Keras中自定义复杂的loss函数
By 苏剑林 | 2017-07-22 | 411053位读者 | 引用Keras是一个搭积木式的深度学习框架,用它可以很方便且直观地搭建一些常见的深度学习模型。在tensorflow出来之前,Keras就已经几乎是当时最火的深度学习框架,以theano为后端,而如今Keras已经同时支持四种后端:theano、tensorflow、cntk、mxnet(前三种官方支持,mxnet还没整合到官方中),由此可见Keras的魅力。
Keras是很方便,然而这种方便不是没有代价的,最为人诟病之一的缺点就是灵活性较低,难以搭建一些复杂的模型。的确,Keras确实不是很适合搭建复杂的模型,但并非没有可能,而是搭建太复杂的模型所用的代码量,跟直接用tensorflow写也差不了多少。但不管怎么说,Keras其友好、方便的特性(比如那可爱的训练进度条),使得我们总有使用它的场景。这样,如何更灵活地定制Keras模型,就成为一个值得研究的课题了。这篇文章我们来关心自定义loss。
输入-输出设计
Keras的模型是函数式的,即有输入,也有输出,而loss即为预测值与真实值的某种误差函数。Keras本身也自带了很多loss函数,如mse、交叉熵等,直接调用即可。而要自定义loss,最自然的方法就是仿照Keras自带的loss进行改写。
如何划分一个跟测试集更接近的验证集?
By 苏剑林 | 2020-10-16 | 51861位读者 | 引用不管是打比赛、做实验还是搞工程,我们经常会遇到训练集与测试集分布不一致的情况。一般来说我们会从训练集中划分出来一个验证集,通过这个验证集来调整一些超参数(参考《训练集、验证集和测试集的意义》),比如控制模型的训练轮数以防止过拟合。然而,如果验证集本身跟测试集差别比较大,那么验证集上很好的模型也不代表在测试集上很好,因此如何让划分出来验证集跟测试集的分布差异更小一些,是一个值得研究的题目。
两种情况
首先,明确一下,本文所考虑的,是能给拿到测试集数据本身、但不知道测试集标签的场景。如果是那种提交模型封闭评测的场景,我们完全看不到测试集的,那就没什么办法了。为什么会出现测试集跟训练集分布不一致的现象呢?主要有两种情况。
RNN模型中输入的重要性的评估
By 苏剑林 | 2017-09-10 | 28404位读者 | 引用Saliency Maps for RNN
RNN是很多序列任务的不二法门,比如文本分类任务的常用方法就是“词向量+LSTM+全连接分类器”。如下图
假如这样的一个模型可以良好地工作,那么现在考虑一个任务是:如何衡量输入$w_1,\dots,w_n$对最终的分类结果的影响的重要程度(Saliency)呢?例如假设这是一个情感分类任务,那么怎么找出是哪些词对最终的分类有较为重要的影响呢?本文给出了一个较为直接的思路。
思路的原理很简单,因为我们是将RNN最后一步的状态向量(也就是绿色阴影所代表的向量)传递给后面的分类器进行分类的,因此最后一步的状态向量$\boldsymbol{h}_n$就是一个目标向量。而RNN是一个递推的过程,
从马尔科夫过程到主方程(推导过程)
By 苏剑林 | 2017-10-06 | 68880位读者 | 引用主方程(master equation)是对随机过程进行建模的重要方法,它代表着马尔科夫过程的微分形式,我们的专业主要工具之一就是主方程,说宏大一点,量子力学和统计力学等也不外乎是主方程的一个特例。
然而,笔者阅读了几个著作,比如《统计物理现代教程》,还有我导师的《生物系统的随机动力学》,我发现这些著作对于主方程的推导都很模糊,他们在着力解释结果的意义,但并不说明结果的思想来源,因此其过程难以让人信服。而知乎上有人提问《如何理解马尔科夫过程的主方程的推导过程?》但没有得到很好的答案,也表明了这个事实。
马尔可夫过程
主方程是用来描述马尔科夫过程的,而马尔科夫过程可以理解为运动的无记忆性,说通俗点,就是下一刻的概率分布,只跟当前时刻有关,跟历史状态无关。用概率公式写出来就是(这里只考虑连续型概率,因此这里的$p$是概率密度):
$$\begin{equation}\label{eq:maerkefu}p(x,\tau)=\int p(x,\tau|y,t) p(y,t) dy\end{equation}$$
这里的积分区域是全空间。这里的$p(x,\tau|y,t)$称为跃迁概率,即已经确定了$t$时刻来到了$y$位置后、在$\tau$时刻达到$x$的概率密度,这个式子的物理意义是很明显的,就不多做解释了。
基于fine tune的图像分类(百度分狗竞赛)
By 苏剑林 | 2017-10-13 | 27217位读者 | 引用前两年百度的大数据竞赛都是自然语言处理方面的,今年画风一转,变成了图像的细颗粒度分类,赛题内容就是将宠物狗归为100类中的其中一类。这个任务本身是很平凡的,做法也很常规,无外乎就是数据扩增、imagenet模型的fine tune、模型集成三个方面。笔者并不擅长于模型集成,只做了前面两个步骤,成绩也非常一般(准确率80%上下)。但感觉里边的某些代码可能对读者有帮助,遂共享一翻。下面结合着代码来讲解。
比赛官网(随时有失效的可能):http://js.baidu.com
模型
模型主要用tensorflow+keras实现。首先自然是导入各种模块
#! -*- coding:utf-8 -*-
import numpy as np
from scipy import misc
import tensorflow as tf
from keras.applications.xception import Xception,preprocess_input
from keras.layers import Input,Dense,Lambda,Embedding
from keras.layers.merge import multiply
from keras import backend as K
from keras.models import Model
from keras.optimizers import SGD
from tqdm import tqdm
import glob
np.random.seed(2017)
tf.set_random_seed(2017)
训练集、验证集和测试集的意义
By 苏剑林 | 2017-10-14 | 48260位读者 | 引用浅谈神经网络中激活函数的设计
By 苏剑林 | 2017-10-26 | 43904位读者 | 引用激活函数是神经网络中非线性的来源,因为如果去掉这些函数,那么整个网络就只剩下线性运算,线性运算的复合还是线性运算的,最终的效果只相当于单层的线性模型。
那么,常见的激活函数有哪些呢?或者说,激活函数的选择有哪些指导原则呢?是不是任意的非线性函数都可以做激活函数呢?
这里探究的激活函数是中间层的激活函数,而不是输出的激活函数。最后的输出一般会有特定的激活函数,不能随意改变,比如二分类一般用sigmoid函数激活,多分类一般用softmax激活,等等;相比之下,中间层的激活函数选择余地更大一些。
浮点误差都行!
理论上来说,只要是非线性函数,都有做激活函数的可能性,一个很有说服力的例子是,最近OpenAI成功地利用了浮点误差来做激活函数,其中的细节,请阅读OpenAI的博客:
https://blog.openai.com/nonlinear-computation-in-linear-networks/
或者阅读机器之心的介绍:
https://mp.weixin.qq.com/s/PBRzS4Ol_Zst35XKrEpxdw
更别致的词向量模型(一):simpler glove
By 苏剑林 | 2017-11-19 | 40489位读者 | 引用如果问我哪个是最方便、最好用的词向量模型,我觉得应该是word2vec,但如果问我哪个是最漂亮的词向量模型,我不知道,我觉得各个模型总有一些不足的地方。且不说试验效果好不好(这不过是评测指标的问题),就单看理论也没有一个模型称得上漂亮的。
本文讨论了一些大家比较关心的词向量的问题,很多结论基本上都是实验发现的,缺乏合理的解释,包括:
如果去构造一个词向量模型?
为什么用余弦值来做近义词搜索?向量的内积又是什么含义?
词向量的模长有什么特殊的含义?
为什么词向量具有词类比性质?(国王-男人+女人=女王)
得到词向量后怎么构建句向量?词向量求和作为简单的句向量的依据是什么?
这些讨论既有其针对性,也有它的一般性,有些解释也许可以直接迁移到对glove模型和skip gram模型的词向量性质的诠释中,读者可以自行尝试。
围绕着这些问题的讨论,本文提出了一个新的类似glove的词向量模型,这里称之为simpler glove,并基于斯坦福的glove源码进行修改,给出了本文的实现,具体代码在Github上。
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