在本文中,我们将介绍超参数优化,然后使用TensorBoard显示超参数优化的结果。

深度神经网络的超参数是什么"color: #ff0000">如何实现超参数优化"text-align: center">使用TensorBoard进行超参数优化的实现

可以使用以下技术执行超参数优化。

  • 手动搜索
  • 网格搜索:对指定超参数的所有可能组合进行穷举搜索,从而得到笛卡尔积。
  • 随机搜索:超参数是随机选择的,不是每一个超参数的组合都被尝试。随着超参数数量的增加,随机搜索是一个更好的选择,因为它可以更快地得到超参数的良好组合。
  • 贝叶斯优化:整合关于超参数的先验数据,包括模型的准确性或损失。先验信息有助于确定模型超参数选择的更好近似。

为了在TensorBoard中可视化模型的超参数并进行调优,我们将使用网格搜索技术,其中我们将使用一些超参数,如不同的节点数量,不同的优化器,或学习率等看看模型的准确性和损失。

为什么使用TensorBoard进行超参数优化"_blank" href="https://www.kaggle.com/c/dogs-vs-cats/data" rel="external nofollow" >https://www.kaggle.com/c/dogs-vs-cats/data

导入所需的库

导入TensorFlow和TensorBoard HParams插件以及Keras库来预处理图像和创建模型。

import tensorflow as tf
from tensorboard.plugins.hparams import api as hp
import datetime
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Dense, Conv2D, Flatten, Dropout, MaxPooling2D
from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator, img_to_array, load_img
import numpy as np

加载TensorBoard notebook扩展

# Load the TensorBoard notebook extension
%load_ext tensorboard

创建图像分类的深度学习模型

为训练设置关键参数

BASE_PATH = 'Data\\dogs-vs-cats\\train\\'
TRAIN_PATH='Data\\dogs-vs-cats\\train_data\\'
VAL_PATH='Data\\dogs-vs-cats\\validation_data\\'batch_size = 32 
epochs = 5
IMG_HEIGHT = 150
IMG_WIDTH = 150

对训练图像进行缩放和不同的增强

train_image_generator = ImageDataGenerator(                        
rescale=1./255,
rotation_range=45, 
width_shift_range=.15,
height_shift_range=.15,
horizontal_flip=True,
zoom_range=0.3)

重新调节验证数据

validation_image_generator = ImageDataGenerator(rescale=1./255)

为训练和验证生成成批的规范化数据

train_data_gen = train_image_generator.flow_from_directory(
batch_size = batch_size,           
directory=TRAIN_PATH,
shuffle=True,
target_size=(IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH),
class_mode='categorical')
val_data_gen = validation_image_generator.flow_from_directory(batch_size = batch_size,
directory=VAL_PATH,
target_size=(IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH), 
class_mode='categorical')

为网格搜索(Grid Search)设置超参数

我们通过列出超参数的不同值或取值范围,使用了四个超参数来运行我们的实验。

对于离散超参数,将尝试所有可能的参数组合,对于实值参数,只使用下界和上界。

第一层的单元数量:256和512

dropout比例:范围在0.1到0.2之间。所以dropout比例是0。1和0。2。

优化器:adam, SGD, rmsprop

优化器的学习率:0.001,0.0001和0.0005,

我们还将准确率显示在TensorBoard 上

## Create hyperparameters
HP_NUM_UNITS=hp.HParam('num_units', hp.Discrete([ 256, 512]))
HP_DROPOUT=hp.HParam('dropout', hp.RealInterval(0.1, 0.2))
HP_LEARNING_RATE= hp.HParam('learning_rate', hp.Discrete([0.001, 0.0005, 0.0001]))
HP_OPTIMIZER=hp.HParam('optimizer', hp.Discrete(['adam', 'sgd', 'rmsprop']))METRIC_ACCURACY='accuracy'

创建和配置日志文件

log_dir ='\\logs\\fit\\' + datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d-%H%M%S')
with tf.summary.create_file_writer(log_dir).as_default():
  hp.hparams_config(
  hparams=
  [HP_NUM_UNITS, HP_DROPOUT, HP_OPTIMIZER, HP_LEARNING_RATE],
  metrics=[hp.Metric(METRIC_ACCURACY, display_name='Accuracy')],
  )

创建、编译和训练模型

超参数不是硬编码的,但从hparams字典为不同的参数:HP_DROPOUT , HP_NUM_UNITS ,HP_OPTIMIZER ,HP_LEARNING_RATE。

函数返回最后一个批次的验证准确性。

def create_model(hparams):
  model = Sequential([
  Conv2D(64, 3, padding='same', activation='relu', 
      input_shape=(IMG_HEIGHT, IMG_WIDTH ,3)),
  MaxPooling2D(),
  #setting the Drop out value based on HParam
  Dropout(hparams[HP_DROPOUT]),
  Conv2D(128, 3, padding='same', activation='relu'),
  MaxPooling2D(),
  Dropout(hparams[HP_DROPOUT]),
  Flatten(),
  Dense(hparams[HP_NUM_UNITS], activation='relu'),
  Dense(2, activation='softmax')])
  
  #setting the optimizer and learning rate
  optimizer = hparams[HP_OPTIMIZER]
  learning_rate = hparams[HP_LEARNING_RATE]
  if optimizer == "adam":
    optimizer = tf.optimizers.Adam(learning_rate=learning_rate)
  elif optimizer == "sgd":
    optimizer = tf.optimizers.SGD(learning_rate=learning_rate)
  elif optimizer=='rmsprop':
    optimizer = tf.optimizers.RMSprop(learning_rate=learning_rate)
  else:
    raise ValueError("unexpected optimizer name: %r" % (optimizer_name,))
  
  # Comiple the mode with the optimizer and learninf rate specified in hparams
  model.compile(optimizer=optimizer,
       loss='categorical_crossentropy',
       metrics=['accuracy'])
  
  #Fit the model 
  history=model.fit_generator(
  train_data_gen,
  steps_per_epoch=1000,
  epochs=epochs,
  validation_data=val_data_gen,
  validation_steps=1000,
  callbacks=[
    tf.keras.callbacks.TensorBoard(log_dir), # log metrics
    hp.KerasCallback(log_dir, hparams),# log hparams
    
  ])
  return history.history['val_accuracy'][-1]

对于模型的每次运行,使用超参数和最终批次精度记录hparams都会被纪律。我们需要将最后一个批次的验证精度转换为标量值。

def run(run_dir, hparams):
 with tf.summary.create_file_writer(run_dir).as_default():
  hp.hparams(hparams) # record the values used in this trial
  accuracy = create_model(hparams)
  #converting to tf scalar
  accuracy= tf.reshape(tf.convert_to_tensor(accuracy), []).numpy()
  tf.summary.scalar(METRIC_ACCURACY, accuracy, step=1)

用不同的超参数值运行模型

这里的实验使用网格搜索,并测试第一层单元数的所有可能的超参数组合,Dropout比例、优化器及其学习率,以及准确度用于准确性。

session_num = 0for num_units in HP_NUM_UNITS.domain.values:
 for dropout_rate in (HP_DROPOUT.domain.min_value, HP_DROPOUT.domain.max_value):
  for optimizer in HP_OPTIMIZER.domain.values:
    for learning_rate in HP_LEARNING_RATE.domain.values:
     hparams = {
       HP_NUM_UNITS: num_units,
       HP_DROPOUT: dropout_rate,
       HP_OPTIMIZER: optimizer,
       HP_LEARNING_RATE: learning_rate,
     }
     run_name = "run-%d" % session_num
     print('--- Starting trial: %s' % run_name)
     print({h.name: hparams[h] for h in hparams})
     run('logs/hparam_tuning/' + run_name, hparams)
     session_num += 1

在HParams中可视化结果

python -m tensorboard.main --logdir="logs/hparam_tuning"

当按精度降序排序时,可以看到最优化的模型是256台,dropout比例为0.2,rmsprop优化器学习率为0.0005。

使用TensorBoard进行超参数优化的实现

在jupyter notebook中可以使用以下命令查看

%tensorboard --logdir='\logs\hparam_tuning'

使用TensorBoard进行超参数优化的实现

在Tensorboard中使用Parallel Coordinates视图,显示每个超参数的单独运行情况并显示精度,查找最优化的超参数,以获得最佳的模型精度

使用TensorBoard进行超参数优化的实现

总结

Tensorboard为超参数调优提供了一种可视化的方式来了解哪些超参数可以用于微调深度学习模型以获得最佳精度,更多的操作可以查看官方文档:

https://www.tensorflow.org/tensorboard/hyperparameter_tuning_with_hparams

作者:Renu Khandelwal

deephub翻译组

广告合作:本站广告合作请联系QQ:858582 申请时备注:广告合作(否则不回)
免责声明:本站资源来自互联网收集,仅供用于学习和交流,请遵循相关法律法规,本站一切资源不代表本站立场,如有侵权、后门、不妥请联系本站删除!

《魔兽世界》大逃杀!60人新游玩模式《强袭风暴》3月21日上线

暴雪近日发布了《魔兽世界》10.2.6 更新内容,新游玩模式《强袭风暴》即将于3月21 日在亚服上线,届时玩家将前往阿拉希高地展开一场 60 人大逃杀对战。

艾泽拉斯的冒险者已经征服了艾泽拉斯的大地及遥远的彼岸。他们在对抗世界上最致命的敌人时展现出过人的手腕,并且成功阻止终结宇宙等级的威胁。当他们在为即将于《魔兽世界》资料片《地心之战》中来袭的萨拉塔斯势力做战斗准备时,他们还需要在熟悉的阿拉希高地面对一个全新的敌人──那就是彼此。在《巨龙崛起》10.2.6 更新的《强袭风暴》中,玩家将会进入一个全新的海盗主题大逃杀式限时活动,其中包含极高的风险和史诗级的奖励。

《强袭风暴》不是普通的战场,作为一个独立于主游戏之外的活动,玩家可以用大逃杀的风格来体验《魔兽世界》,不分职业、不分装备(除了你在赛局中捡到的),光是技巧和战略的强弱之分就能决定出谁才是能坚持到最后的赢家。本次活动将会开放单人和双人模式,玩家在加入海盗主题的预赛大厅区域前,可以从强袭风暴角色画面新增好友。游玩游戏将可以累计名望轨迹,《巨龙崛起》和《魔兽世界:巫妖王之怒 经典版》的玩家都可以获得奖励。