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人工智能AI培训_TensorFlow 2.0 keras快速入门

发布时间： 2019-07-09 14:02:31

人工智能AI培训_TensorFlow 2.0 keras快速入门

1. 导入tf.keras

tensorflow2推荐使用keras构建网络，常见的神经网络都包含在keras.layer中(最新的tf.keras的版本可能和keras不同)

tf.keras是 Keras API 在TensorFlow 里的实现。这是一个高级API，用于构建和训练模型，同时兼容 TensorFlow 的绝大部分功能，比如，eager execution， tf.data模块及 Estimators。 tf.keras使得 TensorFlow 更容易使用，且保持 TF 的灵活性和性能。
首先需要在您的代码开始时导入tf.keras：

import tensorflow as tf

#tensorflow2.0 使用keras一般通过tensorflow.keras来使用，但是pycharm没有提示，原因是因为实际的keras路径放在tensorflow/python/keras，但是在程序中tensorflow有没有python这个目录，解决方法如下
try:

import tensorflow.keras as keras

except:

import tensorflow.python.keras as keras

#这样pycharm既可以有提示，同时也不需要在程序运行的时候修改代码了。非常完美的解决手段，当然如果你不适用ide就不需要这些东西了。

print(tf.__version__)

print(keras.__version__)

tf.keras可以运行任何与Keras兼容的代码，但请记住：

最新TensorFlow版本中的tf.keras版本可能与PyPI的最新keras版本不同。检查tf.keras.version。

保存模型的权重时，tf.keras默认为 checkpoint 格式。通过save_format ='h5'使用HDF5。

2. 构建简单模型

2.1. 模型堆叠

最常见的模型类型是层的堆叠：keras.Sequential 模型

在Keras中，您可以组装图层来构建模型。模型（通常）是图层图。最常见的模型类型是一堆层：tf.keras.Sequential 模型。构建一个简单的全连接网络（即多层感知器）：

# Dense函数参数

#     units: 正整数，输出空间维度。
#     activation: 激活函数 (详见 activations)。若不指定，则不使用激活函数 (即，「线性」激活: a(x) = x)。
#     use_bias: 布尔值，该层是否使用偏置向量。
#     kernel_initializer: kernel 权值矩阵的初始化器 (详见 initializers)。
#     bias_initializer: 偏置向量的初始化器 (see initializers).
#     kernel_regularizer: 运用到 kernel 权值矩阵的正则化函数 (详见 regularizer)。
#     bias_regularizer: 运用到偏置向的的正则化函数 (详见 regularizer)。
#     activity_regularizer: 运用到层的输出的正则化函数 (它的 "activation")。 (详见 regularizer)。
#     kernel_constraint: 运用到 kernel 权值矩阵的约束函数 (详见 constraints)。
#     bias_constraint: 运用到偏置向量的约束函数 (详见 constraints)。

# Dropout参数解释：
#     inputs：必须，即输入数据。
#     rate：可选，默认为 0.5，即 dropout rate，如设置为 0.1，则意味着会丢弃 10% 的神经元。
#     noise_shape：可选，默认为 None，int32 类型的一维 Tensor，它代表了 dropout mask 的 shape，dropout mask 会与 inputs 相乘对 inputs 做转换，例如 inputs 的 shape 为 (batch_size, timesteps, features)，但我们想要 droput - - mask 在所有 timesteps 都是相同的，我们可以设置 noise_shape=[batch_size, 1, features]。
#     seed：可选，默认为 None，即产生随机熟的种子值。
#     training：可选，默认为 False，布尔类型，即代表了是否标志位 training 模式。
#     name：可选，默认为 None，dropout 层的名称。

model = keras.Sequential([

tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28, 28)),

tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'),

tf.keras.layers.Dropout(0.2),

tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')

])

2.2. 网络配置

tf.keras.layers中网络配置：

activation：设置层的激活函数。此参数由内置函数的名称指定，或指定为可调用对象。默认情况下，系统不会应用任何激活函数。

kernel_initializer 和 bias_initializer：创建层权重（核和偏差）的初始化方案。此参数是一个名称或可调用对象，默认为 “Glorot uniform” 初始化器。

kernel_regularizer 和 bias_regularizer：应用层权重（核和偏差）的正则化方案，例如 L1 或 L2 正则化。默认情况下，系统不会应用正则化函数。

keras.layers.Dense(32, activation='sigmoid')

keras.layers.Dense(32, activation=tf.sigmoid)

keras.layers.Dense(32, kernel_initializer='orthogonal')

keras.layers.Dense(32, kernel_initializer=tf.keras.initializers.glorot_normal)

keras.layers.Dense(32, kernel_regularizer=tf.keras.regularizers.l2(0.01))

keras.layers.Dense(32, kernel_regularizer=tf.keras.regularizers.l1(0.01))

3. 训练和评估

3.1. 设置训练流程

构建模型后，通过调用compile方法配置其训练过程：

# compile函数：在模型准备好进行培训之前，它需要更多设置。这些是在模型的编译步骤中添加的：

#
#     损失函数 - 这可以衡量模型在训练过程中的准确程度。我们希望最小化此功能，以便在正确的方向上“引导”模型。
#     优化器 - 这是基于它看到的数据及其损失函数更新模型的方式。
#     度量标准 - 用于监控培训和测试步骤。以下示例使用精度，即正确分类的图像的分数。

model.compile(optimizer='adam',

loss='sparse_categorical_crossentropy',

metrics=['accuracy'])

compile有三个重要参数：

· optimizer：训练过程的优化方法。此参数通过 tf.train 模块的优化方法的实例来指定，比如：AdamOptimizer， RMSPropOptimizer， GradientDescentOptimizer。

· loss：训练过程中使用的损失函数（通过最小化损失函数来训练模型）。常见的选择包括：均方误差（mse），categorical_crossentropy和binary_crossentropy。损失函数由名称或通过从tf.keras.losses模块传递可调用对象来指定。

· metrics：训练过程中，监测的指标（Used to monitor training）。
指定方法：名称或可调用对象 from the tf.keras.metrics 模块。
以下显示了配置培训模型的几个示例：

# Configure a model for mean-squared error regression.

model.compile(optimizer=tf.train.AdamOptimizer(0.01),

loss='mse', # mean squared error

metrics=['mae']) # mean absolute error

# Configure a model for categorical classification.

model.compile(optimizer=tf.train.RMSPropOptimizer(0.01),

loss=keras.losses.categorical_crossentropy,

metrics=[keras.metrics.categorical_accuracy])

3.2. compile函数

keras model.compile(loss='目标函数 ', optimizer='adam', metrics=['accuracy'])

目标函数，或称损失函数，是网络中的性能函数，也是编译一个模型必须的两个参数之一。由于损失函数种类众多，下面以keras官网手册的为例。

在官方keras.io里面，有如下资料：

· mean_squared_error或mse

· mean_absolute_error或mae

· mean_absolute_percentage_error或mape

· mean_squared_logarithmic_error或msle

· squared_hinge

· hinge

· binary_crossentropy（亦称作对数损失，logloss）

· categorical_crossentropy：亦称作多类的对数损失，注意使用该目标函数时，需要将标签转化为形如(nb_samples, nb_classes)的二值序列

· sparse_categorical_crossentrop：如上，但接受稀疏标签。注意，使用该函数时仍然需要你的标签与输出值的维度相同，你可能需要在标签数据上增加一个维度：np.expand_dims(y,-1)

· kullback_leibler_divergence:从预测值概率分布Q到真值概率分布P的信息增益,用以度量两个分布的差异.

· cosine_proximity：即预测值与真实标签的余弦距离平均值的相反数

3.3. 评估与预测

tf.keras.Model.evaluate 和 tf.keras.Model.predict 方法能够使用 NumPy 数据和 tf.data.Dataset 数据。要评估所提供数据的推理模式损失和指标，并且作为NumPy数组，预测所提供数据的推断中最后一层的输出：

#训练和评估模型：

model.fit(x_train, y_train, epochs=5)

test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test,y_test)

print('Test accuracy:', test_acc)

predictions = model.predict(x_test)

print("==================")

print(predictions)

3.4. 完整代码

from __future__ import absolute_import, division, print_function, unicode_literals

import tensorflow as tf
#tensorflow2.0 使用keras一般通过tensorflow.keras来使用，但是pycharm没有提示，原因是因为实际的keras路径放在tensorflow/python/keras，但是在程序中tensorflow有没有python这个目录，解决方法如下
try:

import tensorflow.keras as keras

except:

import tensorflow.python.keras as keras

#加载并准备MNIST数据集，将样本从整数转换为浮点数

mnist = keras.datasets.mnist

(x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data()

#将数据归一化,在训练网络之前，必须对数据进行预处理。如果您检查训练集中的第一个图像，您将看到像素值落在0到255的范围内
# 在馈送到神经网络模型之前，我们将这些值缩放到0到1的范围。为此，将图像组件的数据类型从整数转换为float，并除以255.0。

x_train, x_test = x_train / 255.0, x_test / 255.0

#通过堆叠图层构建tf.keras.Sequential模型。选择用于训练的优化器和损失函数：
# 该网络中的第一层tf.keras.layers.Flatten将图像的格式从2d阵列（28乘28像素）转换为28 * 28 = 784像素的1d阵列。可以将此图层视为图像中未堆叠的像素行并将其排列。该层没有要学习的参数; 它只重新格式化数据。
# 在像素被展平之后，网络由tf.keras.layers.Dense两层序列组成。这些是密集连接或完全连接的神经层。第一Dense层有128个节点（或神经元）。第二（和最后）层是10节点softmax层 - 这返回10个概率分数的数组，其总和为1.每个节点包含指示当前图像属于10个类之一的概率的分数。

# Dense函数参数
#     units: 正整数，输出空间维度。
#     activation: 激活函数 (详见 activations)。若不指定，则不使用激活函数 (即，「线性」激活: a(x) = x)。
#     use_bias: 布尔值，该层是否使用偏置向量。
#     kernel_initializer: kernel 权值矩阵的初始化器 (详见 initializers)。
#     bias_initializer: 偏置向量的初始化器 (see initializers).
#     kernel_regularizer: 运用到 kernel 权值矩阵的正则化函数 (详见 regularizer)。
#     bias_regularizer: 运用到偏置向的的正则化函数 (详见 regularizer)。
#     activity_regularizer: 运用到层的输出的正则化函数 (它的 "activation")。 (详见 regularizer)。
#     kernel_constraint: 运用到 kernel 权值矩阵的约束函数 (详见 constraints)。
#     bias_constraint: 运用到偏置向量的约束函数 (详见 constraints)。

# Dropout参数解释：
#     inputs：必须，即输入数据。
#     rate：可选，默认为 0.5，即 dropout rate，如设置为 0.1，则意味着会丢弃 10% 的神经元。
#     noise_shape：可选，默认为 None，int32 类型的一维 Tensor，它代表了 dropout mask 的 shape，dropout mask 会与 inputs 相乘对 inputs 做转换，例如 inputs 的 shape 为 (batch_size, timesteps, features)，但我们想要 droput - - mask 在所有 timesteps 都是相同的，我们可以设置 noise_shape=[batch_size, 1, features]。
#     seed：可选，默认为 None，即产生随机熟的种子值。
#     training：可选，默认为 False，布尔类型，即代表了是否标志位 training 模式。
#     name：可选，默认为 None，dropout 层的名称。

model = keras.Sequential([

tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28, 28)),

tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'),

tf.keras.layers.Dropout(0.2),

tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')

])

# compile函数：在模型准备好进行培训之前，它需要更多设置。这些是在模型的编译步骤中添加的：
#
#     损失函数 - 这可以衡量模型在训练过程中的准确程度。我们希望最小化此功能，以便在正确的方向上“引导”模型。
#     优化器 - 这是基于它看到的数据及其损失函数更新模型的方式。
#     度量标准 - 用于监控培训和测试步骤。以下示例使用精度，即正确分类的图像的分数。

model.compile(optimizer='adam',

loss='sparse_categorical_crossentropy',

metrics=['accuracy'])

#训练和评估模型：

model.fit(x_train, y_train, epochs=5)

test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test,y_test)

print('Test accuracy:', test_acc)

predictions = model.predict(x_test)

print("==================")

print(predictions)

本实验利用网上已有的北京房价数据集预测了北京的房价，实现了TensorFlow的线性回归应用。

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2. 构建简单模型

2.1. 模型堆叠

2.2. 网络配置

3. 训练和评估

3.1. 设置训练流程

3.2. compile函数

3.3. 评估与预测

3.4. 完整代码

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