Tensorflow--RNN-LSTM循环神经网络

Posted 2021-03-08 sccq

train.py:

# -*- coding: UTF-8 -*-

"""
训练神经网络模型

大家之后可以加上各种的 name_scope（命名空间）
用 TensorBoard 来可视化

==== 一些术语的概念 ====
# Batch size : 批次(样本)数目。一次迭代（Forword 运算（用于得到损失函数）以及 BackPropagation 运算（用于更新神经网络参数））所用的样本数目。Batch size 越大，所需的内存就越大
# Iteration : 迭代。每一次迭代更新一次权重（网络参数），每一次权重更新需要 Batch size 个数据进行 Forward 运算，再进行 BP 运算
# Epoch : 纪元/时代。所有的训练样本完成一次迭代

# 假如 : 训练集有 1000 个样本，Batch_size=10
# 那么 : 训练完整个样本集需要： 100 次 Iteration，1 个 Epoch
# 但一般我们都不止训练一个 Epoch

==== 超参数（Hyper parameter）====
init_scale : 权重参数（Weights）的初始取值跨度，一开始取小一些比较利于训练
learning_rate : 学习率，训练时初始为 1.0
num_layers : LSTM 层的数目（默认是 2）
num_steps : LSTM 展开的步（step）数，相当于每个批次输入单词的数目（默认是 35）
hidden_size : LSTM 层的神经元数目，也是词向量的维度（默认是 650）
max_lr_epoch : 用初始学习率训练的 Epoch 数目（默认是 10）
dropout : 在 Dropout 层的留存率（默认是 0.5）
lr_decay : 在过了 max_lr_epoch 之后每一个 Epoch 的学习率的衰减率，训练时初始为 0.93。让学习率逐渐衰减是提高训练效率的有效方法
batch_size : 批次(样本)数目。一次迭代（Forword 运算（用于得到损失函数）以及 BackPropagation 运算（用于更新神经网络参数））所用的样本数目
（batch_size 默认是 20。取比较小的 batch_size 更有利于 Stochastic Gradient Descent（随机梯度下降），防止被困在局部最小值）
"""

from utils import *
from network import *

def train(train_data, vocab_size, num_layers, num_epochs, batch_size, model_save_name,
          learning_rate=1.0, max_lr_epoch=10, lr_decay=0.93, print_iter=50):
    # 训练的输入
    training_input = Input(batch_size=batch_size, num_steps=35, data=train_data)

    # 创建训练的模型
    m = Model(training_input, is_training=True, hidden_size=650, vocab_size=vocab_size, num_layers=num_layers)

    # 初始化变量的操作
    init_op = tf.global_variables_initializer()

    # 初始的学习率（learning rate）的衰减率
    orig_decay = lr_decay

    with tf.Session() as sess:
        sess.run(init_op)  # 初始化所有变量

        # Coordinator（协调器），用于协调线程的运行
        coord = tf.train.Coordinator()
        # 启动线程
        threads = tf.train.start_queue_runners(coord=coord)

        # 为了用 Saver 来保存模型的变量
        saver = tf.train.Saver() # max_to_keep 默认是 5, 只保存最近的 5 个模型参数文件

        # 开始 Epoch 的训练
        for epoch in range(num_epochs):
            # 只有 Epoch 数大于 max_lr_epoch（设置为 10）后，才会使学习率衰减
            # 也就是说前 10 个 Epoch 的学习率一直是 1, 之后每个 Epoch 学习率都会衰减
            new_lr_decay = orig_decay ** max(epoch + 1 - max_lr_epoch, 0)
            m.assign_lr(sess, learning_rate * new_lr_decay)

            # 当前的状态
            # 第二维是 2 是因为对每一个 LSTM 单元有两个来自上一单元的输入：
            # 一个是 前一时刻 LSTM 的输出 h(t-1)
            # 一个是 前一时刻的单元状态 C(t-1)
            current_state = np.zeros((num_layers, 2, batch_size, m.hidden_size))

            # 获取当前时间，以便打印日志时用
            curr_time = datetime.datetime.now()

            for step in range(training_input.epoch_size):
                # train_op 操作：计算被修剪（clipping）过的梯度，并最小化 cost（误差）
                # state 操作：返回时间维度上展开的最后 LSTM 单元的输出（C(t) 和 h(t)），作为下一个 Batch 的输入状态
                if step % print_iter != 0:
                    cost, _, current_state = sess.run([m.cost, m.train_op, m.state], feed_dict={m.init_state: current_state})
                else:
                    seconds = (float((datetime.datetime.now() - curr_time).seconds) / print_iter)
                    curr_time = datetime.datetime.now()
                    cost, _, current_state, acc = sess.run([m.cost, m.train_op, m.state, m.accuracy], feed_dict={m.init_state: current_state})
                    # 每 print_iter（默认是 50）打印当下的 Cost（误差/损失）和 Accuracy（精度）
                    print("Epoch {}, 第 {} 步, 损失: {:.3f}, 精度: {:.3f}, 每步所用秒数: {:.2f}".format(epoch, step, cost, acc, seconds))

            # 保存一个模型的变量的 checkpoint 文件
            saver.save(sess, save_path + ‘/‘ + model_save_name, global_step=epoch)
        # 对模型做一次总的保存
        saver.save(sess, save_path + ‘/‘ + model_save_name + ‘-final‘)

        # 关闭线程
        coord.request_stop()
        coord.join(threads)


if __name__ == "__main__":
    if args.data_path:
        data_path = args.data_path
    train_data, valid_data, test_data, vocab_size, id_to_word = load_data(data_path)

    train(train_data, vocab_size, num_layers=2, num_epochs=70, batch_size=20,
          model_save_name=‘train-checkpoint‘)

运行结果（省去了一部分）：