如果你在以下情况下需要深度学习库,请使用 Keras:
Keras 的核心数据结构是 model,一种组织网络层的方式。最简单的模型是 Sequential 顺序模型,它由多个网络层线性堆叠。
from keras.models import Sequential
model = Sequential()
from keras.layers import Dense
model.add(Dense(units=64, activation='relu', input_dim=100))
model.add(Dense(units=10, activation='softmax'))
model.compile(loss='categorical_crossentropy',
optimizer='sgd',
metrics=['accuracy'])
可以批量地在训练数据上进行迭代了:
# x_train 和 y_train 是 Numpy 数组 -- 就像在 Scikit-Learn API 中一样。
model.fit(x_train, y_train, epochs=5, batch_size=32)
只需一行代码就能评估模型性能:
loss_and_metrics = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size=128)
新数据预测:
classes = model.predict(x_test, batch_size=128)
顺序模型是多个网络层的线性堆叠。
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense, Activation
model = Sequential([
Dense(32, input_shape=(784,)),
Activation('relu'),
Dense(10),
Activation('softmax'),
])
model = Sequential()
model.add(Dense(32, input_dim=784))
model.add(Activation('relu'))
顺序模型中的第一层(且只有第一层,因为下面的层可以自动地推断尺寸)需要接收关于其输入尺寸的信息。有几种方法来做到这一点:
model = Sequential()
model.add(Dense(32, input_shape=(784,)))
在训练模型之前,您需要配置学习过程,这是通过 compile
方法完成的。它接收三个参数:
optimizer
。它可以是现有优化器的字符串标识符,如 rmsprop 或 adagrad,也可以是 Optimizer 类的实例。loss
,模型试图最小化的目标函数。它可以是现有损失函数的字符串标识符,如 categorical_crossentropy 或 mse,也可以是一个目标函数。metrics
。对于任何分类问题,你都希望将其设置为 metrics = [‘accuracy’]。评估标准可以是现有的标准的字符串标识符,也可以是自定义的评估标准函数。# 多分类问题
model.compile(optimizer='rmsprop',
loss='categorical_crossentropy',
metrics=['accuracy'])
# 二分类问题
model.compile(optimizer='rmsprop',
loss='binary_crossentropy',
metrics=['accuracy'])
# 均方误差回归问题
model.compile(optimizer='rmsprop',
loss='mse')
# 自定义评估标准函数
import keras.backend as K
def mean_pred(y_true, y_pred):
return K.mean(y_pred)
model.compile(optimizer='rmsprop',
loss='binary_crossentropy',
metrics=['accuracy', mean_pred])
Keras 模型在输入数据和标签的 Numpy 矩阵上进行训练。为了训练一个模型,你通常会使用 fit
函数
# 对于具有 10 个类的单输入模型(多分类分类):
model = Sequential()
model.add(Dense(32, activation='relu', input_dim=100))
model.add(Dense(10, activation='softmax'))
model.compile(optimizer='rmsprop',
loss='categorical_crossentropy',
metrics=['accuracy'])
# 生成虚拟数据
import numpy as np
data = np.random.random((1000, 100))
labels = np.random.randint(10, size=(1000, 1))
# 将标签转换为分类的 one-hot 编码
one_hot_labels = keras.utils.to_categorical(labels, num_classes=10)
# 训练模型,以 32 个样本为一个 batch 进行迭代
model.fit(data, one_hot_labels, epochs=10, batch_size=32)
# 在测试模式,返回误差值和评估标准值
score = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size=16)
# 为输入样本生成输出预测
predict = model.predict(x, batch_size=32)
真实数据集的示例模型:
所有 Keras 网络层都有很多共同的函数:
layer.get_weights()
: 以含有Numpy矩阵的列表形式返回层的权重。
layer.set_weights(weights)
: 从含有Numpy矩阵的列表中设置层的权重(与get_weights的输出形状相同)。
layer.get_config()
: 返回包含层配置的字典。此图层可以通过以下方式重置:
layer = Dense(32)
config = layer.get_config()
reconstructed_layer = Dense.from_config(config)
如果一个层具有单个节点 (i.e. 如果它不是共享层), 你可以得到它的输入张量、输出张量、输入尺寸和输出尺寸:
如果层有多个节点 (参见: 层节点和共享层的概念), 您可以使用以下函数:
Dense
keras.layers.Dense(units, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='glorot_uniform', bias_initializer='zeros', kernel_regularizer=None, bias_regularizer=None, activity_regularizer=None, kernel_constraint=None, bias_constraint=None)
就是你常用的的全连接层。
Dense 实现以下操作: output = activation(dot(input, kernel) + bias)
其中 activation 是按逐个元素计算的激活函数,kernel 是由网络层创建的权值矩阵,以及 bias 是其创建的偏置向量 (只在 use_bias 为 True 时才有用)。
注意: 如果该层的输入的秩大于2,那么它首先被展平然后 再计算与 kernel 的点乘。
# 作为 Sequential 模型的第一层
model = Sequential()
model.add(Dense(32, input_shape=(16,)))
# 现在模型就会以尺寸为 (*, 16) 的数组作为输入,
# 其输出数组的尺寸为 (*, 32)
# 在第一层之后,你就不再需要指定输入的尺寸了:
model.add(Dense(32))
输入尺寸
nD 张量,尺寸: (batch_size, …, input_dim)。 最常见的情况是一个尺寸为 (batch_size, input_dim) 的 2D 输入。
输出尺寸
nD 张量,尺寸: (batch_size, …, units)。 例如,对于尺寸为 (batch_size, input_dim) 的 2D 输入, 输出的尺寸为 (batch_size, units)。
Conv1D
keras.layers.Conv1D(filters, kernel_size, strides=1, padding='valid', data_format='channels_last', dilation_rate=1, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='glorot_uniform', bias_initializer='zeros', kernel_regularizer=None, bias_regularizer=None, activity_regularizer=None, kernel_constraint=None, bias_constraint=None)
1D 卷积层 (例如时序卷积)。
该层创建了一个卷积核,该卷积核以 单个空间(或时间)维上的层输入进行卷积, 以生成输出张量。 如果 use_bias 为 True, 则会创建一个偏置向量并将其添加到输出中。 最后,如果 activation 不是 None,它也会应用于输出。
当使用该层作为模型第一层时,需要提供 input_shape 参数(整数元组或 None),例如, (10, 128) 表示 10 个 128 维的向量组成的向量序列, (None, 128) 表示 128 维的向量组成的变长序列
参数
MaxPooling1D
keras.layers.MaxPooling1D(pool_size=2, strides=None, padding='valid', data_format='channels_last')
对于时序数据的最大池化。
参数
AveragePooling1D
keras.layers.AveragePooling1D(pool_size=2, strides=None, padding='valid', data_format='channels_last')
对于时序数据的平均池化。
参数
参考文献:Keras中文文档