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應用Tensorflow2.0的Eager模式是怎么快速構建神經網絡的

發布時間:2021-12-23 15:54:41 來源:億速云 閱讀:205 作者:柒染 欄目:大數據

應用Tensorflow2.0的Eager模式是怎么快速構建神經網絡的,相信很多沒有經驗的人對此束手無策,為此本文總結了問題出現的原因和解決方法,通過這篇文章希望你能解決這個問題。

TensorFlow是開發深度學習算法的主流框架,近來隨著keras和pytorch等框架的崛起,它受到了不小挑戰,為了應對競爭它本身也在進化,最近新出的2.0版本使得框架的應用更加簡易和容易上手,本節我們就如何使用它2.0版本提出的eager模式進行探討,在后面章節中我們將使用它來開發較為復雜的生成型對抗性網絡。
最新流行的深度學習框架keras一大特點是接口的易用性和可理解性,它在Tensorflow的基礎上進行了深度封裝,它把很多技術細節隱藏起來,同時調整設計模式,使得基于keras的開發比Tensorflow要簡單得多。  但keras對應的問題是,封裝太好雖然有利于易用性,但是不利于開發人員,特別是初學者對模型設計的深入理解,由于我們主題是學習神經網絡的設計原理,由于keras對模型設計模式的細節封裝過度,因此反而不利于學習者。  為了兼顧易用性和對設計細節的把握性,我選擇TF2.0帶來的Eager模式,這樣就能魚和熊掌兼得。
我們首先看看Eager模式和傳統模式有何區別。  傳統模式一大特點是代碼首先要創建一個會話對象,深度學習網絡模型實際上是由多種運算節點構成的一張運算圖,模型運行時需要依賴會話對象對運算圖的驅動和管理,我們先看看傳統模式的基本開發流程:

import tensorflow as tf        a = tf.constant(3.0)    b = tf.placeholder(dtype = tf.float32)    c = tf.add(a,b)    sess = tf.Session() #創建會話對象    init = tf.global_variables_initializer()    sess.run(init) #初始化會話對象    feed = {        b: 2.0    } #對變量b賦值    c_res = sess.run(c, feed) #通過會話驅動計算圖獲取計算結果    print(c_res)
從上面代碼看你會感覺有一種別扭,placeholder用來開辟一塊內存,然后通過feed再把數值賦值到被開辟的內存中,然后再使用run驅動整個計算流程的運轉,這種設計模式與傳統編程模式的區別在于饒了一個彎,對很多TF的初學者而言,一開始要花不少精力去適應這種模式。
我們再看看eager模式下上面代碼的設計過程,首先要注意一點是,要開啟eager模式,需要在最開始處先執行如下代碼:

import tensorflow as tf    import tensorflow.contrib.eager as tfe    tf.enable_eager_execution()
代碼執行后TF就進入eager模式,接下來我們看看如何實現前面的運算步驟:

  
def  add(num1, num2):        a = tf.convert_to_tensor(num1) #將數值轉換為TF張量,這有利于加快運算速度        b = tf.convert_to_tensor(num2)        c = a + b        return c.numpy() #將張量轉換為數值        add_res = add(3.0, 4.0)        print(add_res)
代碼運行后輸出結果7.0,可以看到eager模式的特點是省掉了傳統模式繞彎的特點,它可以像傳統編程模式那樣從上到下的方式執行所有運算步驟,不需要特別去創建一個會話對象,然后再通過會話對象驅動所有運算步驟的執行,這種設計模式就更加簡單易懂
我們看看如何使用eager模式開發一個簡單的神經網絡。  類似”Hello World!”,在神經網絡編程中常用與入門的練手項目叫鳶尾花識別,它的花瓣特征明顯,不同品種對應花瓣的寬度和長度不同,因此可以通過通過神經網絡讀取花瓣信息后識別出其對應的品種,首先我們先加載相應訓練數據:

from sklearn import datasets, preprocessing, model_selection    data = datasets.load_iris() #加載數據到內存    x = preprocessing.MinMaxScaler(feature_range = (-1, 1)).fit_transform(data['data']) #將數據數值預處理到(-1,1)之間方便網絡識別        #把不同分類的品種用向量表示,例如有三個不同品種,那么分別用(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)表示        y = preprocessing.OneHotEncoder(sparse = False).fit_transform(data['target'].reshape(-1, 1))    x_train, x_test, y_train, y_test = model_selection.train_test_split(x, y, test_size = 0.25, stratify = y) #將數據分成訓練集合測試集    print(len(x_train))
代碼運行后可以看到擁有訓練的數據有112條。  接下來我們創建一個簡單的三層網絡:
 class IrisClassifyModel(object):

        def  __init__(self, hidden_unit, output_unit):

            #這里只構建兩層網絡,第一層是輸入數據
   
            self.hidden_layer = tf.keras.layers.Dense(units = hidden_unit, activation = tf.nn.tanh, use_bias = True, name="hidden_layer")

            self.output_layer = tf.keras.layers.Dense(units = output_unit, activation = None, use_bias = True, name="output_layer")

        def  __call__(self, inputs):

            return self.output_layer(self.hidden_layer(inputs))
我們用如下代碼檢測一下網絡構建的正確性:

  
#構造輸入數據檢驗網絡是否正常運行    model = IrisClassifyModel(10, 3)    train_dataset = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_train, y_train))        for x, y in tfe.Iterator(train_dataset.batch(32)):        output = model(x)        print(output.numpy())        break  
代碼如果正確運行并輸出相應結果,那表明網絡設計沒有太大問題。  接著我們用下面代碼設計損失函數和統計網絡預測的準確性:

  
def  make_loss(model, inputs, labels):        return  tf.reduce_sum(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits_v2(logits = model(inputs), labels = labels))    opt = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate = 0.01)    def train(model, x, y):        opt.minimize(lambda:make_loss(model, x, y))    accuracy = tfe.metrics.Accuracy()        def  check_accuracy(model, x_batch, y_batch): #統計網絡判斷結果的準確性        accuracy(tf.argmax(model(tf.constant(x_batch)), axis = 1), tf.argmax(tf.constant(y_batch), axis = 1))        return accuracy
最后我們啟動網絡訓練流程,然后將網絡訓練的結果繪制出來:

import numpy as np    model = IrisClassifyModel(10, 3)    epochs = 50        acc_history = np.zeros(epochs)    for epoch in range(epochs):    for (x_batch, y_batch) in tfe.Iterator(train_dataset.shuffle(1000).batch(32)):    train(model, x_batch, y_batch)     acc = check_accuracy(model, x_batch, y_batch)          acc_history[epoch] = acc.result().numpy()    import matplotlib.pyplot as plt        plt.figure()        plt.plot(acc_history)    plt.xlabel('Epoch')    plt.ylabel('Accuracy')    plt.show()  
上面代碼運行后結果如下:  
 應用Tensorflow2.0的Eager模式是怎么快速構建神經網絡的
可以看到網絡經過訓練后準確率達到95%以上。  本節的目的是為了介紹TF2.0的eager模式,為后面開發更復雜的網絡做技術準備。


看完上述內容,你們掌握應用Tensorflow2.0的Eager模式是怎么快速構建神經網絡的的方法了嗎?如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容,歡迎關注億速云行業資訊頻道,感謝各位的閱讀!

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