更新:2025/01/16
シグモイド関数と微分・グラフについて


はるか
シグモイド関数って何?

ふゅか
今回はシグモイド関数について解説するね。
1. シグモイド関数
シグモイド関数 \( \sigma(x) \) の微分は次のような式で定義されます。
\[ \sigma(x) = \frac{1}{1 + e^{-x}} \]
1.1. シグモイド関数の微分
シグモイド関数 \(\sigma(x)\) の微分を商の微分の規則を使って計算します。まず、商の微分に従って微分します。商の微分の公式は以下の通りです。
\[ \left( \frac{g}{h} \right)’ = \frac{g’ \cdot h - g \cdot h’}{h^2} \]
商の微分を利用すると、
\[ \sigma'(x) = \frac{0 \cdot (1 + e^{-x}) - 1 \cdot (-e^{-x})}{(1 + e^{-x})^2} \]
\[ \sigma'(x) = \frac{e^{-x}}{(1 + e^{-x})^2} \]
1.2. シグモイド関数の形で表現
更に、上のシグモイド関数の微分をシグモイド関数の形で表現することができます。
\[ \sigma'(x) = \sigma(x)(1 - \sigma(x)) \]
\[ \sigma'(x) = \sigma(x)(1 - \sigma(x)) \]

ふゅか
この形になるか計算してみましょう!
$ \sigma'(x) = \dfrac{e^{-x}}{(1 + e^{-x})^2}$より、
$\sigma'(x) = \sigma(x)\left(\dfrac{e^{-x}}{1 + e^{-x}}\right)$
$= \sigma(x)\left(\dfrac{1-1+e^{-x}}{1 + e^{-x}}\right)$
$= \sigma(x)\left(\dfrac{1+e^{-x}}{1 + e^{-x}}-\dfrac{e^{-x}}{1 + e^{-x}} \right)$
$= \sigma(x)\left(1-\dfrac{e^{-x}}{1 + e^{-x}} \right)$
$= \sigma(x)(1 - \sigma(x))$
2. シグモイド関数のグラフ

はるか
シグモイド関数って結局、何に使われる?

ふゅか
活性化関数として使われることがあるわ。ただ、勾配消失という問題があるの。
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