李宏毅 Keras2.0演示

李宏毅 Keras2.0演示

不得不说李宏毅老师讲课的风格我真的十分喜欢的。

在keras2.0中，李宏毅老师演示的是手写数字识别（这个深度学习框架中的hello world）

创建网络

首先我们需要建立一个Network scratch，input是28*25的dimension，其实就是说这是一张image，image的解析度是28∗28，我们把它拉成长度是28∗28维的向量。output呢？

现在做的是手写数字辨识，所以要决定它是0-9的哪个数字，output就是每一维对应的数字，所以output就是10维。

中间假设你要两个layer，每个layer有500个hidden neuro，那么你会怎么做呢。

如果用Keras的话，首先需要声明一个network

model=Sequential()

然后你需要吧第一个hidden layer加进去，需要怎么做呢？很简单，只需要add即可。

model.add(Dense(input_dim=28*28,units=500,activation='relu'))

Dense意思就是说你加一个全连接网络，可以加其他的，比如加Con2d，就是加一个convolution layer，这些都很简单。input_dim是说输入的维度是多少，units表示hidden layer的neuro 数，

activation就是激活函数，每个activation是一个简单的英文缩写，比如relu，softplus，softsign，sigmoid，tanh，hard_sigmoid，linear 再加第二个layer，就不需再宣告input_dim，因为它的输入就是

上一层的units，所以不需要再定义一次，在这，只需要声明units和activation

model.add(Dense(units=500,activation='relu'))

配置

第二过程你要做一下configuration，你要定义loss function，选一个optimizer，以及评估指标metrics，其实所有的optimizer都是Gradent descent based，只是有不同的方法来决定

learning rate，比如Adam，SGD，RMSprop，Adagrad，Adalta，Adamax ，Nadam等，设完configuration之后你就可以开始train你的Network

model.compile(loss='categorical crossentropy',optimizer='adam',metrics=['accuracy'])

选择最好的方程

model.fit(x_train,y_train,batch_size=100,epochs=20)

call model.fit 方法，它就开始用Gradent Descent帮你去train你的Network，那么你要给它你的train_data input 和label，这里x_train代表image，y_train代表image的label，关于x_train和y_train的格式，你都要存成numpy array。

那么x_train怎样表示呢？第一个轴表示example，第二个轴代表每个example用多长vecter来表示它。x_train就是一个matrix。y_train也存成一个二维matrix，第一个维度一样代表training examples，

第二维度代表着现在有多少不同的case，只有一维是1，其他的都是0，每一维都对应一个数字，比如第0维对应数字0，如果第N维是1，对应的数字就是N。

使用模型

1.存储和载入模型Save and load models参考kers的说明

2.模型的使用：接下来就要拿这个Network进行使用，使用有两个不通的情景，这两个不同的情景一个是evalution，即为model在test data上表现的怎么样，call evaluate这个函数，然后把x_test，y_test喂给它，就会自动给你计算出Accuracy。它会output一个二维的向量，第一个维度代表了在test set上loss，第二个维度代表了在test set上的accuracy，这两个值是不一样的。loss可能用cross_entropy，Accuraccy是对与不对，即正确率。

case 1

score = model.evaluate(x_test,y_test)
print('Total loss on Testiong Set : ',score[0])
print('Accuracy of Testiong Set : ',score[1])

case 2

第二种是做predict，就是系统上线后，没有正确答案的，call predict进行预测

result = model.predict(x_test)

其他

Sequential序贯模型

是函数式模型的简略版，为最简单的线性、从头到尾的结构顺序，不分叉，是多个网络层的线性堆叠。

Keras实现了很多层，包括core核心层，Convolution卷积层、Pooling池化层等非常丰富有趣的网络结构。

我们可以通过将层的列表传递给Sequential的构造函数，来创建一个Sequential模型。

 from keras.models import Sequential
 from keras.layers import Dense, Activation

 model = Sequential([
     Dense(32, input_shape=(784,)),
     Activation('relu'),
     Dense(10),
     Activation('softmax'),
 ])

也可以使用.add（）方法将各层添加到模型中：

 model = Sequential()
 model.add(Dense(32, input_dim=784))
 model.add(Activation('relu'))

输入数据的尺寸：

模型需要知道它所期待的输入的尺寸（shape）。出于这个原因，序贯模型中的第一层（只有第一层，因为下面的层可以自动的推断尺寸）需要接收关于其输入尺寸的信息，后面的各个层则可以自动的推导出中间数据的shape，因此不需要为每个层都指定这个参数。

• 某些2D层，例如Dense，支持通过参数input_dim指定输入尺寸，某些3D时序层支持input_dim和input_length参数。
• 传递一个input_shape参数给第一层，他是表示尺寸的元组（一个整数orNone的元组，其中None表示可能为任何整数）。在input_shape中不包含数据的batch大小。

model = Sequential()
model.add(Dense(32, input_shape=(784,)))

#等价

model = Sequential()
model.add(Dense(32, input_dim=784))

编译

在训练模型之前，我们需要配置学习过程，这是通过compile方法完成的，他接收三个参数：

• 优化器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。详见：optimizers
• 损失函数loss：模型视图最小化的目标函数。他可以是现有损失函数的标识符，如categorical_crossentropy或者mse，也可以是一个目标函数。
• 评估标准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])

训练

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，通常使用fit函数

# 对于具有2个类的单输入模型（二进制分类）：

model = Sequential()
model.add(Dense(32, activation='relu', input_dim=100))
model.add(Dense(1, activation='sigmoid'))
model.compile(optimizer='rmsprop',
              loss='binary_crossentropy',
              metrics=['accuracy'])

# 生成虚拟数据
import numpy as np
data = np.random.random((1000, 100))
labels = np.random.randint(2, size=(1000, 1))

# 训练模型，以 32 个样本为一个 batch 进行迭代
model.fit(data, labels, epochs=10, batch_size=32)

# 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)

源代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time : 2019/9/9 13:23
# @Author : BaoBao
# @Mail : baobaotql@163.com
# @File : test5.py
# @Software: PyCharm

import numpy as np
from keras.models import Sequential     #序贯模型
from keras.layers.core import Dense,Dropout,Activation
from keras.optimizers import SGD,Adam
from keras.utils import np_utils
from keras.datasets import mnist

def load_data():
    (x_train,y_train),(x_test,y_test)=mnist.load_data()     #载入数据
    number=10000
    x_train=x_train[0:number]
    y_train=y_train[0:number]

    x_train=x_train.reshape(number,28*28)
    x_test=x_test.reshape(x_test.shape[0],28*28)

    x_train=x_train.astype('float32')       #astype转换数据类型
    x_test=x_test.astype('float32')

    y_train=np_utils.to_categorical(y_train,10)
    y_test=np_utils.to_categorical(y_test,10)

    x_train=x_train
    x_test=x_test

    x_train=x_train/255
    x_test=x_test/255
    return (x_train,y_train),(x_test,y_test)

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

model=Sequential()
model.add(Dense(input_dim=28*28,units=689,activation='sigmoid'))
model.add(Dense(units=689,activation='sigmoid'))
model.add(Dense(units=689,activation='sigmoid'))
model.add(Dense(units=10,activation='softmax'))

model.compile(loss='mse',optimizer=SGD(lr=0.1),metrics=['accuracy'])

#train 模型
model.fit(x_train,y_train,batch_size=100,epochs=20)

#测试结果 并打印accuary
result= model.evaluate(x_test,y_test)

# print('\nTest loss:', result[0])
# print('\nAccuracy:', result[1])

print('TEST ACC :',result[1])