过拟合及过拟合处理

文章

    • 一、过拟合
      • 过拟合示例代码:
        • 1.导入第三方库
        • 2.加载数据及数据处理
        • 3.搭建模型
        • 4.训练模型
        • 5.分析训练过程
    • 二、Dropout层
      • 解决过拟合问题
    • 三、构建网络的总原则

一、过拟合

过拟合:在训练数据上得分,在测试数据上得分相对比较
欠拟合:在训练数据上得分比较,在测试数据上得分相对比更低

过拟合示例代码:

代码运行平台为jupyter-notebook,文章中的代码块,也是按照jupyter-notebook中的划分顺序进行书写的,运行文章代码,直接分单元粘入到jupyter-notebook即可。

1.导入第三方库

import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf
import pandas as pd
import numpy as np
%matplotlib inline

2.加载数据及数据处理

# 载入fashion_mnist数据
(train_image,train_label),(test_image,test_label) = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()
# 对数据进行归一化
train_image = train_image/255.
test_image = test_image/255.
# 将顺序编码转为独热编码
train_label_onehot = tf.keras.utils.to_categorical(train_label)
test_label_onehot = tf.keras.utils.to_categorical(test_label)

3.搭建模型

model = tf.keras.Sequential()
model.add(tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28,28))) 
model.add(tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'))
model.add(tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'))
model.add(tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'))
model.add(tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax'))

4.训练模型

model.compile(optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.001),
              loss='categorical_crossentropy',
              metrics=['acc']
)

history = model.fit(train_image, train_label_onehot, 
                    epochs=10, 
                    validation_data=(test_image, test_label_onehot))
# dict_keys(['loss', 'acc', 'val_loss', 'val_acc'])
print(history.history.keys())

5.分析训练过程

# 绘制训练集准确率随训练批次的变化关系
plt.plot(history.epoch, history.history.get('acc'), label='acc')
# 绘制验证集准确率随训练批次的变化关系
plt.plot(history.epoch, history.history.get('val_acc'), label='val_acc')
plt.legend()

过拟合及过拟合处理_第1张图片
验证数据集上的loss有一个先下降后上升的过程,而在训练数据集上的loss是不断的在下降,模型就是在训练集上效果很好,在验证机上效果一般,说明模型有过拟合的表现

# 绘制训练集损失随训练批次的变化关系
plt.plot(history.epoch, history.history.get('loss'), label='loss')
# 绘制验证集损失随训练批次的变化关系
plt.plot(history.epoch, history.history.get('val_loss'), label='val_loss')
plt.legend()

过拟合及过拟合处理_第2张图片
从正确率这里也可以看到,模型在训练集和验证集上的正确率有着巨大的鸿沟,这也说明着模型存在过拟合表现。

二、Dropout层

解决过拟合问题

过拟合及过拟合处理_第3张图片
使用dropout之后,每次训练都只是使用部分神经元进行训练,然后模型训练完之后,最后测试的时候,是使用所有神经元进行测试的,所以可以在一定程度上避免过拟合问题的产生。

只需要在示例代码中的搭建模型加上dropout层即可:

model = tf.keras.Sequential()
model.add(tf.keras.layers.Flatten(input_shape=(28,28)))  # 28*28
model.add(tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'))
model.add(tf.keras.layers.Dropout(0.5))
model.add(tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'))
model.add(tf.keras.layers.Dropout(0.5))
model.add(tf.keras.layers.Dense(128, activation='relu'))
model.add(tf.keras.layers.Dropout(0.5))
model.add(tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax'))

三、构建网络的总原则

  • 1.增大网络容量,网络复杂度,直到模型过拟合
  • 2.采取措施抑制过拟合(dropout,正则化,图像增强)
  • 3.调节参数(训练批次,学习率等等)

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