tf.keras入门1——使用sequential model建立一个VGGlike模型

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了tf.keras入门1——使用sequential model建立一个VGGlike模型相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

建立一个简单的模型

sequential model

sequential model是一个线性堆叠layers的模型。你既可以通过使用List加入layers的方法初始化,也可以通过.add方法添加layers。

为了建立一个简单的模型,这里以一个全连接层的多层感知机为例:

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from keras import layers
model = Sequential([
    layers.Dense(32, activation=relu),
    layers.Dense(64, activation=relu),
    layers.Dense(10, activation=softmax),
])

OR

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from keras import layers

#instance a Sequential model
model = tf.keras.Sequential()
# Adds a densely-connected layer with 64 units to the model:
model.add(layers.Dense(64, activation=relu))
# Add another:
model.add(layers.Dense(64, activation=relu))
# Add a softmax layer with 10 output units:
model.add(layers.Dense(10, activation=softmax))

 

Specifying the input shape

模型需要知道他应该期望的输入shape。出于这个原因,sequential model中第一层(也只有第一层,因为后面的层可以进行自动判断形状)需要接收有关其输入shape的信息。具体方法如下:

  • 在第一层参数中添加input_shape=(64,),这个input_shape是一个元组,如果不填写(或=None)表示任何正整数都可以,在input_shape中不包括batch的维度。
  • 而在2D layers中,比如Dense可以通过参数input_dim支持输入shape。而在某些3D temporal layers则通过参数input_dim和input_length来支持。
  • 如果你需要为输入指定固定的批处理大小,则可以将batch_size参数传给layer。如果你想传递batch_size=32,而input_shape=(6,8)传给layers,则每一层期望的输入为(32,8,6)
  • 更多关于全连接层的相关参数可以查看tf.keras.layers.Dense ,包括kernel_regularizer即L1L2正则化,activation激活函数等等。

比如下面这个例子两种形式都是一样的效果:

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from keras import layers

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

# the same as:
# model = Sequential()
# model.add(layers.Dense(32,input_dim=784))

 

Compilation

在训练模型之前,我们需要配置学习过程,这是通过compile方法(是tf.keras.Model类的方法)完成的。参数如下:

compile(
    optimizer,
    loss=None,
    metrics=None,
    loss_weights=None,
    sample_weight_mode=None,
    weighted_metrics=None,
    target_tensors=None,
    distribute=None,
    **kwargs
)

其中最重要的三个参数:

An optimizer:他可以是现有的优化器(比如rmspropadagrad)的字符串标识符,也可以是Optimizer 类的实例化。

A loss function:这个是模型试图最小化的目标,他可以是现有的损失函数的字符串标识符(比如categorical_crossentropy mse),也可以是自定义的目标函数。详见:losses

A list of metrics:对于任何分类问题,您需要将其设置为metrics = [‘accuracy‘]。要为多输出模型的不同输出指定不同的度量,您还可以传递字典,例如metrics = ‘output_a‘:‘accuracy‘,‘output_b‘:[‘accuracy‘,‘mse‘]。 您还可以传递指标列表的列表(len = len(输出)),例如metrics = [[‘accuracy‘],[‘accuracy‘,‘mse‘]]或metrics = [‘accuracy‘,[‘precision) ‘,‘mse‘]]。metrics可以是现有度量的字符串标识符或自定义度量函数。

简单例子如下:

# For a multi-class classification problem
model.compile(optimizer=rmsprop,
              loss=categorical_crossentropy,
              metrics=[accuracy])

# For a binary classification problem
model.compile(optimizer=rmsprop,
              loss=binary_crossentropy,
              metrics=[accuracy])

# For a mean squared error regression problem
model.compile(optimizer=rmsprop,
              loss=mse)

# For custom metrics
import tensorflow as tf
from tensorflow,keras import 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])

 

Training

Keras模型在Numpy输入数据和标签整列上进行训练,对于训练模型,通常使用fit函数

 

fit(
    x=None,
    y=None,
    batch_size=None,
    epochs=1,
    verbose=1,
    callbacks=None,
    validation_split=0.0,
    validation_data=None,
    shuffle=True,
    class_weight=None,
    sample_weight=None,
    initial_epoch=0,
    steps_per_epoch=None,
    validation_steps=None,
    validation_freq=1,
    max_queue_size=10,
    workers=1,
    use_multiprocessing=False,
    **kwargs
)

 

其中输入参数

  x:输入数据,他可以是一个numpy 数组,也可以是tensorflow的tensor(或者 a list of tensor),可以是一个tf.data类,也可以是一个generator等等。

  y:目标数据,x一样也可以是numpy或tensor,他应该和x具有一致性。

  batch_size:整数或者None。代表样本进行一次梯度下降的数量。如果没写,默认是32。

  epoch:整数。

  callback:keras.callbacks.Callback的实例化的list。see:tf.keras.callbacks

  validation_split:0到1之间的浮点数。

返回:

一个history对象,他的history.history属性是一个记录了连续的训练损失值,metrics以及验证损失值和度量损失值。

Raises:

RuntimeError: If the model was never compiled.

ValueError: In case of mismatch between the provided input data and what th

 

最后我们写一个关于Faster RCNN 中前面Backbone是VGG的例子:

技术图片
import numpy as np
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras import layers

# 生成虚假的数据
# 注意:1.np.random.random后面是两个括号。
# 学习如何使用tf随机100*100像素的3通道图像,100个
x_train = np.random.random((100,100,100,3))
y_train = keras.utils.to_categorical(np.random.randint(10,size=(100,1)),num_classes=0)
x_test = np.random.random((20,100,100,3))
y_test = keras.utils.to_categorical(np.random.randint(10,size=(20,1)),num_classes=10)

# 建立一个sequential模型。使用Faster RCNN 的VGG网络。
model = keras.Sequential()
# input: 100x100 images with 3 channels -> (100, 100, 3) tensors.
# this applies 64 convolution filters of size 3x3 each.
# 输入的第一层需要输入input_shape,但是因为是在构建模型,所以不需要输入input,即不用feed数据的占位符。
# Conv2D的参数是:channel_out,kernel_size,stride=1,activation,padding=‘valid‘,data_format=‘channels_last‘(NHWC)
# MaxPool2D的参数是:pool_size,strides=None, padding=‘valid‘, data_format=None
# 其中strides=None即,strides=pool_size
model.add(layers.Conv2D(64,(3,3),activation=relu,padding=same,input_shape=(100,100,3),name=conv1_1))
model.add(layers.Conv2D(64,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv1_2))
model.add(layers.MaxPool2D(pool_size=(2,2),name=pool1))
# -----------------------------------
model.add(layers.Conv2D(128,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv2_1))
model.add(layers.Conv2D(128,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv2_2))
model.add(layers.MaxPool2D(pool_size=(2,2),name=pool2))
# -----------------------------------
model.add(layers.Conv2D(256,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv3_1))
model.add(layers.Conv2D(256,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv3_2))
model.add(layers.Conv2D(256,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv3_3))
model.add(layers.MaxPool2D(pool_size=(2,2),name=pool3))
# -----------------------------------
model.add(layers.Conv2D(512,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv4_1))
model.add(layers.Conv2D(512,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv4_2))
model.add(layers.Conv2D(512,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv4_3))
model.add(layers.MaxPool2D(pool_size=(2,2),name=pool4))
# -----------------------------------
model.add(layers.Conv2D(512,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv5_1))
model.add(layers.Conv2D(512,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv5_2))
model.add(layers.Conv2D(512,(3,3),activation=relu,padding=same,name=conv5_3))
# -----------------------------------
model.add(layers.Flatten(name=flatten6))
model.add(layers.Dense(256, activation=relu,name=fc6))
model.add(layers.Dropout(0.5,name=dropout6))
model.add(layers.Dense(10, activation=softmax,name=fc7))
# 设置SGD参数lr learing rate, decay 衰减, momentum 动量? nesterov
sgd = keras.optimizers.SGD(lr=0.001,decay=1e-6,momentum=0.9,nesterov=True)

# 编译模型
model.compile(loss=categorical_crossentropy, optimizer=sgd)


model.summary()

model.fit(x_train, y_train, batch_size=32, epochs=10)
score = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size=32)  
View Code

 

 

技术图片技术图片

 

 

 

 

 

 

参考:https://keras.io/getting-started/sequential-model-guide/

https://tensorflow.google.cn/beta/guide/keras/overview

 

以上是关于tf.keras入门1——使用sequential model建立一个VGGlike模型的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

TensorFlow2 入门指南 | 12 网络容器 tf.keras.Sequential 用法超全整理!

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