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keras中的loss、optimizer、metrics用法

 更新時間:2020年06月15日 09:48:38   作者:wyf  
這篇文章主要介紹了keras中的loss、optimizer、metrics用法,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

用keras搭好模型架構之后的下一步,就是執(zhí)行編譯操作。在編譯時,經(jīng)常需要指定三個參數(shù)

loss

optimizer

metrics

這三個參數(shù)有兩類選擇:

使用字符串

使用標識符,如keras.losses,keras.optimizers,metrics包下面的函數(shù)

例如:

sgd = SGD(lr=0.01, decay=1e-6, momentum=0.9, nesterov=True)
model.compile(loss='categorical_crossentropy',
  optimizer=sgd,
  metrics=['accuracy'])

因為有時可以使用字符串,有時可以使用標識符,令人很想知道背后是如何操作的。下面分別針對optimizer,loss,metrics三種對象的獲取進行研究。

optimizer

一個模型只能有一個optimizer,在執(zhí)行編譯的時候只能指定一個optimizer。

在keras.optimizers.py中,有一個get函數(shù),用于根據(jù)用戶傳進來的optimizer參數(shù)獲取優(yōu)化器的實例:

def get(identifier):
 # 如果后端是tensorflow并且使用的是tensorflow自帶的優(yōu)化器實例,可以直接使用tensorflow原生的優(yōu)化器 
 if K.backend() == 'tensorflow':
 # Wrap TF optimizer instances
 if isinstance(identifier, tf.train.Optimizer):
  return TFOptimizer(identifier)
 # 如果以json串的形式定義optimizer并進行參數(shù)配置
 if isinstance(identifier, dict):
 return deserialize(identifier)
 elif isinstance(identifier, six.string_types):
 # 如果以字符串形式指定optimizer,那么使用優(yōu)化器的默認配置參數(shù)
 config = {'class_name': str(identifier), 'config': {}}
 return deserialize(config)
 if isinstance(identifier, Optimizer):
 # 如果使用keras封裝的Optimizer的實例
 return identifier
 else:
 raise ValueError('Could not interpret optimizer identifier: ' +
    str(identifier))

其中,deserilize(config)函數(shù)的作用就是把optimizer反序列化制造一個實例。

loss

keras.losses函數(shù)也有一個get(identifier)方法。其中需要注意以下一點:

如果identifier是可調用的一個函數(shù)名,也就是一個自定義的損失函數(shù),這個損失函數(shù)返回值是一個張量。這樣就輕而易舉的實現(xiàn)了自定義損失函數(shù)。除了使用str和dict類型的identifier,我們也可以直接使用keras.losses包下面的損失函數(shù)。

def get(identifier):
 if identifier is None:
 return None
 if isinstance(identifier, six.string_types):
 identifier = str(identifier)
 return deserialize(identifier)
 if isinstance(identifier, dict):
 return deserialize(identifier)
 elif callable(identifier):
 return identifier
 else:
 raise ValueError('Could not interpret '
    'loss function identifier:', identifier)

metrics

在model.compile()函數(shù)中,optimizer和loss都是單數(shù)形式,只有metrics是復數(shù)形式。因為一個模型只能指明一個optimizer和loss,卻可以指明多個metrics。metrics也是三者中處理邏輯最為復雜的一個。

在keras最核心的地方keras.engine.train.py中有如下處理metrics的函數(shù)。這個函數(shù)其實就做了兩件事:

根據(jù)輸入的metric找到具體的metric對應的函數(shù)

計算metric張量

在尋找metric對應函數(shù)時,有兩種步驟:

使用字符串形式指明準確率和交叉熵

使用keras.metrics.py中的函數(shù)

def handle_metrics(metrics, weights=None):
 metric_name_prefix = 'weighted_' if weights is not None else ''

 for metric in metrics:
 # 如果metrics是最常見的那種:accuracy,交叉熵
 if metric in ('accuracy', 'acc', 'crossentropy', 'ce'):
  # custom handling of accuracy/crossentropy
  # (because of class mode duality)
  output_shape = K.int_shape(self.outputs[i])
  # 如果輸出維度是1或者損失函數(shù)是二分類損失函數(shù),那么說明是個二分類問題,應該使用二分類的accuracy和二分類的的交叉熵
  if (output_shape[-1] == 1 or
  self.loss_functions[i] == losses.binary_crossentropy):
  # case: binary accuracy/crossentropy
  if metric in ('accuracy', 'acc'):
   metric_fn = metrics_module.binary_accuracy
  elif metric in ('crossentropy', 'ce'):
   metric_fn = metrics_module.binary_crossentropy
  # 如果損失函數(shù)是sparse_categorical_crossentropy,那么目標y_input就不是one-hot的,所以就需要使用sparse的多類準去率和sparse的多類交叉熵
  elif self.loss_functions[i] == losses.sparse_categorical_crossentropy:
  # case: categorical accuracy/crossentropy
  # with sparse targets
  if metric in ('accuracy', 'acc'):
   metric_fn = metrics_module.sparse_categorical_accuracy
  elif metric in ('crossentropy', 'ce'):
   metric_fn = metrics_module.sparse_categorical_crossentropy
  else:
  # case: categorical accuracy/crossentropy
  if metric in ('accuracy', 'acc'):
   metric_fn = metrics_module.categorical_accuracy
  elif metric in ('crossentropy', 'ce'):
   metric_fn = metrics_module.categorical_crossentropy
  if metric in ('accuracy', 'acc'):
   suffix = 'acc'
  elif metric in ('crossentropy', 'ce'):
   suffix = 'ce'
  weighted_metric_fn = weighted_masked_objective(metric_fn)
  metric_name = metric_name_prefix + suffix
 else:
  # 如果輸入的metric不是字符串,那么就調用metrics模塊獲取
  metric_fn = metrics_module.get(metric)
  weighted_metric_fn = weighted_masked_objective(metric_fn)
  # Get metric name as string
  if hasattr(metric_fn, 'name'):
  metric_name = metric_fn.name
  else:
  metric_name = metric_fn.__name__
  metric_name = metric_name_prefix + metric_name

 with K.name_scope(metric_name):
  metric_result = weighted_metric_fn(y_true, y_pred,
      weights=weights,
      mask=masks[i])

 # Append to self.metrics_names, self.metric_tensors,
 # self.stateful_metric_names
 if len(self.output_names) > 1:
  metric_name = self.output_names[i] + '_' + metric_name
 # Dedupe name
 j = 1
 base_metric_name = metric_name
 while metric_name in self.metrics_names:
  metric_name = base_metric_name + '_' + str(j)
  j += 1
 self.metrics_names.append(metric_name)
 self.metrics_tensors.append(metric_result)

 # Keep track of state updates created by
 # stateful metrics (i.e. metrics layers).
 if isinstance(metric_fn, Layer) and metric_fn.stateful:
  self.stateful_metric_names.append(metric_name)
  self.stateful_metric_functions.append(metric_fn)
  self.metrics_updates += metric_fn.updates

無論怎么使用metric,最終都會變成metrics包下面的函數(shù)。當使用字符串形式指明accuracy和crossentropy時,keras會非常智能地確定應該使用metrics包下面的哪個函數(shù)。因為metrics包下的那些metric函數(shù)有不同的使用場景,例如:

有的處理的是one-hot形式的y_input(數(shù)據(jù)的類別),有的處理的是非one-hot形式的y_input

有的處理的是二分類問題的metric,有的處理的是多分類問題的metric

當使用字符串“accuracy”和“crossentropy”指明metric時,keras會根據(jù)損失函數(shù)、輸出層的shape來確定具體應該使用哪個metric函數(shù)。在任何情況下,直接使用metrics下面的函數(shù)名是總不會出錯的。

keras.metrics.py文件中也有一個get(identifier)函數(shù)用于獲取metric函數(shù)。

def get(identifier):
 if isinstance(identifier, dict):
 config = {'class_name': str(identifier), 'config': {}}
 return deserialize(config)
 elif isinstance(identifier, six.string_types):
 return deserialize(str(identifier))
 elif callable(identifier):
 return identifier
 else:
 raise ValueError('Could not interpret '
    'metric function identifier:', identifier)

如果identifier是字符串或者字典,那么會根據(jù)identifier反序列化出一個metric函數(shù)。

如果identifier本身就是一個函數(shù)名,那么就直接返回這個函數(shù)名。這種方式就為自定義metric提供了巨大便利。

keras中的設計哲學堪稱完美。

以上這篇keras中的loss、optimizer、metrics用法就是小編分享給大家的全部內容了,希望能給大家一個參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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