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--- 3_モデル設定_keras [2017/10/27]
adash333 作成
+++ 3_モデル設定_keras [2018/10/07] (現在)
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 ===== (3)モデルの設定(Keras) =====
-<KerasでMNIST目次>\\
+<wrap hi>Keras2でMNIST目次</wrap>\\
-[[Kerasプログラミングの全体図]]\\
+[[Kerasプログラミングの全体図]]
-[[(1)Kerasを使用するためのimport文]]\\
+  -[[(1)Kerasを使用するためのimport文]]
-[[(2)データ準備(Keras)]]\\
+  -[[(2)データ準備(Keras)]]
-[[(3)モデル設定(Keras)]]\\
+  -[[(3)モデル設定(Keras)]]　<wrap hi><= いまココ</wrap>
-[[(4)モデル学習(Keras)]]\\
+  -[[(4)モデル学習(Keras)]]
-[[(5)結果の出力(Keras)]]\\
+  -[[(5)結果の出力(Keras)]]
-[[(6)学習結果の保存(Keras)]]\\
+  -[[(6)学習結果の保存(Keras)]]
-[[(7)推測(Keras)]]\\
+  -[[(7)推測(Keras)]]
-最初に以下をコピペするだけですが、プログラムごとに、さらにimport文の追加が必要になる場合があります。
+model = Sequential()からスタートして、順番にモデルを記述していきます。
 <code>
-import keras
+#3 モデルの記述(Keras)
-from keras.models import Sequential
+batch_size = 128
-from keras.layers import Dense, Dropout
+num_classes = 10
-from keras.optimizers import RMSprop
+# epochs = 20
-from keras.utils import np_utils
+epochs = 3
-from sklearn.model_selection import train_test_split
+model = Sequential()
+# model.addでモデルを記述していく
-import numpy as np
+model.summary()
-from PIL import Image
-import os
+model.compile(loss='categorical_crossentropy',
+              optimizer=RMSprop(),
+              metrics=['accuracy'])
 </code>
-始めはかなりとっつきにくいimport文ですが、pythonの勉強をしていくにつれて、徐々に、慣れてきます。
+モデルの記述は、見たままな感じで、個人的にはKerasのこのモデルの記述方法が分かりやすくて好みです。
-keras特有のもの以外のimport文については、以下のリンクをご覧ください。
-機械学習で用いるpythonの”import xxx”まとめ\\
+===== 開発環境 =====
-/10/25\\
+Windows 8.1\\
-http://twosquirrel.mints.ne.jp/?p=20344
+Anaconda \\
+Python 3.5\\
+Tensorflow 1.4\\
+Keras 2.0.9\\
+Keras2.0のインストール方法は[[windowsにkeras2.0をインストール]]をご覧下さい。
+このページは、[[(2)データ準備(Keras)]]の続きであり、今回は、モデルの設定を行っていきます。
+===== 手順 =====
+==== 0. 前回終了時の画面 ====
+[[(2)データ準備(Keras)]]終了時の、以下のような状態から始めます。
+{{:pasted:20171106-051215.png}}
+==== 1. モデルの設定 ====
+以下のコードを入力して、Shift + Enterを押します。
+<code>
+#3 モデル設定(Keras)
+batch_size = 128
+# num_classes = 10
+# epochs = 20
+epochs = 3
+# モデルの記述
+model = Sequential()
+model.add(Dense(512, activation='relu', input_shape=(784,)))
+model.add(Dropout(0.2))
+model.add(Dense(512, activation='relu'))
+model.add(Dropout(0.2))
+model.add(Dense(10, activation='softmax'))
+model.summary()
+# 損失関数などを設定
+model.compile(loss='categorical_crossentropy',
+              optimizer=RMSprop(),
+              metrics=['accuracy'])
+</code>
+以下のような画面になります。
+{{:pasted:20171106-063744.png}}
+{{:pasted:20171106-063759.png}}
+順に解説していきます。
+<code>
+#3 モデル設定(Keras)
+batch_size = 128
+# num_classes = 10
+# epochs = 20
+epochs = 3
+</code>
+batch_size, epochsなどの数値を設定します。epochsは、学習を繰り返す回数であり、回数が少なすぎても、多すぎても微妙と言われています(参考:過学習、early stopping)。今回のコードの場合、適切なepoch数についてはわかりませんが、学習にかかる時間について記載します。ノートパソコンだと、1 epochあたり32秒くらいかかるので、今回のチュートリアルでは、epoch数をかなり少ない3回としました。GPUを積んだデスクトップパソコンだと、1 epochあたり2秒とかなので、epoch数は20回に設定すればよいと思います。
+batch_sizeについては、まだよく分かっていないので、今後、勉強して内容が理解できたら、こちらに追加記載させていただきたいと思います。
+<code>
+# モデルの記述
+model = Sequential()
+model.add(Dense(512, activation='relu', input_shape=(784,)))
+model.add(Dropout(0.2))
+model.add(Dense(512, activation='relu'))
+model.add(Dropout(0.2))
+model.add(Dense(10, activation='softmax'))
+</code>
+"model = Sequential()"というおまじないの文章の後、モデルを1個ずつ順番に記述していきます。
+今回は、4層のMLP(multiple layer perceptron)のモデルを設定しています。
+<code>
+model.add(Dense(512, activation='relu', input_shape=(784,)))
+model.add(Dropout(0.2))
+</code>
+層目の入力層は28x28=784個のunit(ノード)で、2層目の中間層は512個のunit(ノード)に設定しています。\\
+層目の活性化関数はrelu関数を用いており、\\
+その後、ドロップアウトといって、過学習を防ぐために、512個のunit(ノード)のうち、20%のunit(ノード)を無効化します。
+この話、初めての方には本当に訳わからん状態だとは思いますが、機械学習の理論のところなので、あとで、以下の本を読んで理解するのがお勧めです。
+<html>
+<iframe style="width:120px;height:240px;" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no" frameborder="0" src="//rcm-fe.amazon-adsystem.com/e/cm?lt1=_blank&bc1=000000&IS2=1&bg1=FFFFFF&fc1=000000&lc1=0000FF&t=twosquirrel-22&o=9&p=8&l=as4&m=amazon&f=ifr&ref=as_ss_li_til&asins=4873117585&linkId=6a99e4e49da751388b138a1c4747e16b"></iframe>
+</html>
+（参考）\\
+-07-18
+【Deep Learning】過学習とDropoutについて\\
+http://sonickun.hatenablog.com/entry/2016/07/18/191656
+コードの解説に戻ります。
+<code>
+model.add(Dense(512, activation='relu'))
+model.add(Dropout(0.2))
+</code>
+上記と同様、3層目の中間層を512個のunit(ノード)に設定していて、\\
+層目の活性化関数はrelu関数を用いており、\\
+過学習を防ぐために、512個のunit(ノード)のうち、20%のunit(ノード)を無効化します。
+<code>
+model.add(Dense(10, activation='softmax'))
+</code>
+層目は出力層であり、0から9までの10個に分類するので、4層目は10個のunit(ノード)となります。\\
+分類問題なので、出力層では活性化関数をsoftmax関数を用いることになります。\\
+蛇足ですが、回帰分析を行いたい場合は、分類問題の最後のsoftmax関数を恒等関数に変更し、損失関数 (loss function) として2乗和誤差 (mean squared error) を設定すればよいと思われます。
+入力層と出力層のunit（ノード）数は、常に一定ですが、中間層の層の数を深くしたり（Deep Learning）、中間層のunit(ノード)数を変更したり、畳み込み（Convolution）やMax Poolingを行ったり、損失関数の設定値を変更したりしてモデルをいじることにより、より高い正解率をたたき出すことが求められており、例えば、https://www.kaggle.com/というサイトでは皆が「このモデルで正解率xx%をたたき出しましたよ！」と競っています。
+<code>
+model.summary()
+</code>
+modelをテキストで表示してくれます
+<code>
+# 損失関数などを設定
+model.compile(loss='categorical_crossentropy',
+              optimizer=RMSprop(),
+              metrics=['accuracy'])
+</code>
+損失関数にcategorical_crossentropy関数を用いています。\\
+categorical_crossentropy:この目的関数を使うには，ラベルがバイナリ配列であり，その形状が(nb_samples, nb_classes)であることが必要だそうです（？？？）\\
+今回は、最適化関数（optimizer）に、RMSprop()を用いています。\\
+metricsについてはよくわかりません。。。（爆）
+KerasでのModel設定の手順は上記でおしまいです。
+初めての場合は、次は、とりあえず、<wrap hi>[[(4)モデル学習(Keras)]]</wrap>に進んでください。
+===== kerasで損失関数(=目的関数)の利用方法 =====
+作成中
+(参考)
+損失関数の利用方法について\\
+https://keras.io/ja/losses/\\
+https://keras.io/ja/objectives/
+機械学習における誤差関数、損失関数、etcについて\\
+http://otasuke.goo-net.com/qa8944219.html
+===== Optimizerについて =====
+optimizer(最適化)について\\
+https://keras.io/ja/optimizers/
 ===== 参考文献 =====
 初めてKerasプログラミングをやるときの超おすすめ本。\\
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 ===== リンク =====
-目次\\
+次 [[(4)モデル学習(Keras)]]
-[[Kerasプログラミングの全体図]]\\
-[[(1)Kerasを使用するためのimport文]]\\
+前 [[(2)データ準備(Keras)]]
-[[(2)データ準備(Keras)]]\\
-[[(3)モデル設定(Keras)]]\\
-[[(4)モデル学習(Keras)]]\\
+<wrap hi>Keras2でMNIST目次</wrap>\\
-[[(5)結果の出力(Keras)]]\\
+[[Kerasプログラミングの全体図]]
-[[(6)学習結果の保存(Keras)]]\\
+  -[[(1)Kerasを使用するためのimport文]]
-[[(7)推測(Keras)]]\\
+  -[[(2)データ準備(Keras)]]
+  -[[(3)モデル設定(Keras)]]
+  -[[(4)モデル学習(Keras)]]
+  -[[(5)結果の出力(Keras)]]
+  -[[(6)学習結果の保存(Keras)]]
+  -[[(7)推測(Keras)]]

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