymin=0,ymax=1.25,xmin=-5,xmax=5]
                \addplot[blue,smooth] {1/(1+exp(-x))};
            \end{axis}
        \end{tikzpicture}
     \caption{Sigmoid activation function.}
    \end{subfigure} 
    \begin{subfigure}[t]{0.45\textwidth}    
        \begin{tikzpicture}
            \begin{axis}[width=5.5cm,height=6cm,ylabel=$\sigma(z)_j$,
            xlabel=$z$,     xmin=-5,xmax=5]
               \addplot[blue,domain=-5:5,samples=51] 
               {exp(x)/sumexp(x,-4,0)};
            \end{axis}
        \end{tikzpicture}
      \caption{Softmax activation function.}
     \end{subfigure}  
   \caption[Activation functions.]{Sigmoid and Softmax activation functions}
   \label{fig:sigmoid-tanh}
\end{figure}
\end{document}

Answer 2

%for Softmax function, place this command before \begin{document}.
\pgfmathdeclarefunction{sumexp}{3}{%
  \begingroup%
  \pgfkeys{/pgf/fpu}% "/pgf/fpu/output format=fixed" removed
  \pgfmathsetmacro{\myx}{#1}%
  \pgfmathtruncatemacro{\myxmin}{#2}%
  \pgfmathtruncatemacro{\myxmax}{#3}%
  \pgfmathsetmacro{\mysum}{0}%
  \pgfplotsforeachungrouped\XX in {\myxmin,...,\myxmax}%
    {\pgfmathsetmacro{\mysum}{\mysum+exp(\XX)}}%
  \pgfmathparse{\mysum+exp(#1)}%
  \pgfmathfloattofixed\pgfmathresult%  added
  \pgfmathsmuggle\pgfmathresult\endgroup%
}%

Después de definir el sumexp anterior, puede usar el comando sumexp para trazar las funciones de activación de Softmax.

\begin{figure}
    \centering      
      \begin{tikzpicture}[declare function= 
       {Softmax(\x)=exp(x)/sumexp(x,-5,0);}]
      \begin{axis}%
        [
        xlabel = $x$,
        ylabel = $y$,
        %grid=major,     
        xmin=-5,
        xmax=5,
        axis x line=middle,
        ymax=1, samples=100,
        axis y line=middle,
        domain=-5:5}     
        ]
        \addplot[blue]  {Softmax(x)};
      \end{axis}
    \end{tikzpicture}        
    \caption{Softmax Function}
    \label{fig:softmax_function}
\end{figure}

Obtendrá el siguiente resultado:

Sé que la imagen puede no quedar perfecta, pero la cuadrícula, el color, etc., puedes elegirlo tú. Espero que esto ayude.