Keras-Keras的初体验

Keras是一个很火的深度学习高级框架,其中包含了几个成熟模型及相关的工具,十分强大。

Keras本身的文档十分棒,直接参考文档能够慢慢的走近Keras的殿堂,这份文档尤其对新手十分友好,甚至细致到指出机器配置,指出阅读文档某一部分需要对哪些知识点有怎样程度的理解。

文档链接:https://keras-cn.readthedocs.io/en/

Sequential(翻译为序贯)模型是一个十分基础款的模型,能够对一些简单的数据进行建模预测。

文档中给出了一个较为简单的例子,由于我只是一个处于入门阶段的小菜鸡,于是决定从一个更加简单的例子入手。

用Sequential模型构造一个“逻辑与门”,也就是布尔代数中的“与”操作。

使用了一个简单的神经网络来进行训练,模拟与门逻辑,根据对应的输入给出输出

可以简单的回顾一下与门,两输入的与门是比较常见的与门,由此可以构造更复杂的多输入与门。当输入端全部输入逻辑True(记为1)的时候输出也为True,当两个输入端中有至少一个是False(记为0),输出为False。

也就有如下的输入输出关系:

输入1 输入2 输出
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1

第一步:

创建一个Sequential模型

from keras.models import Sequential

model = Sequential()

第二步:

为模型添加层(Layer)

其实这是一个十分简单的逻辑,应该只需要一个神经元就能够解决(拟合)这个逻辑,但是这边为了多一些尝试使用两层神经元,使用全连接神经元(Dense)

image-20181030160327703
# 一个全连接层, 有两个神经元,使用relu函数激活,定义的输入参数是一个长度为2的一维向量
model.add(Dense(2, activation="relu", batch_input_shape=(None, 2)))

# 一个全连接输出层,有一个输出神经元,使用sigmoid函数激活,定义输出为一个标量
model.add(Dense(1, activation="sigmoid"))

第三步:

设置模型的优化器,损失函数,评估量度及编译模型

# 使用SGD(随机梯度下降法)作为优化器(Optimizer),用来反向反馈怼模型权重参数进行调整
sgd = SGD(lr=0.01, decay=0.0000001, momentum=0.9)
# 使用(binary_crossentropy) 作为损失(loss)函数,计算模型预测值与真实值之间的差距
loss = "binary_crossentropy"
# 使用准确率(accuracy)作为评估模型好坏的量度
measure = "accuracy"
# 编译模型
model.compile(optimizer=sgd, loss=loss, metrics=[measure])

第四步:

构造训练数据,将得到一个100x2的矩阵作为data,一个100*1的向量作为label

# lambda表达式计算与门正确输出
lbda = lambda x:x[0]&x[1]
# 输入数据是一组长度为2的向量,向量值只能取0或1
data = np.random.randint(2, size=(100, 2))
# 使用lambda表达式根据输入计算输出
labels = np.array(list(map(lbda, data)))

第五步:

进行模型的训练,训练epoch(就是所有数据都用来训练一次为1epoch)指定为1000,并且每次数据的batch指定为32个,从训练数据集中分出10%的数据作为验证集

model.fit(data, labels, epochs=1000, batch_size=32, validation_split=0.1)

第六步:

使用测试集计算最终模型的准确度和损失,并且打印结果。

score = model.evaluate(test_data, test_labels, batch_size=32)
print("%s : %s" % (model.metrics_names[0], score[0]))
print("%s : %s" % (model.metrics_names[1], score[1]))

如果一切都非常的顺利,1000epochs后可以得到一个实现与门功能的Sequential模型:

step_6_1.png

由于使用的神经元较少,很容易落入局部最优,多训练几次就能看到模型训练结束的时候准确率达不到100%

step_6_2.png

问题1: 这其中出现了什么事情呢?我们怎么去定位+解决?

问题2: 为什么每次训练的结果不一样呢?那么科学研究基本凭借的是缘分了?

以上两个问题且听下回分解。

2018-10-30

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