深度学习–Keras(二) – Python量化投资

深度学习–Keras(二)

一、手写识别

#引入数据集,sklearn包含众多数据集
from sklearn import datasets
#将数据分为测试集和训练集
from sklearn.model_selection import train_test_split
#利用邻近点方式训练数据
from sklearn.neighbors import KNeighborsClassifier
#评估预测误差
from sklearn.metrics import accuracy_score
"""
sklearn
手写体数字,监督学习
1、样本集:
一批手写体数字的图片,带标签(0-9)
样本数量为1797,保存在sklearn的datasets里
每一个数据样本是由image,target两部分组成
image是一个尺寸为8*8的图像(手写的数据0-9)
target是图像的类别(数字0-9)
2、划分训练集和测试集
3、选一个算法,构建一个模型
K邻近算法   KNN
4、训练模型
5、预测、验证
"""
# TODO 1、加载数据集
digits = datasets.load_digits()
#特征变量
images=digits.data
#目标值
labels=digits.target
#TODO 2、划分训练集与测试集
#利用train_test_split进行将训练集和测试集进行分开,test_size占30%
train_data,test_data,train_labels,test_labels=train_test_split(images,labels,test_size=0.3)
# 选择模型 选4个邻居
model_knn=KNeighborsClassifier(n_neighbors=4, algorithm='auto', weights='distance')
#TODO 3、训练模型
model_knn.fit(train_data,train_labels)
#TODO 4、训练模型预测
predict=model_knn.predict(test_data)
# 查看准确率
acc=accuracy_score(predict,test_labels)
print("正确率:%.3f",acc)


结果

二、VGG16

(一)VGG 简介

VGG卷积神经网络是牛津大学在2014年提出来的模型。当这个模型被提出时,由于它的简洁性和实用性,马上成为了当时最流行的卷积神经网络模型。它在图像分类和目标检测任务中都表现出非常好的结果。在2014年的ILSVRC比赛中,VGG 在Top-5中取得了92.3%的正确率。
VGG结构图:


VGG结构图

(二)VGG-16

VGG模型有一些变种,其中最受欢迎的当然是 VGG-16,这是一个拥有16层的模型。你可以看到它需要维度是 2242243 的输入数据。


VGG-16

(三)Keras实现VGG16

from keras import Sequential
from keras.layers import Dense, Activation, Conv2D, MaxPooling2D, Flatten, Dropout
from keras.layers import Input
from keras.optimizers import SGD
model = Sequential()
# BLOCK 1
model.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block1_conv1',
                 input_shape=(224, 224, 3)))
model.add(Conv2D(filters=64, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block1_conv2'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), name='block1_pool'))
# BLOCK2
model.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block2_conv1'))
model.add(Conv2D(filters=128, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block2_conv2'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), name='block2_pool'))
# BLOCK3
model.add(Conv2D(filters=256, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block3_conv1'))
model.add(Conv2D(filters=256, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block3_conv2'))
model.add(Conv2D(filters=256, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block3_conv3'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), name='block3_pool'))
# BLOCK4
model.add(Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block4_conv1'))
model.add(Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block4_conv2'))
model.add(Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block4_conv3'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), name='block4_pool'))
# BLOCK5
model.add(Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block5_conv1'))
model.add(Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block5_conv2'))
model.add(Conv2D(filters=512, kernel_size=(3, 3), activation='relu', padding='same', name='block5_conv3'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2), strides=(2, 2), name='block5_pool'))
model.add(Flatten())
model.add(Dense(4096, activation = 'relu', name = 'fc1'))
model.add(Dropout(0.5))
model.add(Dense(4096, activation = 'relu', name = 'fc2'))
model.add(Dropout(0.5))
model.add(Dense(1000, activation = 'softmax', name = 'prediction'))


VGG-16

Kera的应用模块Application提供了带有预训练权重的Keras模型,这些模型可以用来进行预测、特征提取和finetune。

(四)Keras.application中的VGG16模型

  1. 模型信息
    VGG16模型的权重由ImageNet训练而来。该模型在Theano和TensorFlow后端均可使用,并接受channels_first和channels_last两种输入维度顺序,模型的默认输入尺寸是224×224。
import keras
 
model = keras.applications.vgg16.VGG16(include_top=True, weights='imagenet', input_tensor=None, input_shape=None, pooling=None, classes=1000)

参数
include_top:是否保留顶层的3个全连接网络
weights:None代表随机初始化,即不加载预训练权重。’imagenet’代表加载预训练权重
input_tensor:可填入Keras tensor作为模型的图像输出tensor
input_shape:可选,仅当include_top=False有效,应为长为3的tuple,指明输入图片的shape,图片的宽高必须大于48,如(200,200,3)
返回值
pooling:当include_top=False时,该参数指定了池化方式。None代表不池化,最后一个卷积层的输出为4D张量。‘avg’代表全局平均池化,‘max’代表全局最大值池化。
classes:可选,图片分类的类别数,仅当include_top=True并且不加载预训练权重时可用。
Keras 模型对象

2. 预训练权重

注意:模型参数.h5文件要放在/.keras/models下,如果该目录下没有文件,将会在上一步的载入模型时自动下载!

3. 模型预测

from keras.preprocessing import image
from keras.applications.imagenet_utils import preprocess_input, decode_predictions
import numpy as np
import time
 
t0 = time.time()
 
img = image.load_img('VGG_16_CAT.jpg', target_size = (224, 224))
x = image.img_to_array(img) # 三维(224,224,3)
x = np.expand_dims(x, axis = 0) # 四维(1,224,224,3)
x = preprocess_input(x) # 预处理
print(x.shape)
y_pred = model.predict(x)# 预测概率
 
t1 = time.time()
 
print("测试图:", decode_predictions(y_pred)) # 输出五个最高概率(类名, 语义概念, 预测概率)
print("耗时:", str((t1-t0)*1000), "ms")
(1, 224, 224, 3)
测试图: [[('n02123045', 'tabby', 0.73477006), ('n02124075', 'Egyptian_cat', 0.07941937), ('n02123159', 'tiger_cat', 0.07054488), ('n02883205', 'bow_tie', 0.019230891), ('n04553703', 'washbasin', 0.013854385)]]
耗时: 539.731502532959 ms
  1. 使用Keras保存和恢复预训练的模型
    一旦你利用Keras完成了训练,你可以将你的网络保存在HDF5里面。当然,你需要先安装 h5py。HDF5 格式非常适合存储大量的数字收,并从 numpy 处理这些数据。比如,我们可以轻松的将存储在磁盘上的多TB数据集进行切片,就好像他们是真正的 numpy 数组一样。你还可以将多个数据集存储在单个文件中,遍历他们或者查看 .shape 和 .dtype 属性。
    保存权重
    如果你要保存训练好的权重,那么你可以直接使用 save_weights 函数。
model.save_weights("my_model.h5")

载入预训练权重

model.load_weights("my_model_weights.h5")

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