Изменения

Перейти к: навигация, поиск
Нет описания правки
[[File:python-logoJava.pngjpeg|auto|thumb|PythonJava: https://www.pythonoracle.orgcom/java/]] ==Scikit-learnПопулярные библиотеки=====Описание===Scikit-learn* <code>Weka</code><ref>[https://scikit-learnwww.cs.waikato.ac.orgnz/~ml/stableweka/ Библиотека scikit-learnWeka]</ref> {{---}} популярная библиотека машинного обучения , написанная на языке программирования Python с открытым исходным кодом. Содержит реализации практически всех возможных преобразований, <code>Java</code> и нередко ее одной хватает содержащая в себе множество алгоритмов машинного обучения для полной реализации моделизадач анализа данных. В данной библиотеки реализованы методы разбиения датасета на тестовый и обучающийПредоставляет инструменты для решения задач классификации, вычисление основных метрик над наборами кластеризации данных, проведение [[кросс-валидации|Кросс-валидация]]регрессионного анализа и др.* <code>Smile</code><supref>[на 28https://haifengl.01github.19 не созданio/smile/ Smile, Statistical Machine Intelligence and Learning Engine]</supref>. В библиотеке также есть основные алгоритмы машинного обучения: [[Линейная регрессия|линейной регрессии]]{{---}} <supcode>[на 28.01.19 не создан]Java</supcode> и её модификаций Лассофреймворк для машинного обучения, гребневой регрессиианализа естественного языка, [[Метод опорных векторов (SVM)|опорных векторов]]линейной алгебры и визуализации данных. <supcode>[на 28.01.19 не создан]Smile</supcode>, [[Дерево решений покрывает все основные аспекты машинного обучения и случайный лес|решающих деревьев предоставляет высокопроизводительные алгоритмы и лесов]] и дрструктуры данных. Есть и реализации основных методов [[Кластеризация|кластеризации]]. Кроме того, библиотека содержит постоянно используемые исследователями методы работы с признаками: например, понижение размерности [[Метод главных компонент (PCA)|методом главных компонент]]* <supcode>[на 28.01.19 не создан]deeplearning4j</supcode>. Частью пакета является библиотека imblearn<ref>[https://imbalanced-learn.readthedocsgithub.iocom/endeeplearning4j/stabledeeplearning4j deeplearning4j, deep learning & linear algebra for Java/index.html Библиотека imbalanced-learnScala with GPUs + Spark]</ref>{{---}} <code>Java</code> библиотека для глубокого обучения, позволяющая работать создания рекуррентых (в том числе распределенных) нейронных сетей.==Примеры кода==Для работы с разбалансированными выборками приведенными ниже примерами необходим <code>JDK</code> версии не ниже 10 и генерировать новые значениясистема сборки <code>Maven</code>.<br>Каждый пример структурирован следующим образом: # <code>Maven</code> зависимость на необходимые библиотеки# Список необходимых <code>import</code> директив# Код примера с комментариями===Примеры кодаВариации регрессии==={{main|Вариации регрессии}}
====Линейная регрессия====
{{Mainmain|Линейная регрессия|l1=Линейная регрессия<sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>}}  Пример линейной регресии с применением <font color="green"code># Add required imports</font> '''import''' matplotlibweka.classifiers.pyplot '''as''' plt '''import''' numpy '''as''' np '''from''' sklearn '''import''' datasets '''from''' sklearnfunctions.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</fontcode> x_train = diabetes_X[:<font color="blue">-20</fontref>] x_test = diabetes_X[<font color="blue">-20</font>http:] <font color="green"># Split the targets into training/testing sets</font> y_train = diabetesweka.target[:<font color="blue">-20</font>] y_test = diabetessourceforge.target[<font color="blue">-20<net/font>:] Построение и обучение модели: lr = LinearRegression() lr.fit(x_train, y_train) predictions = lrdoc.predict(x_test) Оценка алгоритма: <font color="green"># The mean squared error<dev/font> print(<font color="red">"Mean squared error: %.2f"<weka/font> % mean_squared_error(y_test, predictions)) <font color="green"># Explained variance score: 1 is perfect prediction<classifiers/font> print(<font color="red">'Variance score: %.2f'<functions/font> % r2_score(y_test, predictions))  > '''Mean squared error: 2548LinearRegression.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'<html/font>) plt.plot(x_testWeka, predictions, color=<font color="red">'blue'Linear Regression]</fontref>, linewidth=<font color="blue">3</font>) plt.xticks(()) plt.yticks(()) plt.show() [[File:Diabetes-sklearn.png|400px|none|super]]
====Логистическая регрессия==== <dependency>{{Main|Логистическая регрессия}} <groupId>nz.ac.waikato.cms.weka</groupId> <artifactId>weka-stable</artifactId> <version>3.8.0</version> </dependency>
Загрузка датасета: '''fromimport''' sklearnweka.datasets classifiers.functions.LinearRegression; '''import''' load_digitsweka.core.Instance; digits = load_digits()'''import''' weka.core.Instances;
Вывод первых трех тренировочных данных для визуализации: '''import''' numpy '''as''' np<font color="green">//Load Data set</font> '''importvar''' matplotlibdata = new Instances(new BufferedReader(new FileReader("dataset/house.pyplot '''as''' pltarff"))); pltdata.figuresetClassIndex(figsize=data.numAttributes() - 1); <font color="bluegreen">20//Build model</font>,<font color '''var''' model ="blue">4</font>)new LinearRegression(); '''fortry''' index, { model.buildClassifier(image, labeldata) ; } '''incatch''' enumerate(zipException e) { e.printStackTrace(digits.data[); } <font color="bluegreen">0//output model</font> System.out.printf("model parameters:<font color=%s%n"blue">3</font>], digits.target[model); <font color="bluegreen">0// Now Predicting the cost</font>:<font color '''var''' myHouse ="blue">3</font>]data.lastInstance(); '''var''' price = model.classifyInstance(myHouse):; plt System.subplotout.printf(<font color"predicted price =%s%n"blue">1</font>, <font colorprice)====Логистическая регрессиия==="blue">3</font>, index + <font color="blue">1{{main|Логистическая регрессия}}Пример линейной регрессии с применением </fontcode>) pltsmile.imshow(npclassification.reshape(image, (<font color="blue">8LogisticRegression</fontcode>,<font color="blue"ref>8<[https://font>)), cmap=plthaifengl.cmgithub.gray) plt.title(<font color="red">'Training: %i\n'<io/smile/api/java/smile/classification/LogisticRegression/font> % labelSmile, fontsize = <font color="blue">20Logistic Regression]</fontref>)
[[File:Digits <dependency> <groupId>com.github.haifengl</groupId> <artifactId>smile-sklearncore</artifactId> <version>1.5.png|800px|none|super]]2</version> </dependency>
Разбиение датасета на тренировочный и тестовый: '''import''' smile.data.AttributeDataset; '''fromimport''' sklearnsmile.model_selection data.NominalAttribute; '''import''' train_test_splitsmile.classification.LogisticRegression; x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(digits'''import''' smile.data, digits.target, test_size=<font color="blue">0parser.25</font>, random_state=<font color="blue">0</font>)ArffParser;
Построение и обучение модели: '''fromvar''' sklearnarffParser = new ArffParser(); arffParser.linear_model setResponseIndex(4); '''importvar''' LogisticRegressioniris lr = LogisticRegressionarffParser.parse(smile.data.parser.IOUtils.getTestDataFile("weka/iris.arff")); lr'''var''' logClf = new LogisticRegression(iris.fitx(x_train), y_trainiris.labels()); predictions = lrlogClf.predict(x_testtestX);====Гребневая регрессия (ридж-регрессия)===={{Main|Вариации регрессии#Гребневая регрессия (ридж-регрессия)}}
Оценка алгоритма: score = lrПример гребневой регрессии с применением <code>smile.regression.score(x_test, y_test) print(RidgeRegression</code><font color="red"ref>"Score[https: %//haifengl.github.io/smile/api/java/smile/regression/RidgeRegression.3f"html/ Smile, Ridge Regression]</fontref> % score)
<dependency> '''Score: 0 <groupId>com.github.haifengl</groupId> <artifactId>smile-core</artifactId> <version>1.953'''5.2</version> </dependency>
====Перцептрон==== '''import''' smile.data.NominalAttribute;{{Main|Нейронные сети, перцептрон}} '''import''' smile.data.parser.DelimitedTextParser; '''import''' smile.regression.RidgeRegression;
Загрузка датасета: '''var''' parser = new DelimitedTextParser(); parser.setDelimiter(", "); parser.setResponseIndex(new NominalAttribute("class"), 0); '''fromvar''' sklearn dataset = parser.parse("dataset.csv"); '''importvar''' datasetslambda = 0.0057d; iris '''var''' ridgeClf = datasetsnew RidgeRegression(dataset.load_irisx(), dataset.y(), lambda); X = irisridgeClf.datapredict(testX); y = iris.target===Лассо-регрессия===={{Main|Вариации регрессии#Лассо-регрессия}}
Разбиение датасета на тренировочный и тестовый: '''from''' sklearnПример Лассо-регрессии с применением <code>smile.regression.model_selection '''import''' train_test_split X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size = LASSO</code><font color="blue"ref>0[https://haifengl.github.io/smile/api/java/smile/regression/LASSO.20html/ Smile, LASSO regression]</fontref>)
Трансформация признаков: <dependency> '''from''' sklearn <groupId>com.github.preprocessing '''import''' StandardScalerhaifengl</groupId> scaler = StandardScaler() <artifactId>smile-core</artifactId> scaler <version>1.fit(X_train) X_train = scaler5.transform(X_train)2</version> X_test = scaler.transform(X_test)</dependency>
Построение и обучение модели: '''fromimport''' sklearnsmile.neural_network data.NominalAttribute; '''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>) mlpsmile.fit(X_train, y_traindata.valuesparser.ravel())DelimitedTextParser; predictions = mlp'''import''' smile.regression.predict(X_test)LASSO;
Оценка алгоритма: '''var''' parser = new DelimitedTextParser(); parser.setDelimiter(", "); parser.setResponseIndex(new NominalAttribute("class"), 0); '''fromvar''' sklearndataset = parser.parse("dataset.metrics csv"); '''importvar''' classification_report, confusion_matrixlasso print= new LASSO(confusion_matrixdataset.x(y_test),predictionsdataset.y(), 10); printlasso.predict(classification_report(y_testtestX);===Классификация при помощи MLP==={{main|Нейронные сети, перцептрон}}Пример классификации с применением <code>weka.classifiers.functions.MultilayerPerceptron</code><ref>[http://weka.sourceforge.net/doc.dev/weka/classifiers/functions/MultilayerPerceptron.html/ Weka,predictions))MLP]</ref>
<dependency> '''[[ 7 0 0]''' '''[ 0 8 1]''' '''[ 0 2 12]]''' '''precision recall f1-score support''' '''0 1 <groupId>nz.ac.00 1waikato.00 1cms.00 7'''weka</groupId> '''1 0.80 0.89 0.84 9''' <artifactId>weka-stable</artifactId> '''2 0 <version>3.92 08.86 0.89 14'''</version> '''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'''</dependency>
====Метрический классификатор и метод ближайших соседей==== '''import''' weka.classifiers.functions.MultilayerPerceptron;{{Main|Метрический классификатор и метод ближайших соседей#Пример использования (через scikit-learn)|l1=Метрический классификатор и метод ближайших соседей: пример через scikit-learn}} '''import''' weka.core.converters.CSVLoader; '''import''' java.io.File;
<font color="green">// read train & test datasets and build MLP classifier</font> '''var''' trainds =new DataSource("etc/train.csv"); '''var''' train =trainds.getDataSet(); train.setClassIndex(train.numAttributes() - 1); '''var''' testds =Дерево решений и случайный лесnew DataSource("etc/test.csv"); '''var''' test =testds.getDataSet(); test.setClassIndex(test.numAttributes() - 1); '''var''' mlp =new MultilayerPerceptron(); mlp.buildClassifier(train); <font color="green">// Test the model</font> '''var''' eTest =new Evaluation(train);{{Main|Дерево решений и случайный лес#Примеры использования eTest.evaluateModel(в scikit-learnmlp, test)|l1; <font color=Дерево решений и случайный лес"green">// Print the result à la Weka explorer: пример через scikit-learn}}</font> '''var''' strSummary = eTest.toSummaryString(); System.out.println(strSummary);
===Рекуррентные нейронные сети=Обработка естественного языка=={{Main|Рекуррентные нейронные сети}}[https://github.com/deeplearning4j/dl4j-examples/blob/master/dl4j-examples/src/main/java/org/deeplearning4j/examples/recurrent/basic/BasicRNNExample.java Пример] простой рекуррентной нейронной сети, способной генерировать заданную строку по первому символу, с применением библиотеки <code>deeplearning4j</code>.===Долгая краткосрочная память==={{Main|Обработка естественного языкаДолгая краткосрочная память}}[https://github.com/deeplearning4j/dl4j-examples/blob/master/dl4j-examples/src/main/java/org/deeplearning4j/examples/recurrent/character/LSTMCharModellingExample.java Пример] реализации рекуррентной нейронной сети, использующей механизм LSTM и натренированной на текстах Шекспира, с применением библиотеки <code>deeplearning4j</code>.===Метод опорных векторов==={{main|Метод опорных векторов (SVM)}}Пример классификации с применением <code>smile.classification.SVM</code><ref>[https://haifengl.github.io/smile/api/java/smile/classification/SVM.html/ Smile, SVM]</ref>
Загрузка датасета: <dependency> '''from''' sklearn '''import''' fetch_20newsgroups <groupId>com.github.haifengl</groupId> twenty_train = fetch_20newsgroups(subset= <font color="red"artifactId>'train'smile-core</fontartifactId> <version>, shuffle='''True''', random_state=1.5.2<font color="blue"/version>42 </fontdependency>)
Вывод первых трех строк первого тренивочного файла и его класса: '''import''' smile.classification.SVM; print(<font color="red">"\n"</font>'''import''' smile.join(twenty_traindata.NominalAttribute; '''import''' smile.data[<font color="blue">0</font>].split(<font color="red">"\n"</font>)[:<font color="blue">3</font>]))parser.DelimitedTextParser; '''import''' smile.math.kernel.GaussianKernel; print(twenty_train'''import''' java.target_names[twenty_trainutil.target[<font color="blue">0</font>]])Arrays;
> '''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]]<supfont color="green">[на 28.01.19 не создан]// read train & test dataset</supfont>, а вторая использует метод опорных векторов: '''fromvar''' sklearn.pipeline '''import''' Pipelineparser = new DelimitedTextParser(); '''from''' sklearnparser.feature_extraction.text '''import''' CountVectorizersetResponseIndex(new NominalAttribute("class"), TfidfTransformer 0); '''from''' sklearn.naive_bayes 'var''import''' MultinomialNBtrain text_clf1 = Pipeline([ parser.parse(<font color="redUSPS Train">'vect'</font>, CountVectorizerthis.getClass()), .getResourceAsStream(<font color="red">'tfidf'</font>, TfidfTransformer()), (<font color="redsmile/data/usps/zip.train">'clf'</font>, MultinomialNB()), ]) ; '''fromvar''' sklearntest = parser.linear_model '''import''' SGDClassifier text_clf2 = Pipelineparse([ (<font color="redUSPS Test">'vect'</font>, CountVectorizerthis.getClass()), .getResourceAsStream(<font color="red">'tfidf'</font>, TfidfTransformer()), (<font color="red">'clf'<smile/font>, SGDClassifier(loss=<font color="red">'hinge'<data/font>, penalty=<font color="red">'l2'<usps/font>, alpha=<font color=zip.test"blue">1e-3</font>, random_state=<font color="blue">42</font>,)); max_iter=<font color="blue">5</font>, tol= '''Nonevar'''classes = Arrays.stream(test.labels()), ]) text_clf1.fitmax(twenty_train.data, twenty_train.target) text_clf2.fitorElse(twenty_train.data, twenty_train.target0Оценка алгоритмов:+ 1; twenty_test = fetch_20newsgroups(subset=<font color="redgreen">'test'// build SVM classifier</font>, shuffle= '''Truevar''', random_statesvm =new SVM<font color="blue">42</font>(new GaussianKernel(8.0), 5.0, classes, SVM.Multiclass.ONE_VS_ONE); docs_test = twenty_testsvm.data predicted1 = text_clf1learn(train.predictx(docs_test) predicted2 = text_clf2, train.predictlabels(docs_test)); print(<font color="red">"Score: %.3f"</font> % npsvm.meanfinish(predicted1 == twenty_test.target)); print(<font color="redgreen">"Score: %.3f"// calculate test error rate</font> % np.mean(predicted2 == twenty_test.target))  > '''Score for naive Bayes: 0.774var'''error = 0; '''Score for SVM: (int i = 0; i < test.x().824''' ====Кросс-валилация и подбор параметров====length; i++) {{Main|Кросс-валидация}} Возьмем предыдущий пример с обработкой естественного языка и попробуем увеличить точность алгоритма за счет кросс-валидации и подбора параметров: '''from''' sklearn if (svm.model_selection '''import''' GridSearchCV parameters = { <font color="red">'vect__ngram_range'</font>: [predict(<font color="blue">1</font>, <font color="blue">1</font>), test.x(<font color="blue">1</font>, <font color="blue">2</font>)[i], <font color) !="red">'tfidf__use_idf'</font>: test.labels('''True''', '''False'''),[i]) { error++; <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_clfSystem.fit(twenty_trainout.data, twenty_train.target) printformat(<font color"USPS error rate ="red">"Best score: %.3f"</font> 2f% gs_clf.best_score_) '''for''' param_name '''in''' sorted(parameters.keys()): print(<font color="red">"%s: %r\n"</font> % (param_name, gs_clf100.best_params_[param_name]))  > '''Best score: 0.904''' '''clf__alpha: 0* error / test.001''' '''tfidf__use_idf: True''' '''vect__ngram_range: x(1, 2)''' ====Метод опорных векторов (SVM.length)===={{Main|Метод опорных векторов (SVM)|l1=Метод опорных векторов (SVM) <sup>[на 28.01.19 не создан]</sup>}};
Загрузка датасета: '''from''' sklearn '''import''' datasets===Деревья решений, случайный лес=== iris = datasets.load_iris(){{Main|Дерево решений и случайный лес#Пример на языке Java}}
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>Бустинг, random_stateAda-boost==<font color="blue">0</font>){{main|Бустинг, AdaBoost#Пример на языке Java}}
Построение и обучение модели:===EM-алгоритм=== clf {{Main|EM-алгоритм|ll= svmEM-алгоритм <sup>[на 08.04.SVC(kernel=19 не создан]</sup>}}Пример кластеризации с применением <font color="red"code>'linear'weka.clusterers.EM</fontcode><ref>[http://weka.sourceforge.net/doc.dev/weka/clusterers/EM.html/ Weka, C=EM]</ref> <dependency> <font color="blue"groupId>1nz.ac.waikato.cms.0weka</groupId> <artifactId>weka-stable</fontartifactId>) clf <version>3.8.fit(x_train, y_train)0</version> predictions = clf.predict(x_test)</dependency>
Оценка алгоритма: '''import''' weka.clusterers.ClusterEvaluation; '''fromimport''' sklearnweka.metrics clusterers.EM; '''import''' classification_report, confusion_matrixweka.core.Instances; print(confusion_matrix(y_test,predictions))'''import''' java.io.BufferedReader; '''import''' java.io.FileReader; print(classification_report(y_test,predictions))'''import''' java.util.Random;
<font color="green">//load data</font> '''[[13 0 0]''' '''[ 0 15 1]''' '''[ 0 0 9]]var'''data = new Instances(new BufferedReader(new FileReader("data/bank-data.arff"))); '''precision recall f1-score support'''<font color="green">// new instance of clusterer</font> '''0 1.00 1.00 1.00 13var'''model = new EM(); '''1 1.00 0.94 0.97 16''' <font color="green">// build the clusterer</font> '''2 0.90 1.00 0 model.95 9'''buildClusterer(data); '''micro avg 0System.97 0out.97 0.97 38'''println(model); '''macro avg 0.97 0.98 0.97 38 ''' var'''weighted avg 0logLikelihood = ClusterEvaluation.98 0.97 0.97 38'''crossValidateModel(model, data, 10, new Random(1));
====EM-алгоритм=Уменьшение размерности==={{Main|EM-алгоритм|l1=EM-алгоритм<sup>[Уменьшение размерности#Пример на 28.01.19 не создан]</sup>языке Java}}
'''import''' numpy '''as''' np '''import''' matplotlib.pyplot '''as''' plt '''from''' matplotlib.colors '''import''' LogNorm '''from''' sklearn '''import''' mixture n_samples = <font color="blue">300</font> <font color="green"># generate random sample, two components</font> np.random.seed(<font color="blue">0</font>) <font color="green"># generate spherical data centered on (20, 20)</font> shifted_gaussian = np.random.randn(n_samples, <font colorБайесовская классификация="blue">2</font>) + np.array([<font color="blue">20</font>, <font color="blue">20</font>]) <font color="green">{{Main|Байесовская классификация# generate zero centered stretched Gaussian data</font> C = np.array([[<font color="blue">0.</font>, <font color="blue">-0.7</font>], [<font color="blue">3.5</font>, <font color="blue">.7</font>]]) stretched_gaussian = np.dot(np.random.randn(n_samples, <font color="blue">2</font>), C) <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">'both'</font>) plt.scatter(X_train[:, <font color="blue">0</font>], X_train[:, <font color="blue">1</font>], <font color="blue">.8</font>) plt.title(<font color="red">'Negative log-likelihood predicted by a GMM'</font>) plt.axis(<font color="red">'tight'</font>) plt.show()Пример на языке Java}}
[[File:Em.png|400px|none|super]] ====Уменьшение размерности=Метрический классификатор и метод ближайших соседей==={{Main|Уменьшение размерностиМетрический классификатор и метод ближайших соседей#Пример кода scikit-learn|l1=Уменьшение размерности: пример через scikit-learn}} ==Tensorflow=====Описание===Tensorflow<ref>[https://www.tensorflow.org Библиотека Tensorflow]</ref> {{---}} библиотека, разработанная корпорацией Google для работы с тензорами, используется для построения нейронных сетей. Поддержка вычислений на видеокартах имеет поддержку языка программирования C++. На основе данной библиотеки строятся более высокоуровневые библиотеки для работы с нейронными сетями на уровне целых слоев. Так, некоторое время назад популярная библиотека Keras стала использовать Tensorflow как основной бэкенд для вычислений вместо аналогичной библиотеки Theano. Для работы на видеокартах NVIDIA используется библиотека cuDNN. Если вы работаете с картинками (со сверточными нейросетями), скорее всего, придется использовать данную библиотеку.===Примеры кода=======Сверточная нейронная сеть===={{Main|Сверточные нейронные сети}} Реализация сверточной нейронной сети для классификации цифр из датасета MNIST: '''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)) optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=learning_rate) 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===Keras<ref>[https://keras.io Библиотека Keras]</ref> {{---}} библиотека для построения нейронных сетей, поддерживающая основные виды слоев и структурные элементы. Поддерживает как рекуррентные, так и сверточные нейросети, имеет в своем составе реализацию известных архитектур нейросетей (например, VGG16). Некоторое время назад слои из данной библиотеки стали доступны внутри библиотеки Tensorflow. Существуют готовые функции для работы с изображениями и текстом. Интегрирована в Apache Spark с помощью дистрибутива dist-keras. Данная библиотека позволяет на более высоком уровне работать с нейронными сетями. В качестве библиотеки для бэкенда может использоваться как Tensorflow, так и Theano.===Примеры кода=======Сверточная нейронная сеть===={{Main|Сверточные нейронные сети}} 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() model.add(Embedding(max_features, 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. ===Библиотеки для глубокого обучения===* 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 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. ===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> {{---Java}} 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 2808.0104.19 не создан]</sup>*[[:Примеры кода Обзор библиотек для машинного обучения на JavaPython|Примеры кода Обзор библиотек для машинного обучения на JavaPython]]
==Примечания==
<references/>
 
[[Категория: Машинное обучение]] [[Категория: Примеры кода]]
Анонимный участник

Навигация