1632
правки
Изменения
м
Основная статья: [[{{Main|Логистическая регрессия]]}}
Основная статья: [[{{Main|Нейронные сети, перцептрон]]}}
==Theano==
===Описание===
Theano<ref>[http://deeplearning.net/software/theano/ Библиотека Theano]</ref> {{---}} расширение языка программирования Python, позволяющее эффективно вычислять математические выражения, содержащие многомерные массивы. Библиотека предоставляет базовый набор инструментов для конфигурации нейронных сетей и их обучения. Наибольшее признание данная библиотека получила в задачах машинного обучения при решении задач оптимизации. Она позволяет использовать возможности GPU без изменения кода программы, что делает ее незаменимой при выполнении ресурсоемких задач.
===Примеры кода===
====Логистическая регрессия====
Основная статья: [[Логистическая регрессия]].
Реализация логистической регрессии для классификации цифр из датасета MNIST<ref >'''[[13 0 0]''' '''[ 0 15 1]''' '''[https://en.wikipedia.org/wiki/MNIST_database Датасет MNIST0 0 9]]</ref>:''' '''precision recall f1-score from __future__ import print_functionsupport''' __docformat__ = '''0 1.00 1.00 1.00 13''' '''1 1.00 0.94 0.97 16''' '''2 0.90 1.00 0.95 9''restructedtext en' import six '''micro avg 0.97 0.97 0.97 38''' '''macro avg 0.97 0.98 0.97 38''' '''weighted avg 0.98 0.moves97 0.cPickle as pickle97 38''' import gzip====EM-алгоритм==== import os{{Main|EM-алгоритм|l1=EM-алгоритм<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>}} import sys '''import timeit''' numpy '''as''' np '''import numpy''' matplotlib.pyplot '''as''' plt '''from''' matplotlib.colors '''import theano''' LogNorm '''from''' sklearn '''import theano.tensor as T''' mixture
class LogisticRegression(object): def __init__(self, input, n_in, n_out): self.W n_samples = theano.shared( value<font color=numpy.zeros( (n_in, n_out), dtype=theano.config.floatX ), name='W', borrow=True ) self.b = theano.shared( value=numpy.zeros( (n_out,), dtype=theano.config.floatX ), name='b', borrow=True ) self.p_y_given_x = T.nnet.softmax(T.dot(input, self.W) + self.b) self.y_pred = T.argmax(self.p_y_given_x, axis=1) self.params = [self.W, self.b] self.input = input def negative_log_likelihood(self, y): return -T.mean(T.log(self.p_y_given_x)[T.arange(y.shape[0]), y])"blue">300</font>
def load_data(dataset): data_dir, data_file = os.path.split(dataset) if data_dir =<font color= "green" and not os># generate random sample, two components</font> np.pathrandom.isfileseed(dataset): new_path <font color= os.path.join( os.path.split(__file__)[0], "..blue", "data", dataset ) if os.path.isfile(new_path) or data_file == 'mnist.pkl.gz': dataset = new_path if (not os.path.isfile(dataset)) and data_file == 'mnist.pkl.gz': from six.moves import urllib origin = ( 'http://www.iro.umontreal.ca/~lisa/deep/data>0</mnist/mnist.pkl.gz' ) print('Downloading data from %s' % origin) urllib.request.urlretrieve(origin, dataset) with gzip.open(dataset, 'rb') as f: try: train_set, valid_set, test_set = pickle.load(f, encoding='latin1') except: train_set, valid_set, test_set = pickle.load(f) def shared_dataset(data_xy, borrow=Truefont>): data_x, data_y = data_xy shared_x = theano.shared(numpy.asarray(data_x, dtype=theano.config.floatX), borrow=borrow) shared_y = theano.shared(numpy.asarray(data_y, dtype=theano.config.floatX), borrow=borrow) return shared_x, T.cast(shared_y, 'int32') test_set_x, test_set_y = shared_dataset(test_set) valid_set_x, valid_set_y = shared_dataset(valid_set) train_set_x, train_set_y = shared_dataset(train_set) rval = [(train_set_x, train_set_y), (valid_set_x, valid_set_y), (test_set_x, test_set_y)] return rval
def sgd_optimization_mnist(learning_rate=0.13, n_epochs=1000, dataset<font color='mnist.pkl.gz', batch_size=600): datasets = load_data"green"># generate spherical data centered on (dataset) train_set_x20, train_set_y = datasets[0] valid_set_x, valid_set_y = datasets[1] test_set_x, test_set_y = datasets[2] n_train_batches = train_set_x.get_value(borrow=True20).shape[0] n_valid_batches = valid_set_x.get_value(borrow=True).shape[0] n_test_batches = test_set_x.get_value(borrow=True).shape[0]</font> index shifted_gaussian = Tnp.lscalar() x = Trandom.matrixrandn('x') y = T.ivector('y') classifier = LogisticRegression(input=xn_samples, n_in<font color=28 * 28, n_out=10) cost = classifier.negative_log_likelihood(y) test_model = theano.function( inputs=[index], outputs=classifier.errors(y), givens={ x: test_set_x[index * batch_size: (index + 1"blue">2</font>) * batch_size], y: test_set_y[index * batch_size: (index + 1) * batch_size] } ) validate_model = theanonp.functionarray( inputs=[index], outputs=classifier.errors(y), givens={ x: valid_set_x[index * batch_size: (index + 1) * batch_size], y: valid_set_y[index * batch_size: (index + 1) * batch_size] } ) g_W = T.grad(cost=cost, wrt=classifier.W) g_b = T.grad(cost=cost, wrt=classifier.b) updates = [(classifier.W, classifier.W - learning_rate * g_W), (classifier.b, classifier.b - learning_rate * g_b)] train_model = theano.function( inputs=[index], outputs=cost, updates=updates, givens={ x: train_set_x[index * batch_size: (index + 1) * batch_size], y: train_set_y[index * batch_size: (index + 1) * batch_size] } ) patience = 5000 patience_increase = 2 improvement_threshold <font color= 0.995 validation_frequency = min(n_train_batches, patience // 2) best_validation_loss = numpy.inf test_score = 0. start_time = timeit.default_timer() done_looping = False epoch = 0 while (epoch "blue">20< n_epochs) and (not done_looping): epoch = epoch + 1 for minibatch_index in range(n_train_batches): minibatch_avg_cost = train_model(minibatch_index) iter = (epoch - 1) * n_train_batches + minibatch_index if (iter + 1) % validation_frequency == 0: validation_losses = [validate_model(i) for i in range(n_valid_batches)] this_validation_loss = numpy.mean(validation_losses) print( 'epoch %i, minibatch %i/%ifont>, validation error %f %%' % ( epoch, minibatch_index + 1, n_train_batches, this_validation_loss * 100. ) ) if this_validation_loss < best_validation_loss: if this_validation_loss < best_validation_loss * \ improvement_threshold: patience = max(patience, iter * patience_increase) best_validation_loss = this_validation_loss test_losses = [test_model(i) for i in range(n_test_batches)] test_score font color= numpy.mean(test_losses) print( ( ' epoch %i, minibatch %i/%i, test error of' ' best model %f %%' ) % ( epoch, minibatch_index + 1, n_train_batches, test_score * 100. ) ) with open('best_model.pkl', 'wb') as f: pickle.dump(classifier, f) if patience "blue">20<= iter: done_looping = True break end_time = timeit.default_timer() print( ( 'Optimization complete with best validation score of %f %%,' 'with test performance %f %%' ) % (best_validation_loss * 100., test_score * 100.) ) print('The code run for %d epochs, with %f epochs/sec' % ( epoch, 1. * epoch / (end_time - start_time))) print(('The code for file ' + os.path.split(__file__)[1font>] + ' ran for %.1fs' % ((end_time - start_time))), file=sys.stderr)
def predict():<font color="green"># generate zero centered stretched Gaussian data</font> classifier C = picklenp.loadarray(open('best_model[[<font color="blue">0.pkl')) predict_model </font>, <font color= theano"blue">-0.function( inputs7</font>], [<font color=[classifier"blue">3.input]5</font>, outputs<font color=classifier"blue">.y_pred7</font>]]) dataset stretched_gaussian ='mnistnp.dot(np.pklrandom.gz' datasets = load_datarandn(dataset) test_set_xn_samples, test_set_y = datasets[2] test_set_x = test_set_x.get_value() predicted_values <font color= predict_model(test_set_x[:10]) print("Predicted values for the first 10 examples in test set:blue">2</font>) print(predicted_values, C)
if __name__ <font color="green"># concatenate the two datasets into the final training set</font> X_train = np.vstack([shifted_gaussian, stretched_gaussian]) <font color="green"># fit a Gaussian Mixture Model with two components</font> clf = mixture.GaussianMixture(n_components=<font color="blue">2</font>, covariance_type=<font color="red">'full'</font>) clf.fit(X_train) <font color="green"># display predicted scores by the model as a contour plot</font> x = np.linspace(<font color="blue">-20.</font>, <font color="blue">30.</font>) y = np.linspace(<font color="blue">-20.</font>, <font color="blue">40.</font>) X, Y = np.meshgrid(x, y) XX = np.array([X.ravel(), Y.ravel()]).T Z = -clf.score_samples(XX) Z = Z.reshape(X.shape) CS = plt.contour(X, Y, Z, norm=LogNorm(vmin=<font color="blue">1.0</font>, vmax=<font color="blue">1000.0</font>), levels=np.logspace(<font color="blue">0</font>, <font color="blue">3</font>, <font color="blue">10</font>)) CB = plt.colorbar(CS, shrink=<font color="blue">0.8</font>, extend=<font color= "red">'__main__both'</font>) plt.scatter(X_train[:, <font color="blue">0</font>], X_train[:, <font color="blue">1</font>], <font color="blue">.8</font>) sgd_optimization_mnist plt.title(<font color="red">'Negative log-likelihood predicted by a GMM'</font>) plt.axis(<font color="red">'tight'</font>) plt.show() [[File:Em.png|400px|none|super]] ====Уменьшение размерности===={{Main|Уменьшение размерности#Пример кода scikit-learn|l1=Уменьшение размерности: пример через scikit-learn}}
Основная статья: [[{{Main|Сверточные нейронные сети]].}}
Основная статья: [[{{Main|Сверточные нейронные сети]].}}
rollbackEdits.php mass rollback
[[File:python-logo.png|auto|thumb|Python: https://www.python.org]]
==Scikit-learn==
===Описание===
Scikit-learn<ref>[https://scikit-learn.org/stable/ Библиотека scikit-learn]</ref> {{---}} библиотека машинного обучения на языке программирования Python с открытым исходным кодом. Содержит реализации практически всех возможных преобразований, и нередко ее одной хватает для полной реализации модели. В данной библиотеки реализованы методы разбиения датасета на тестовый и обучающий, вычисление основных метрик над наборами данных, проведение [[кросс-валидации|Кросс-валидация]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>. В библиотеке также есть основные алгоритмы машинного обучения: [[Линейная регрессия|линейной регрессии, (]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup> и ее её модификаций Лассо, гребневой регрессии, [[Метод опорных векторов (SVM), |опорных векторов]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>, [[Дерево решений и случайный лес|решающих деревьев и лесов ]] и др. Есть и реализации основных методов [[Кластеризация|кластеризации]]. Кроме того, библиотека содержит постоянно используемые исследователями методы работы с параметрами (фичами)признаками: например, понижение размерности [[Метод главных компонент (PCA)|методом главных компонент]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>. Частью пакета является библиотека imblearn<ref>[https://imbalanced-learn.readthedocs.io/en/stable/index.html Библиотека imbalanced-learn]</ref>, позволяющая работать с разбалансированными выборками и генерировать новые значения.
===Примеры кода===
====Линейная регрессия====
{{Main|Линейная регрессия|l1=Линейная регрессия<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>}}
<font color="green"># Add required imports</font>
'''import''' matplotlib.pyplot '''as''' plt
'''import''' numpy '''as''' np
'''from''' sklearn '''import''' datasets
'''from''' sklearn.linear_model '''import''' LinearRegression
'''from''' sklearn.metrics '''import''' mean_squared_error, r2_score
Загрузка датасета:
diabetes = datasets.load_diabetes()
<font color="green"># Use only one feature</font>
diabetes_X = diabetes.data[:, np.newaxis, <font color="blue">2</font>]
Разбиение датасета на тренировочный и тестовый:
<font color="green"># Split the data into training/testing sets</font>
x_train = diabetes_X[:<font color="blue">-20</font>]
x_test = diabetes_X[<font color="blue">-20</font>:]
<font color="green"># Split the targets into training/testing sets</font>
y_train = diabetes.target[:<font color="blue">-20</font>]
y_test = diabetes.target[<font color="blue">-20</font>:]
Построение и обучение модели:
lr = LinearRegression()
lr.fit(x_train, y_train)
predictions = lr.predict(x_test)
Оценка алгоритма:
<font color="green"># The mean squared error</font>
print(<font color="red">"Mean squared error: %.2f"</font>
% mean_squared_error(y_test, predictions))
<font color="green"># Explained variance score: 1 is perfect prediction</font>
print(<font color="red">'Variance score: %.2f'</font> % r2_score(y_test, predictions))
> '''Mean squared error: 2548.07'''
'''Variance score: 0.47'''
Построение графика прямой, получившейся в результате работы линейной регрессии:
plt.scatter(x_test, y_test, color=<font color="red">'black'</font>)
plt.plot(x_test, predictions, color=<font color="red">'blue'</font>, linewidth=<font color="blue">3</font>)
plt.xticks(())
plt.yticks(())
plt.show()
[[File:Diabetes-sklearn.png|400px|none|super]]
====Логистическая регрессия====
Загрузка датасета:
'''from ''' sklearn.datasets '''import ''' load_digits
digits = load_digits()
Вывод первых трех тренировочных данных для визуализации:
'''import ''' numpy '''as ''' np '''import ''' matplotlib.pyplot '''as ''' plt
plt.figure(figsize=(<font color="blue">20</font>,<font color="blue">4</font>)) '''for ''' index, (image, label) '''in ''' enumerate(zip(digits.data[<font color="blue">0</font>:<font color="blue">3</font>], digits.target[<font color="blue">0</font>:<font color="blue">3</font>])): plt.subplot(<font color="blue">1</font>, <font color="blue">3</font>, index + <font color="blue">1</font>) plt.imshow(np.reshape(image, (<font color="blue">8</font>,<font color="blue">8</font>)), cmap=plt.cm.gray) plt.title(<font color="red">'Training: %i\n' </font> % label, fontsize = <font color="blue">20</font>) [[File:Digits-sklearn.png|800px|none|super]]
Разбиение датасета на тренировочный и тестовый:
'''from ''' sklearn.model_selection '''import ''' train_test_split x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(digits.data, digits.target, test_size=<font color="blue">0.25</font>, random_state=<font color="blue">0</font>)
Построение и обучение модели:
'''from ''' sklearn.linear_model '''import ''' LogisticRegression
lr = LogisticRegression()
lr.fit(x_train, y_train)
predictions = lr.predict(x_test)
Оценка алгоритма:
score = lr.score(x_test, y_test)
print(<font color="red">"Score: %.3f"</font> % score)
> '''Score: 0.953'''
====Перцептрон====
Загрузка датасета:
'''from ''' sklearn '''import ''' datasets
iris = datasets.load_iris()
X = iris.data
Разбиение датасета на тренировочный и тестовый:
'''from ''' sklearn.model_selection '''import ''' train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size = <font color="blue">0.20</font>)
Трансформация признаков:
'''from ''' sklearn.preprocessing '''import ''' StandardScaler
scaler = StandardScaler()
scaler.fit(X_train)
Построение и обучение модели:
'''from ''' sklearn.neural_network '''import ''' MLPClassifier mlp = MLPClassifier(hidden_layer_sizes=(<font color="blue">10</font>, <font color="blue">10</font>, <font color="blue">10</font>), max_iter=<font color="blue">1000</font>)
mlp.fit(X_train, y_train.values.ravel())
predictions = mlp.predict(X_test)
Оценка алгоритма:
'''from ''' sklearn.metrics '''import ''' classification_report, confusion_matrix print(confusion_matrix(y_test,predictions)) print(classification_report(y_test,predictions)) > '''[[ 7 0 0]''' '''[ 0 8 1]''' '''[ 0 2 12]]''' '''precision recall f1-score support''' '''0 1.00 1.00 1.00 7''' '''1 0.80 0.89 0.84 9''' '''2 0.92 0.86 0.89 14''' '''micro avg 0.90 0.90 0.90 30''' '''macro avg 0.91 0.92 0.91 30''' '''weighted avg 0.90 0.90 0.90 30''' ====Метрический классификатор и метод ближайших соседей===={{Main|Метрический классификатор и метод ближайших соседей#Пример использования (через scikit-learn)|l1=Метрический классификатор и метод ближайших соседей: пример через scikit-learn}} ====Дерево решений и случайный лес===={{Main|Дерево решений и случайный лес#Примеры использования (в scikit-learn)|l1=Дерево решений и случайный лес: пример через scikit-learn}} ====Обработка естественного языка===={{Main|Обработка естественного языка}} Загрузка датасета: '''from''' sklearn '''import''' fetch_20newsgroups twenty_train = fetch_20newsgroups(subset=<font color="red">'train'</font>, shuffle='''True''', random_state=<font color="blue">42</font>) Вывод первых трех строк первого тренивочного файла и его класса: print(<font color="red">"\n"</font>.join(twenty_train.data[<font color="blue">0</font>].split(<font color="red">"\n"</font>)[:<font color="blue">3</font>])) print(twenty_train.target_names[twenty_train.target[<font color="blue">0</font>]]) > '''From: lerxst@wam.umd.edu (where's my thing)''' '''Subject: WHAT car is this!?''' '''Nntp-Posting-Host: rac3.wam.umd.edu''' '''rec.autos''' Построение и обучение двух моделей. Первая на основе [[Байесовская классификация | Байесовской классификации]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>, а вторая использует метод опорных векторов: '''from''' sklearn.pipeline '''import''' Pipeline '''from''' sklearn.feature_extraction.text '''import''' CountVectorizer, TfidfTransformer '''from''' sklearn.naive_bayes '''import''' MultinomialNB text_clf1 = Pipeline([ (<font color="red">'vect'</font>, CountVectorizer()), (<font color="red">'tfidf'</font>, TfidfTransformer()), (<font color="red">'clf'</font>, MultinomialNB()), ]) '''from''' sklearn.linear_model '''import''' SGDClassifier text_clf2 = Pipeline([ (<font color="red">'vect'</font>, CountVectorizer()), (<font color="red">'tfidf'</font>, TfidfTransformer()), (<font color="red">'clf'</font>, SGDClassifier(loss=<font color="red">'hinge'</font>, penalty=<font color="red">'l2'</font>, alpha=<font color="blue">1e-3</font>, random_state=<font color="blue">42</font>, max_iter=<font color="blue">5</font>, tol='''None''')), ]) text_clf1.fit(twenty_train.data, twenty_train.target) text_clf2.fit(twenty_train.data, twenty_train.target) Оценка алгоритмов: twenty_test = fetch_20newsgroups(subset=<font color="red">'test'</font>, shuffle='''True''', random_state=<font color="blue">42</font>) docs_test = twenty_test.data predicted1 = text_clf1.predict(docs_test) predicted2 = text_clf2.predict(docs_test) print(<font color="red">"Score: %.3f"</font> % np.mean(predicted1 == twenty_test.target)) print(<font color="red">"Score: %.3f"</font> % np.mean(predicted2 == twenty_test.target)) > '''Score for naive Bayes: 0.774''' '''Score for SVM: 0.824''' ====Кросс-валилация и подбор параметров===={{Main|Кросс-валидация}} Возьмем предыдущий пример с обработкой естественного языка и попробуем увеличить точность алгоритма за счет кросс-валидации и подбора параметров: '''from''' sklearn.model_selection '''import''' GridSearchCV parameters = { <font color="red">'vect__ngram_range'</font>: [(<font color="blue">1</font>, <font color="blue">1</font>), (<font color="blue">1</font>, <font color="blue">2</font>)], <font color="red">'tfidf__use_idf'</font>: ('''True''', '''False'''), <font color="red">'clf__alpha'</font>: (<font color="blue">1e-2</font>, <font color="blue">1e-3</font>), } gs_clf = GridSearchCV(text_clf2, parameters, cv=<font color="blue">5</font>, iid='''False''', n_jobs=<font color="blue">-1</font>) gs_clf = gs_clf.fit(twenty_train.data, twenty_train.target) print(<font color="red">"Best score: %.3f"</font> % gs_clf.best_score_) '''for''' param_name '''in''' sorted(parameters.keys()): print(<font color="red">"%s: %r"</font> % (param_name, gs_clf.best_params_[param_name])) > '''Best score: 0.904''' '''clf__alpha: 0.001''' '''tfidf__use_idf: True''' '''vect__ngram_range: (1, 2)''' ====Метод опорных векторов (SVM)===={{Main|Метод опорных векторов (SVM)|l1=Метод опорных векторов (SVM) <sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>}} Загрузка датасета: '''from''' sklearn '''import''' datasets iris = datasets.load_iris() Разбиение датасета на тестовый и тренировочный: '''from''' sklearn.model_selection '''import''' train_test_split x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(iris.data, iris.target, test_size=<font color="blue">0.25</font>, random_state=<font color="blue">0</font>) Построение и обучение модели: clf = svm.SVC(kernel=<font color="red">'linear'</font>, C=<font color="blue">1.0</font>) clf.fit(x_train, y_train) predictions = clf.predict(x_test) Оценка алгоритма: '''from''' sklearn.metrics '''import''' classification_report, confusion_matrix
print(confusion_matrix(y_test,predictions))
print(classification_report(y_test,predictions))
==Tensorflow==
===Описание===
===Примеры кода===
====Сверточная нейронная сеть====
Реализация сверточной нейронной сети для классификации цифр из датасета MNIST<ref>[https://en.wikipedia.org/wiki/MNIST_database Датасет MNIST]</ref>: '''from ''' __future__ '''import ''' division, print_function, absolute_import '''import ''' tensorflow '''as ''' tf <font color="green"># Import MNIST data</font> '''from ''' tensorflow.examples.tutorials.mnist '''import ''' input_data mnist = input_data.read_data_sets(<font color="red">"/tmp/data/"</font>, one_hot='''True''')
<font color="green"># Training Parameters</font> learning_rate = <font color="blue">0.001</font> num_steps = <font color="blue">200</font> batch_size = <font color="blue">128</font> display_step = <font color="blue">10</font>
<font color="green"># Network Parameters</font> num_input = <font color="blue">784 </font> <font color="green"># MNIST data input (img shape: 28*28)</font> num_classes = <font color="blue">10 </font> <font color="green"># MNIST total classes (0-9 digits)</font> dropout = <font color="blue">0.75 </font> <font color="green"># Dropout, probability to keep units</font>
<font color="green"># tf Graph input</font> X = tf.placeholder(tf.float32, ['''None''', num_input]) Y = tf.placeholder(tf.float32, ['''None''', num_classes]) keep_prob = tf.placeholder(tf.float32) <font color="green"># dropout (keep probability)</font>
<font color="green"># Create some wrappers for simplicity</font> '''def ''' conv2d(x, W, b, strides=<font color="blue">1</font>): <font color="green"># Conv2D wrapper, with bias and relu activation</font> x = tf.nn.conv2d(x, W, strides=[<font color="blue">1</font>, strides, strides, <font color="blue">1</font>], padding=<font color="red">'SAME'</font>)
x = tf.nn.bias_add(x, b)
'''return ''' tf.nn.relu(x)
'''def ''' maxpool2d(x, k=<font color="blue">2</font>): <font color="green"># MaxPool2D wrapper</font> '''return ''' tf.nn.max_pool(x, ksize=[<font color="blue">1</font>, k, k, <font color="blue">1</font>], strides=[<font color="blue">1</font>, k, k, <font color="blue">1</font>], padding=<font color="red">'SAME'</font>)
<font color="green"># Create model</font> '''def ''' conv_net(x, weights, biases, dropout): <font color="green"># MNIST data input is a 1-D vector of 784 features (28*28 pixels)
# Reshape to match picture format [Height x Width x Channel]
# Tensor input become 4-D: [Batch Size, Height, Width, Channel]</font> x = tf.reshape(x, shape=[<font color="blue">-1</font>, <font color="blue">28</font>, <font color="blue">28</font>, <font color="blue">1</font>]) <font color="green"># Convolution Layer</font> conv1 = conv2d(x, weights[<font color="red">'wc1'</font>], biases[<font color="red">'bc1'</font>]) <font color="green"># Max Pooling (down-sampling)</font> conv1 = maxpool2d(conv1, k=<font color="blue">2</font>) <font color="green"># Convolution Layer</font> conv2 = conv2d(conv1, weights[<font color="red">'wc2'</font>], biases[<font color="red">'bc2'</font>]) <font color="green"># Max Pooling (down-sampling)</font> conv2 = maxpool2d(conv2, k=<font color="blue">2</font>) <font color="green"># Fully connected layer # Reshape conv2 output to fit fully connected layer input</font> fc1 = tf.reshape(conv2, [<font color="blue">-1</font>, weights[<font color="red">'wd1'</font>].get_shape().as_list()[<font color="blue">0</font>]]) fc1 = tf.add(tf.matmul(fc1, weights[<font color="red">'wd1'</font>]), biases[<font color="red">'bd1'</font>])
fc1 = tf.nn.relu(fc1)
<font color="green"># Apply Dropout</font>
fc1 = tf.nn.dropout(fc1, dropout)
<font color="green"># Output, class prediction</font> out = tf.add(tf.matmul(fc1, weights[<font color="red">'out'</font>]), biases[<font color="red">'out'</font>]) '''return ''' out
<font color="green"># Store layers weight & bias</font>
weights = {
<font color="green"># 5x5 conv, 1 input, 32 outputs</font> <font color="red">'wc1'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">5</font>, <font color="blue">5</font>, <font color="blue">1</font>, <font color="blue">32</font>])), <font color="green"># 5x5 conv, 32 inputs, 64 outputs</font> <font color="red">'wc2'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">5</font>, <font color="blue">5</font>, <font color="blue">32</font>, <font color="blue">64</font>])), <font color="green"># fully connected, 7*7*64 inputs, 1024 outputs</font> <font color="red">'wd1'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">7</font>*<font color="blue">7</font>*<font color="blue">64</font>, <font color="blue">1024</font>])), <font color="green"># 1024 inputs, 10 outputs (class prediction)</font> <font color="red">'out'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">1024</font>, num_classes]))
}
biases = {
<font color="red">'bc1'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">32</font>])), <font color="red">'bc2'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">64</font>])), <font color="red">'bd1'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([<font color="blue">1024</font>])), <font color="red">'out'</font>: tf.Variable(tf.random_normal([num_classes]))
}
<font color="green"># Construct model</font>
logits = conv_net(X, weights, biases, keep_prob)
prediction = tf.nn.softmax(logits)
<font color="green"># Define loss and optimizer</font>
loss_op = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(
logits=logits, labels=Y))
train_op = optimizer.minimize(loss_op)
<font color="green"># Evaluate model</font> correct_pred = tf.equal(tf.argmax(prediction, <font color="blue">1</font>), tf.argmax(Y, <font color="blue">1</font>))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_pred, tf.float32))
<font color="green"># Initialize the variables (i.e. assign their default value)</font>
init = tf.global_variables_initializer()
<font color="green"># Start training</font> '''with ''' tf.Session() '''as ''' sess: <font color="green"># Run the initializer</font>
sess.run(init)
'''for ''' step '''in ''' '''range'''(<font color="blue">1</font>, num_steps+<font color="blue">1</font>):
batch_x, batch_y = mnist.train.next_batch(batch_size)
<font color="green"># Run optimization op (backprop)</font> sess.run(train_op, feed_dict={X: batch_x, Y: batch_y, keep_prob: <font color="blue">0.8</font>}) '''if ''' step % display_step == <font color="blue">0 </font> '''or ''' step == <font color="blue">1</font>: <font color="green"># Calculate batch loss and accuracy</font>
loss, acc = sess.run([loss_op, accuracy], feed_dict={X: batch_x,
Y: batch_y,
keep_prob: <font color="blue">1.0</font>}) print(<font color="red">"Step " </font> + str(step) + <font color="red">", Minibatch Loss= " </font> + \ <font color="red">"{:.4f}"</font>.format(loss) + <font color="red">", Training Accuracy= " </font> + \ <font color="red">"{:.3f}"</font>.format(acc)) print(<font color="red">"Optimization Finished!"</font>) <font color="green"># Calculate accuracy for 256 MNIST test images</font> print(<font color="red">"Testing Accuracy:"</font>, \ sess.run(accuracy, feed_dict={X: mnist.test.images[:<font color="blue">256</font>], Y: mnist.test.labels[:<font color="blue">256</font>], keep_prob: <font color="blue">1.0</font>})) > '''Step 1, Minibatch Loss= 41724.0586, Training Accuracy= 0.156''' '''Step 10, Minibatch Loss= 17748.7500, Training Accuracy= 0.242''' '''Step 20, Minibatch Loss= 8307.6162, Training Accuracy= 0.578''' '''Step 30, Minibatch Loss= 3108.5703, Training Accuracy= 0.766''' '''Step 40, Minibatch Loss= 3273.2749, Training Accuracy= 0.727''' '''Step 50, Minibatch Loss= 2754.2861, Training Accuracy= 0.820''' '''Step 60, Minibatch Loss= 2467.7925, Training Accuracy= 0.844''' '''Step 70, Minibatch Loss= 1423.8140, Training Accuracy= 0.914''' '''Step 80, Minibatch Loss= 1651.4656, Training Accuracy= 0.875''' '''Step 90, Minibatch Loss= 2105.9263, Training Accuracy= 0.867''' '''Step 100, Minibatch Loss= 1153.5090, Training Accuracy= 0.867''' '''Step 110, Minibatch Loss= 1751.1400, Training Accuracy= 0.898''' '''Step 120, Minibatch Loss= 1446.2119, Training Accuracy= 0.922''' '''Step 130, Minibatch Loss= 1403.7135, Training Accuracy= 0.859''' '''Step 140, Minibatch Loss= 1089.7897, Training Accuracy= 0.930''' '''Step 150, Minibatch Loss= 1147.0751, Training Accuracy= 0.898''' '''Step 160, Minibatch Loss= 1963.3733, Training Accuracy= 0.883''' '''Step 170, Minibatch Loss= 1544.2725, Training Accuracy= 0.859''' '''Step 180, Minibatch Loss= 977.9219, Training Accuracy= 0.914''' '''Step 190, Minibatch Loss= 857.7977, Training Accuracy= 0.930''' '''Step 200, Minibatch Loss= 430.4735, Training Accuracy= 0.953''' '''Optimization Finished!''' '''Testing Accuracy: 0.94140625'''
==Keras==
===Описание===
===Примеры кода===
====Сверточная нейронная сеть====
Реализация сверточной нейронной сети для классификации текста:
'''from ''' __future__ '''import ''' print_function '''from ''' keras.preprocessing '''import ''' sequence '''from ''' keras.models '''import ''' Sequential '''from ''' keras.layers '''import ''' Dense, Dropout, Activation '''from ''' keras.layers '''import ''' Embedding '''from ''' keras.layers '''import ''' Conv1D, GlobalMaxPooling1D '''from ''' keras.datasets '''import ''' imdb
<font color="green"># set parameters:</font> max_features = <font color="blue">5000</font> maxlen = <font color="blue">400</font> batch_size = <font color="blue">32</font> embedding_dims = <font color="blue">50</font> filters = <font color="blue">250</font> kernel_size = <font color="blue">3</font> hidden_dims = <font color="blue">250</font> epochs = <font color="blue">2</font>
(x_train, y_train), (x_test, y_test) = imdb.load_data(num_words=max_features)
print(len(x_train), <font color="red">'train sequences'</font>) print(len(x_test), <font color="red">'test sequences'</font>) > '''25000 train sequences''' '''25000 test sequences''' print(<font color="red">'Pad sequences (samples x time)'</font>)
x_train = sequence.pad_sequences(x_train, maxlen=maxlen)
x_test = sequence.pad_sequences(x_test, maxlen=maxlen)
print(<font color="red">'x_train shape:'</font>, x_train.shape) print(<font color="red">'x_test shape:'</font>, x_test.shape) > '''Pad sequences (samples x time)''' '''x_train shape: (25000, 400)''' '''x_test shape: (25000, 400)'''
model = Sequential()
embedding_dims,
input_length=maxlen))
model.add(Dropout(<font color="blue">0.2</font>))
model.add(Conv1D(filters,
kernel_size,
padding=<font color="red">'valid'</font>, activation=<font color="red">'relu'</font>, strides=<font color="blue">1</font>))
model.add(GlobalMaxPooling1D())
model.add(Dense(hidden_dims))
model.add(Dropout(<font color="blue">0.2</font>)) model.add(Activation(<font color="red">'relu'</font>)) model.add(Dense(<font color="blue">1</font>)) model.add(Activation(<font color="red">'sigmoid'</font>))
model.compile(loss=<font color="red">'binary_crossentropy'</font>, optimizer=<font color="red">'adam'</font>, metrics=[<font color="red">'accuracy'</font>])
model.fit(x_train, y_train,
batch_size=batch_size,
epochs=epochs,
validation_data=(x_test, y_test))
> '''Train on 25000 samples, validate on 25000 samples'''
'''Epoch 1/2'''
'''25000/25000 [==============================] - 136s 5ms/step - loss: 0.4107 - acc: 0.7923 - val_loss: 0.2926 - val_acc: 0.8746'''
'''Epoch 2/2'''
'''25000/25000 [==============================] - 136s 5ms/step - loss: 0.2294 - acc: 0.9082 - val_loss: 0.3200 - val_acc: 0.8652'''
==Другие библиотеки для машинного обучения на Python==
===Вспомогательные библиотеки===
* NumPy<ref>[http://www.numpy.org Библиотека NumPy]</ref> {{---}} библиотека, добавляющая поддержку больших многомерных массивов и матриц вместе с большой библиотекой высокоуровневых математических функций для операций с этими массивами. Данная библиотека предоставляет реализации вычислительных алгоритмов (в виде функций и операторов), оптимизированные для работы с многомерными массивами. В результате любой алгоритм, который может быть выражен в виде последовательности операций над массивами (матрицами) и реализованный с использованием NumPy, работает так же быстро, как эквивалентный код, выполняемый в MATLAB<ref>[https://www.mathworks.com/products/matlab.html MATLAB]</ref>;
* SciPy<ref>[https://www.scipy.org Библиотека SciPy]</ref> {{---}} открытая библиотека высококачественных научных инструментов для языка программирования Python. SciPy содержит модули для оптимизации, интегрирования, специальных функций, обработки сигналов, обработки изображений, генетических алгоритмов, решения обыкновенных дифференциальных уравнений и других задач, обычно решаемых в науке и при инженерной разработке;
* Pandas<ref>[https://pandas.pydata.org Библиотека Pandas]</ref> {{---}} библиотека Python, которая является мощным инструментом для анализа данных. Пакет дает возможность строить сводные таблицы, выполнять группировки, предоставляет удобный доступ к табличным данным и позволяет строить графики на полученных наборах данных при помощи библиотеки Matplotlib;
* Matplotlib<ref>[https://matplotlib.org Библиотека Matplotlib]</ref> {{---}} библиотека Python для построения качественных двумерных графиков. Matplotlib является гибким, легко конфигурируемым пакетом, который вместе с NumPy, SciPy и IPython<ref>[https://ipython.org IPython Notebook]</ref> предоставляет возможности, подобные MATLAB.
* [https://github.com/HIPS/autograd Autograd] - Библиотека автодифференциирования функций на numpy. ПОзволяет делать простые нейросети и оптимизацию научных расчётов. Для тяжёлого лучше использовать GPU-библиотеки.
* [https://github.com/google/jax JAX] - улучшенный autograd.
* [https://github.com/ofnote/tsalib Tensor shape annotation lib] - позволяет назначить измерениям тензора человекочитаемые метки
===Библиотеки для глубокого обучения===
* Tenzorflow<ref>https://www.tensorflow.org</ref> - открытая программная библиотека для машинного обучения, разработанная компанией Google для решения задач построения и тренировки нейронной сети с целью автоматического нахождения и классификации образов, достигая качества человеческого восприятия. Широко применяется в бизнес-приложениях.
* PyTorch<ref>[https://pytorch.org Библиотека PyTorch]</ref> {{---}} библиотека для глубокого обучения, созданная на базе Torch<ref>[https://en.wikipedia.org/wiki/Torch_(machine_learning) Torch]</ref> и развиваемая компанией Facebook. Две ключевые функциональности данной библиотеки {{---}} тензорные вычисления с развитой поддержкой ускорения на GPU (OpenCL) и глубокие нейронные сети на базе системы autodiff;
* Theano<ref>[http://deeplearning.net/software/theano/ Библиотека Theano]</ref> {{---}} расширение языка программирования Python, позволяющее эффективно вычислять математические выражения, содержащие многомерные массивы. Библиотека предоставляет базовый набор инструментов для конфигурации нейронных сетей и их обучения. Наибольшее признание данная библиотека получила в задачах машинного обучения при решении задач оптимизации. Она позволяет использовать возможности GPU без изменения кода программы, что делает ее незаменимой при выполнении ресурсоемких задач;
* Caffe<ref>[http://caffe.berkeleyvision.org Библиотека Caffe]</ref> {{---}} фреймворк для обучения нейронных сетей, созданный университетом Беркли. Как и Tensorflow, использует cuDNN для работы с видеокартами NVIDIA;
* Microsoft Cognitive Toolkit (CNTK)<ref>[https://www.microsoft.com/en-us/cognitive-toolkit/ Библиотека CNTK]</ref> {{---}} фреймворк от корпорации Microsoft, предоставляющий реализации архитектур различных нейронных сетей.
* [https://github.com/plaidml/plaidml plaidml] - ещё одна библиотека на OpenCL, умеющая компилировать граф в оптимизированные кастомные ядра OpenCL.
===Библиотеки для обработки естественного языка===
* NLTK<ref>[https://www.nltk.org Библиотека NLTK]</ref> {{---}} пакет библиотек и программ для символьной и статистической обработки естественного языка, написанных на языке программирования Python;
* Gensim<ref>[https://radimrehurek.com/gensim/ Библиотека Gensim]</ref> {{---}} инструмент для автоматической обработки языка, основанный на машинном обучении. В Gensim реализованы алгоритмы дистрибутивной семантики word2vec и doc2vec, он позволяет решать задачи тематического моделирования и выделять основные темы текста или документа.
===Библиотеки для градиентного бустинга===
* [[XGBoost|Xgboost]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup><ref>[https://xgboost.readthedocs.io/en/latest/python/index.html Библиотека Xgboost]</ref> {{---}} библиотека с реализацией градиентного бустинга, которая для выбора разбиения использует сортировку и модели, основанные на анализе гистограмм;
* LightGBM<ref>[http://www.dmtk.io Библиотека LightGBM]</ref> {{---}} фреймворк с реализацией градиентного бустинга от корпорации Microsoft. Является частью проекта Microsoft DMTK, посвященного реализации подходов машинного обучения для .Net;
* [[CatBoost|CatBoost]]<ref>[https://catboost.ai Библиотека CatBoost]</ref> {{---}} библиотека с градиентным бустингом от компании Яндекс, в которой реализуется особый подход к обработке категориальных признаков, основанный на подмене категориальных признаков статистиками на основе предсказываемого значения.
==См. также==
*[[:Примеры кода на Scala|Примеры кода на Scala]]
*[[:Примеры кода на R|Примеры кода на R]]<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>
*[[:Примеры кода на Java|Примеры кода на Java]]
==Примечания==
<references/>
[[Категория: Машинное обучение]] [[Категория: Примеры кода]]