tf.estimator 快速入門

我是一個(gè)很懶的人,我想試試

希望我能堅(jiān)持到最后,把tensorflow的官方教程全部翻譯出來

提高自己,也幫助他人

我的博客:終身學(xué)習(xí)者

tf.estimator Quickstart

TensorFlow 的高層次機(jī)器學(xué)習(xí) API(tf.estimator) 使得配置,訓(xùn)練,和評估各種各樣的機(jī)器學(xué)習(xí)模型變得更加的容易。在本教程中,你將使用 tf.estimator 構(gòu)造一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器,在 Iris 數(shù)據(jù)集 上訓(xùn)練,并通過花的萼片和花瓣的幾何形狀預(yù)測花的品種。你將編寫代碼來實(shí)現(xiàn)以下五個(gè)步驟:

  1. 讀取包含 Iris 訓(xùn)練/測試數(shù)據(jù)的 CSVs 數(shù)據(jù)格式,到TensorFlow Dataset
  2. 構(gòu)造一個(gè) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器
  3. 使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型
  4. 評估模型的準(zhǔn)確性
  5. 分類新的樣本

注意:請?jiān)陂_始本教程前, 安裝 TensorFlow 到你的機(jī)器上

Complete Neural Network Source Code

以下是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的完整代碼:

from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function

import os
from six.moves.urllib.request import urlopen

import numpy as np
import tensorflow as tf

# Data sets
IRIS_TRAINING = "iris_training.csv"
IRIS_TRAINING_URL = "http://download.tensorflow.org/data/iris_training.csv"

IRIS_TEST = "iris_test.csv"
IRIS_TEST_URL = "http://download.tensorflow.org/data/iris_test.csv"

def main():
  # If the training and test sets aren't stored locally, download them.
  if not os.path.exists(IRIS_TRAINING):
    raw = urlopen(IRIS_TRAINING_URL).read()
    with open(IRIS_TRAINING, "wb") as f:
      f.write(raw)

  if not os.path.exists(IRIS_TEST):
    raw = urlopen(IRIS_TEST_URL).read()
    with open(IRIS_TEST, "wb") as f:
      f.write(raw)

  # Load datasets.
  training_set = tf.contrib.learn.datasets.base.load_csv_with_header(
      filename=IRIS_TRAINING,
      target_dtype=np.int,
      features_dtype=np.float32)
  test_set = tf.contrib.learn.datasets.base.load_csv_with_header(
      filename=IRIS_TEST,
      target_dtype=np.int,
      features_dtype=np.float32)

  # Specify that all features have real-value data
  feature_columns = [tf.feature_column.numeric_column("x", shape=[4])]

  # Build 3 layer DNN with 10, 20, 10 units respectively.
  classifier = tf.estimator.DNNClassifier(feature_columns=feature_columns,
                                          hidden_units=[10, 20, 10],
                                          n_classes=3,
                                          model_dir="/tmp/iris_model")
  # Define the training inputs
  train_input_fn = tf.estimator.inputs.numpy_input_fn(
      x={"x": np.array(training_set.data)},
      y=np.array(training_set.target),
      num_epochs=None,
      shuffle=True)

  # Train model.
  classifier.train(input_fn=train_input_fn, steps=2000)

  # Define the test inputs
  test_input_fn = tf.estimator.inputs.numpy_input_fn(
      x={"x": np.array(test_set.data)},
      y=np.array(test_set.target),
      num_epochs=1,
      shuffle=False)

  # Evaluate accuracy.
  accuracy_score = classifier.evaluate(input_fn=test_input_fn)["accuracy"]

  print("\nTest Accuracy: {0:f}\n".format(accuracy_score))

  # Classify two new flower samples.
  new_samples = np.array(
      [[6.4, 3.2, 4.5, 1.5],
       [5.8, 3.1, 5.0, 1.7]], dtype=np.float32)
  predict_input_fn = tf.estimator.inputs.numpy_input_fn(
      x={"x": new_samples},
      num_epochs=1,
      shuffle=False)

  predictions = list(classifier.predict(input_fn=predict_input_fn))
  predicted_classes = [p["classes"] for p in predictions]

  print(
      "New Samples, Class Predictions:    {}\n"
      .format(predicted_classes))

if __name__ == "__main__":
    main()

以下部分將詳細(xì)介紹代碼細(xì)節(jié)。

Load the Iris CSV data to TensorFlow

Iris 數(shù)據(jù)集 包含了 150 行數(shù)據(jù),三種相關(guān)的 Iris 品種,每種 Iris 品種有 50 個(gè)樣本: Iris setosa,Iris virginica,和Iris versicolor 。

Petal geometry compared for three iris species: Iris setosa, Iris virginica, and Iris versicolor
從左到右, Iris setosa (by Radomil, CC BY-SA 3.0),Iris versicolor (by Dlanglois, CC BY-SA 3.0),和 Iris virginica(by Frank Mayfield, CC BY-SA 2.0).

對于每個(gè)花朵樣本,每一行都包含了以下數(shù)據(jù):萼片長度,萼片寬度, 花瓣長度,花瓣寬度和花的品種。花的品種用整數(shù)型數(shù)字表示,0表示Iris setosa,1表示Iris versicolor

Sepal Length Sepal Width Petal Length Petal Width Species
5.1 3.5 1.4 0.2 0
4.9 3.0 1.4 0.2 0
4.7 3.2 1.3 0.2 0
7.0 3.2 4.7 1.4 1
6.4 3.2 4.5 1.5 1
6.9 3.1 4.9 1.5 1
6.5 3.0 5.2 2.0 2
6.2 3.4 5.4 2.3 2
5.9 3.0 5.1 1.8 2

本教程中,Iris 數(shù)據(jù)隨機(jī)打亂并劃分成兩個(gè)獨(dú)立的 CSV 數(shù)據(jù)集:

開始前,首先 import 進(jìn)所有的需要的模塊,并定義哪里下載數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集:

from __future__ import absolute_import
from __future__ import division
from __future__ import print_function

import os
from six.moves.urllib.request import urlopen

import tensorflow as tf
import numpy as np

IRIS_TRAINING = "iris_training.csv"
IRIS_TRAINING_URL = "http://download.tensorflow.org/data/iris_training.csv"

IRIS_TEST = "iris_test.csv"
IRIS_TEST_URL = "http://download.tensorflow.org/data/iris_test.csv"

然后,如果訓(xùn)練和測試數(shù)據(jù)集不總是存在于本地,那么下載它們。

if not os.path.exists(IRIS_TRAINING):
  raw = urlopen(IRIS_TRAINING_URL).read()
  with open(IRIS_TRAINING,'wb') as f:
    f.write(raw)

if not os.path.exists(IRIS_TEST):
  raw = urlopen(IRIS_TEST_URL).read()
  with open(IRIS_TEST,'wb') as f:
    f.write(raw)

下一步,使用 learn.datasets.base 中的load_csv_with_header() 方法讀取訓(xùn)練和測試數(shù)據(jù)集,加載到 Dataset 中。load_csv_with_header() 方法帶有三個(gè)必要的參數(shù):

在這里,目標(biāo)(值是你訓(xùn)練的模型的預(yù)測)是花的品種,它是一個(gè)從 0 到 2 的整數(shù),所以合適的numpy數(shù)據(jù)類型是np.int

# Load datasets.
training_set = tf.contrib.learn.datasets.base.load_csv_with_header(
    filename=IRIS_TRAINING,
    target_dtype=np.int,
    features_dtype=np.float32)
test_set = tf.contrib.learn.datasets.base.load_csv_with_header(
    filename=IRIS_TEST,
    target_dtype=np.int,
    features_dtype=np.float32)

Dataset 在 tf.contrib.learn 中名為元組;你可以通過 datatarget字段訪問特征數(shù)據(jù)和目標(biāo)值。這里, training_set.datatraining_set.target 分別包含了訓(xùn)練集的特征數(shù)據(jù)和特征值,而 test_set.datatest_set.target 分別包含了測試集的特征數(shù)據(jù)和目標(biāo)值。

稍后,在 "Fit the DNNClassifier to the Iris Training Data," 你將使用training_set.datatraining_set.target訓(xùn)練你的模型,在"Evaluate Model Accuracy," 你將使用 test_set.datatest_set.target。但首先,你將在下一節(jié)中構(gòu)造你的模型。

Construct a Deep Neural Network Classifier

tf.estimator 提供了各種預(yù)定義的模型,稱為Estimator,你可以使用"開箱即用"對你的數(shù)據(jù)運(yùn)行訓(xùn)練和評估操作。在這里,你將配置一個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器模型來適應(yīng) Iris 數(shù)據(jù)。使用 tf.estimator,你可以通過兩行代碼來實(shí)例化你的 tf.estimator.DNNClassifier

# Specify that all features have real-value data
feature_columns = [tf.feature_column.numeric_column("x", shape=[4])]

# Build 3 layer DNN with 10, 20, 10 units respectively.
classifier = tf.estimator.DNNClassifier(feature_columns=feature_columns,
                                        hidden_units=[10, 20, 10],
                                        n_classes=3,
                                        model_dir="/tmp/iris_model")

上面的代碼首先定義了模型的特征列,指定了數(shù)據(jù)集中的特征的數(shù)據(jù)類型。所有的特征數(shù)據(jù)都是連續(xù)的,所以tf.feature_column.numeric_column 是用于構(gòu)造特征列的適當(dāng)函數(shù)。這里有四個(gè)特征在數(shù)據(jù)集中(萼片寬度,萼片長度,花瓣寬度和花瓣長度),于是shape 必須設(shè)置為[4]以適應(yīng)所有的數(shù)據(jù)。

然后,代碼使用以下參數(shù)創(chuàng)建了一個(gè) DNNClassifier 模型:

  • feature_columns=feature_columns。上面定義的一組特征列。
  • hidden_units=[10, 20, 10]。三個(gè) 隱藏層,分別包含 10,20 和 10 神經(jīng)元。
  • n_classes=3。三個(gè)目標(biāo)分類,代表三種 Iris 品種。
  • model_dir=/tmp/iris_model。TensorFlow 將在模型訓(xùn)練期間保存檢測數(shù)據(jù)和 TensorBoard 摘要的目錄。

Describe the training input pipeline

tf.estimator API 使用輸入函數(shù),創(chuàng)建了為了模型生成數(shù)據(jù)的 TensorFlow 操作。我們可以使用tf.estimator.inputs.numpy_input_fn來產(chǎn)生輸入管道:

# Define the training inputs
train_input_fn = tf.estimator.inputs.numpy_input_fn(
    x={"x": np.array(training_set.data)},
    y=np.array(training_set.target),
    num_epochs=None,
    shuffle=True)

Fit the DNNClassifier to the Iris Training Data

現(xiàn)在,你已經(jīng)配置了你的 DNN classifier 模型,你可以使用 train 方法將模型擬合 Iris 訓(xùn)練數(shù)據(jù)。將 train_input_fn 傳遞給input_fn,并設(shè)置訓(xùn)練的次數(shù)(這里是 2000):

# Train model.
classifier.train(input_fn=train_input_fn, steps=2000)

模型的狀態(tài)是保存在classifier,這意味著如果你喜歡你可以迭代訓(xùn)練模型。例如,以上代碼等同于以下代碼:

classifier.train(input_fn=train_input_fn, steps=1000)
classifier.train(input_fn=train_input_fn, steps=1000)

然而,如果你希望在訓(xùn)練的過程中跟蹤模型,則你可能更需要使用TensorFlow 的 SessionRunHook 來執(zhí)行日志操作記錄。

Evaluate Model Accuracy

你已經(jīng)在 Iris 訓(xùn)練數(shù)據(jù)上訓(xùn)練了你的DNNClassifier模型?,F(xiàn)在你可以在 Iris 測試數(shù)據(jù)上使用 evaluate 方法來檢測模型的準(zhǔn)確性。像train那樣,evaluate 使用輸入函數(shù)構(gòu)建它的輸入管道。evaluate返回一個(gè)包含評估結(jié)果的dict。以下代碼傳遞 Iris 測試數(shù)據(jù)——test_set.datatest_set.targetevaluate 并從結(jié)果中打印 accuracy

# Define the test inputs
test_input_fn = tf.estimator.inputs.numpy_input_fn(
    x={"x": np.array(test_set.data)},
    y=np.array(test_set.target),
    num_epochs=1,
    shuffle=False)

# Evaluate accuracy.
accuracy_score = classifier.evaluate(input_fn=test_input_fn)["accuracy"]

print("\nTest Accuracy: {0:f}\n".format(accuracy_score))

注意:在這里 numpy_input_fn 中參數(shù)num_epochs=1 是很重要的。test_input_fn 將迭代數(shù)據(jù)一次,然后觸發(fā)OutOfRangeError。這個(gè)錯(cuò)誤表示分類器停止評估,所以它將對輸入只評估一次。

當(dāng)你運(yùn)行整個(gè)腳本,它將打印類似下面的數(shù)字:

Test Accuracy: 0.966667

你的準(zhǔn)確性結(jié)果可能會(huì)有一點(diǎn)不同,但是應(yīng)該高于 90%。對于一個(gè)相對較小的數(shù)據(jù)集來說這并不算太差!

Classify New Samples

使用 estimator 的 predict() 方法來分類新的樣本。例如,假如你有這兩個(gè)新的花的樣本:

Sepal Length Sepal Width Petal Length Petal Width
6.4 3.2 4.5 1.5
5.8 3.1 5.0 1.7

你可以使用predict() 方法預(yù)測它們的品種。 predict返回一個(gè)dict,你可以簡單的將其轉(zhuǎn)為 list 。以下代碼檢索并打印預(yù)測的類:

# Classify two new flower samples.
new_samples = np.array(
    [[6.4, 3.2, 4.5, 1.5],
     [5.8, 3.1, 5.0, 1.7]], dtype=np.float32)
predict_input_fn = tf.estimator.inputs.numpy_input_fn(
    x={"x": new_samples},
    num_epochs=1,
    shuffle=False)

predictions = list(classifier.predict(input_fn=predict_input_fn))
predicted_classes = [p["classes"] for p in predictions]

print(
    "New Samples, Class Predictions:    {}\n"
    .format(predicted_classes))

你的結(jié)果看起來如下:

New Samples, Class Predictions:    [1 2]

因此你的模型預(yù)測了第一個(gè)樣本是Iris versicolor,而第二個(gè)樣本是 Iris virginica。

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