实现进阶卷积网络

经文数据集CIFAEvoque-10,60000张32x32彩图,训练集50000张,测验集10000张。标明10类,每类图片6000张。airplance、automobile、bird、cat、deer、dog、frog、horse、ship、truck。没有任何重叠。CIFA路虎极光-100,100类标明。深度学习之父 吉优ffrey Hinton和学子亚历克斯 Krizhevsky、Vinod Nair采撷。图片来自80 million tiny images数据集。State-of-the-art 3.5%错误率,GPU演练十几小时。详细Benchmark和排名在 。LeCun,现成卷积神经互连网已经缓和CIFA路虎极光-10数据集难题。

基于Alex cuda-convnet模型校订,3000个batch,每一种batch 126个样品,到达73%准确率。GTX1080单显卡几十秒模型演习时间。CPU慢比较多。如用100k batch 结合学习进程decay(每间距风姿洒脱段时间下跌学习速率二个比率),精确率可到86%。模型练习参数100万个,预测四则运算总数2004万次。对weights实行L2正则化。图片翻转、随机剪切等数据增加,制造更各个本。每一个卷积-最大池化层后用LENVISIONN层,加强模型泛化手艺。

下载TensorFlow Models库,使用此中提供CIFA福睿斯-10数据类。git clone

载入常用库,NumPy、time,TensorFlow Models自动下载、读取CIFAV8 Vantage-10数据类。

定义batch_size,练习轮数max_steps,下载CIFAENVISION-10数据默许路线。

概念开首化weight函数,tf.truncated_normal截断正态遍布开首化权重。Weight加L2 loss ,做L2 正则化。减弱特征或处置不重大特点权重,减轻特征过多招致过拟合。正则化支持找到该处以的特点权重。为运用有个别特征,需付出loss代价。L1正则创造萧疏特征,超过十分之五无用特征权重被置0。L2正则让特征权重不过大,特征权重较平均。wl调控L2 loss大小,tf.nn.l2_loss函数总结weight L2 loss,tf.multiply L2 loss 乘以wl,得最终 weight loss。tf.add_to_collection weight loss统大器晚成存在collection losses,总括神经网络总体loss使用。

用cifar10类下载数据集,解压、张开到暗中同意地点。

用cifar10_input类 distorted_inputs函数发生演习多少,包含特征、label,重返封装tensor,每趟试行生成三个batch_size数量样板。Data Augmentation(数据拉长),cifar10_input.distorted_inputs函数,随机水平翻转(tf.image.random_flip_left_right)、随机剪切一块24x24图纸(tf.random_crop)、设置随机亮度比较度(tf.image.random_brightness、tf.image.random_contrast),数据标准(tf.image.per_image_whitening,数据减均值,除方差,保证数据零均值,方差1)。得到越多种本,带噪声,一张图片样板变多张图纸,增添样品量,升高准确率。数据拉长操作消耗大批量CPU时间,distored_inputs用拾伍个独立线程加快职务,函数内部产生线程池,通过TensorFlow queue调解。

用cifar10_input.inputs函数生成测量检验数据,裁剪图片正中间24x24大小区块,数据标准。

创造输入数据placeholderx,特征、label。设定placeholder数据尺寸,batch_size定义网络布局要用,数据尺寸第三个值样品条数须求事先设定,不能够设None。数据尺寸的图片尺寸为24x24,裁剪后大小,颜色通道数3,彩色LacrosseGB三通道。

第叁个卷积层,variable_with_weight_loss 函数成立卷积核参数初步化。卷积核大小5x5,3个颜色通道,五十八个卷积核,设置weight最初化函数标准差0.05。wl(weight loss)设0。tf.nn.conv2d函数对输入数据image_holder卷积操作,步长stride设1,padding方式SAME,bias早先化0,卷积结果加bias,用ReLU激活函数非线化。用尺寸3x3,步长2x2最大池化层管理数量,尺寸、步长不雷同,扩张加少充足性。tf.nn.lrn函数,L冠道N,管理结果。

LMuranoN起于亚历克斯用CNN参预ImageNet竞技散文。LLacrosseN模仿生物神经系统侧禁绝机制,对大器晚成都部队分神经元活动创办竞争蒙受,响应相当大值变得相对更加大,禁止别的报告不大神经元,巩固模型泛化本领。用L途睿欧N后CNN Top1错误率减弱1.4%。LPAJERON对无上限边界激活函数ReLU有用,从周围四个卷积核响应(Response)筛选十分的大报告,不相符固定边界能平抑过大值激活函数Sigmoid。

第二个卷积层,卷积核尺寸第三个维度度输入通道数64,bias值全开端化0.1。先进行L锐界N层管理,再用最大池化层。

全连接层,把前边四个卷积层输出结果一切flatten,tf.reshape函数把种种样板产生意气风发维向量。get_shape函数获取数据扁平化长度。variable_with_weight_loss函数起头化全连接层weight,隐含节点384,正态布满标准差0.04,bias最早化0.1。设非零weight loss值0.04,全体参数被L2正则约束,制止过拟合。ReLU激活函数非线性化。

其次个全连接层,隐含节点192。

末尾生龙活虎层,先创立weight,正态分布规范差设上生龙活虎隐含层节点数最后多少个,不计入L2正则。Softmax操作放在总结loss部分,无需对inference输出softmax管理,就足以取得最终分类,直接比较inference输出各样数值大小。

一切卷积神经网络从输入到输出流程。设计CNN,安插卷积层、池化层、全连接层遍及和一风流倜傥,超参数设置、Trick使用。卷积神经网络布局:
conv1:卷积层和ReLU激活函数
pool1:最大池化
norm1:LRN
conv2:卷积层和ReLU激活函数
norm2:LRN
pool2:最大池化
local3:全连接层和ReLU激活函数
local4:全连接层和ReLU激活函数
logits:模型Inference输出结果

测算CNN loss。softmax总括和cross entropy loss 总结合在合作,tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits。tf.reduce_mean计算cross entropy均值,tf.add_to_collection 添加cross entropy loss 到整体losses collection。tf.add_n全部losses collection 全体loss求和,得最终loss,满含cross entropy loss,和后三个三番五次层weight L2 loss。Logits节点、label_placeholder传入loss小孩子数,获得最终loss。

优化器采用Adam Optimizer,学习速率1e-3。

tf.nn.in_top_k函数求输出结果top k正确率,私下认可top 1,输出分类最高类精确率。

tf.InteractiveSession成立暗许session ,开端化整人体模型子参数。

开行图片数据增加线程队列,拾五个线程加快。

教练。每一个step演习进程,session run方法施行images_train、 labels_train总括,获得batch练习多少,传入train_op和loss总计。记录种种step时间,每间距拾三个step总结呈现当前loss、每分钟练习样本数量、训练batch数据时间,监察和控制全数锻炼进度。GTX 1080,每秒训练1800个样品,batch_size 128,每一种batch 0.066s。损失loss,开端4.6,3000步训练下跌低到1.0。

评测模型测验集准确率。测验集10000个样品,使用固定batch_size,每一个batch输入测量试验数据。计算全体样书评测完batch数量。种种step用session run方法得到images_test、labels_test的batch,执行top_k_op总括模型 batch top 1预测精确样品数。汇总全部预测正确结果,求全体测量试验样品预测精确数量。

打字与印刷正确率测评结果计算。

73%无误率。持续加码max_steps,期待准确率逐步扩张。max_steps很大,用学习速率衰减(decay)的SGD训练,左近86%。L2正则,L讴歌ZDXN层提高模型正确率,进步框泛化性。

多少增加(Data Augmentation),给单幅图增加多个别本,提升图片利用率,防止图片结构学习过拟合。利用图片本身品质,图片冗余新闻量十分大,成立差异噪声,依可甄别。神经互连网战胜噪声正确识别,泛化性越来越好。深度学习只要提供丰硕二种本,精确率能够不断升高。 规模越大越复杂神经网络模型,能够达成正确率水平越高,必要越来越多多少练习。Alexcuda-convnet测验结果,CIFALacrosse-10,不数据增加,错误最低下减低到17%,数据拉长,错误率下跌低到11%。

    import cifar10,cifar10_input
    import tensorflow as tf
    import numpy as np
    import time
    max_steps = 3000
    batch_size = 128
    data_dir = '/tmp/cifar10_data/cifar-10-batches-bin'
    def variable_with_weight_loss(shape, stddev, wl):
        var = tf.Variable(tf.truncated_normal(shape, stddev=stddev))
        if wl is not None:
            weight_loss = tf.multiply(tf.nn.l2_loss(var), wl, name='weight_loss')
            tf.add_to_collection('losses', weight_loss)
        return var
    def loss(logits, labels):
        labels = tf.cast(labels, tf.int64)
        cross_entropy = tf.nn.sparse_softmax_cross_entropy_with_logits(
            logits=logits, labels=labels, name='cross_entropy_per_example')
        cross_entropy_mean = tf.reduce_mean(cross_entropy, name='cross_entropy')
        tf.add_to_collection('losses', cross_entropy_mean)
        return tf.add_n(tf.get_collection('losses'), name='total_loss')

    ###
    cifar10.maybe_download_and_extract()
    images_train, labels_train = cifar10_input.distorted_inputs(data_dir=data_dir,
                                                            batch_size=batch_size)
    images_test, labels_test = cifar10_input.inputs(eval_data=True,
                                                data_dir=data_dir,
                                                batch_size=batch_size)                                                  
    #images_train, labels_train = cifar10.distorted_inputs()
    #images_test, labels_test = cifar10.inputs(eval_data=True)
    image_holder = tf.placeholder(tf.float32, [batch_size, 24, 24, 3])
    label_holder = tf.placeholder(tf.int32, [batch_size])
    #logits = inference(image_holder)
    weight1 = variable_with_weight_loss(shape=[5, 5, 3, 64], stddev=5e-2, wl=0.0)
    kernel1 = tf.nn.conv2d(image_holder, weight1, [1, 1, 1, 1], padding='SAME')
    bias1 = tf.Variable(tf.constant(0.0, shape=[64]))
    conv1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(kernel1, bias1))
    pool1 = tf.nn.max_pool(conv1, ksize=[1, 3, 3, 1], strides=[1, 2, 2, 1],
                       padding='SAME')
    norm1 = tf.nn.lrn(pool1, 4, bias=1.0, alpha=0.001 / 9.0, beta=0.75)
    weight2 = variable_with_weight_loss(shape=[5, 5, 64, 64], stddev=5e-2, wl=0.0)
    kernel2 = tf.nn.conv2d(norm1, weight2, [1, 1, 1, 1], padding='SAME')
    bias2 = tf.Variable(tf.constant(0.1, shape=[64]))
    conv2 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(kernel2, bias2))
    norm2 = tf.nn.lrn(conv2, 4, bias=1.0, alpha=0.001 / 9.0, beta=0.75)
    pool2 = tf.nn.max_pool(norm2, ksize=[1, 3, 3, 1], strides=[1, 2, 2, 1],
                       padding='SAME')
    reshape = tf.reshape(pool2, [batch_size, -1])
    dim = reshape.get_shape()[1].value
    weight3 = variable_with_weight_loss(shape=[dim, 384], stddev=0.04, wl=0.004)
    bias3 = tf.Variable(tf.constant(0.1, shape=[384]))
    local3 = tf.nn.relu(tf.matmul(reshape, weight3) + bias3)
    weight4 = variable_with_weight_loss(shape=[384, 192], stddev=0.04, wl=0.004)
    bias4 = tf.Variable(tf.constant(0.1, shape=[192]))                                      
    local4 = tf.nn.relu(tf.matmul(local3, weight4) + bias4)
    weight5 = variable_with_weight_loss(shape=[192, 10], stddev=1/192.0, wl=0.0)
    bias5 = tf.Variable(tf.constant(0.0, shape=[10]))
    logits = tf.add(tf.matmul(local4, weight5), bias5)
    loss = loss(logits, label_holder)
    train_op = tf.train.AdamOptimizer(1e-3).minimize(loss) #0.72
    top_k_op = tf.nn.in_top_k(logits, label_holder, 1)
    sess = tf.InteractiveSession()
    tf.global_variables_initializer().run()
    tf.train.start_queue_runners()
    ###
    for step in range(max_steps):
        start_time = time.time()
        image_batch,label_batch = sess.run([images_train,labels_train])
        _, loss_value = sess.run([train_op, loss],feed_dict={image_holder: image_batch, 
                                                         label_holder:label_batch})
        duration = time.time() - start_time
        if step % 10 == 0:
            examples_per_sec = batch_size / duration
            sec_per_batch = float(duration)

            format_str = ('step %d, loss = %.2f (%.1f examples/sec; %.3f sec/batch)')
            print(format_str % (step, loss_value, examples_per_sec, sec_per_batch))

    ###
    num_examples = 10000
    import math
    num_iter = int(math.ceil(num_examples / batch_size))
    true_count = 0  
    total_sample_count = num_iter * batch_size
    step = 0
    while step < num_iter:
        image_batch,label_batch = sess.run([images_test,labels_test])
        predictions = sess.run([top_k_op],feed_dict={image_holder: image_batch,
                                                 label_holder:label_batch})
        true_count += np.sum(predictions)
        step += 1
    precision = true_count / total_sample_count
    print('precision @ 1 = %.3f' % precision)

 

参照他事他说加以考察资料:
《TensorFlow实战》

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