Компилируем модель, указываем оптимизатор, функцию потерь и метрики.
Обучаем модель на обучающем наборе данных с использованием валидационного набора.
Оцениваем точность модели на тестовом наборе данных.
Используем модель для предсказания эмоций на новых данных.
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
from tensorflow.keras import layers
# Создание модели
model = keras.Sequential([
layers.Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(48, 48, 1)),
layers.BatchNormalization(),
layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)),
layers.Dropout(0.25),
layers.Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'),
layers.BatchNormalization(),
layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)),
layers.Dropout(0.25),
layers.Conv2D(128, (3, 3), activation='relu'),
layers.BatchNormalization(),
layers.MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)),
layers.Dropout(0.25),
layers.Flatten(),
layers.Dense(256, activation='relu'),
layers.BatchNormalization(),
layers.Dropout(0.5),
layers.Dense(7, activation='softmax')
])
# Компиляция модели
model.compile(optimizer='adam', loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])
# Обучение модели
history = model.fit(train_data, train_labels, epochs=50, validation_data=(val_data, val_labels))
# Оценка модели
test_loss, test_acc = model.evaluate(test_data, test_labels)
print('Test accuracy:', test_acc)
# Использование модели
predictions = model.predict(new_data)
Этот код создает сверточную нейронную сеть для распознавания эмоций на изображениях размером 48x48 пикселей.
В первом слое используется свертка с 32 фильтрами размера 3x3 и функцией активации ReLU, которая принимает входные изображения размера 48x48x1. Затем следуют слои нормализации пакетов, максимальной пулинги с размером фильтра 2x2 и dropout, который помогает предотвратить переобучение.
Далее добавлены два дополнительных сверточных слоя с увеличенным числом фильтров и аналогичными слоями нормализации и dropout. После этого следует слой сглаживания, который преобразует многомерный вход в одномерный вектор.
Затем следуют два полносвязных слоя с функцией активации ReLU и функцией нормализации пакетов, а также слои dropout. Последний слой содержит 7 нейронов и использует функцию активации softmax для определения вероятности каждой из 7 эмоций.
Для компиляции модели используется оптимизатор adam, функция потерь categorical_crossentropy и метрика accuracy. Модель обучается на тренировочных данных в течение 50 эпох с валидацией на проверочных данных.
После обучения модели оценивается на тестовых данных и выводится точность предсказаний. Затем используется модель для предсказания эмоций на новых данных.
Итог по 1 главе.
В этой главе мы рассмотрели основные концепции, которые лежат в основе нейросетей. Мы изучили, что такое нейрон, как он работает в нейросети, что такое веса и смещения, как нейрон принимает решения и как строится нейросеть. Мы также рассмотрели процесс обучения нейросети и то, как нейросеть корректирует свои веса и смещения, чтобы улучшить точность прогнозирования.
Итак, можно сделать вывод, что нейросеть это мощный инструмент в области искусственного интеллекта и машинного обучения, который используется во многих приложениях. Основой нейросети является нейрон, который принимает входные сигналы, обрабатывает их и генерирует выходной сигнал. Нейросеть состоит из множества нейронов, объединенных в слои, и каждый нейрон имеет веса и смещения.
Мы также рассмотрели практические аспекты создания и обучения нейронных сетей с использованием библиотеки TensorFlow и фреймворка Keras. Мы описали процесс подготовки данных, создания модели, ее компиляции и обучения. Кроме того, мы обсудили важность проверки и оценки модели на тестовых данных.
Коды, которые мы рассмотрели, позволяют создать и обучать нейронную сеть для решения конкретных задач, таких как автоматическое определение эмоций и распознавание изображений, определение эмоций и рекомендательная система. Эти примеры демонстрируют, как можно использовать нейронные сети для решения различных практических задач.
Первая глава предоставляет базовые знания и практические навыки в области нейронных сетей и глубокого обучения, которые могут быть полезны как для начинающих, так и для опытных специалистов в этой области.
Глава 2. Обучение нейросетей
Обучение нейросетей это процесс настройки параметров нейронной сети на основе примеров входных и выходных данных, чтобы она могла решать задачи, для которых она была создана. Этот процесс включает в себя подгонку параметров модели на основе набора данных, таким образом, чтобы она могла обобщать и делать предсказания для новых данных, которые она ранее не видела.
Зачем нужно обучение нейросетей?
Нейронные сети используются для решения различных задач, таких как классификация изображений, распознавание речи, прогнозирование временных рядов и т.д. Обучение нейросетей является ключевым этапом при создании эффективной и точной модели для решения конкретной задачи. Это позволяет нейросети выявлять сложные зависимости в данных, которые не могут быть легко обнаружены человеком. Кроме того, обучение нейросетей позволяет сократить время, затрачиваемое на ручное создание алгоритмов для решения задач. Таким образом, обучение нейросетей является мощным инструментом для создания автоматизированных систем, способных быстро и точно анализировать данные и принимать решения на основе этого анализа.
Обучение нейросетей может происходить с использованием различных методов. Каждый метод имеет свои особенности и применяется в зависимости от типа задачи и доступных данных. Рассмотрим некоторые из методов обучения нейросетей:
Backpropagation (обратное распространение ошибки) один из наиболее распространенных методов обучения нейросетей. Он заключается в передаче данных через нейросеть в прямом направлении (forward pass) для получения выходных значений, а затем в обратном направлении (backward pass) для расчета ошибки и корректировки весов нейронов. Backpropagation позволяет обучать нейросеть на большом количестве данных и дает возможность оптимизировать функцию потерь.
Генетические алгоритмы это методы обучения, которые используют эволюционный подход. Они применяются для решения задач оптимизации, таких как подбор гиперпараметров или оптимизация функции потерь. Генетические алгоритмы работают с популяцией решений, которая постепенно эволюционирует для достижения лучшего результата.
Стохастический градиентный спуск (Stochastic Gradient Descent, SGD) это метод, который используется для минимизации функции потерь в нейросети. Он обновляет веса нейронов на каждом шаге, опираясь на градиент функции потерь. SGD особенно полезен при обучении нейросетей на больших наборах данных.
Метод опорных векторов это метод машинного обучения, который используется для классификации данных. Он заключается в поиске гиперплоскости, которая разделяет данные на два класса. Этот метод может быть полезен для задач классификации, таких как распознавание образов или определение темы текста.