 Xem trên TensorFlow.org |  Chạy trong Google Colab |  Xem nguồn trên GitHub |  Tải xuống sổ ghi chép |
Tổng quat
Sổ tay này trình bày cách sử dụng Trình tối ưu hóa Trung bình động cùng với Điểm kiểm tra Trung bình của Mô hình từ gói bổ trợ tensorflow.
Trung bình di chuyển
Lợi thế của Trung bình di chuyển là chúng ít bị thay đổi tổn thất tràn lan hoặc biểu diễn dữ liệu bất thường trong lô mới nhất. Nó đưa ra một ý tưởng mượt mà và tổng quát hơn về việc đào tạo người mẫu cho đến một thời điểm nào đó.
Trung bình Stochastic
Stochastic Weight Averaging hội tụ thành optima rộng hơn. Bằng cách làm như vậy, nó giống như tập hợp hình học. SWA là một phương pháp đơn giản để cải thiện hiệu suất mô hình khi được sử dụng như một trình bao bọc xung quanh các trình tối ưu hóa khác và tính trung bình kết quả từ các điểm khác nhau của quỹ đạo của trình tối ưu hóa bên trong.
Điểm kiểm tra trung bình của mô hình
callbacks.ModelCheckpointkhông cung cấp cho bạn các tùy chọn để lưu di chuyển trọng lượng trung bình ở giữa đào tạo, đó là lý do mẫu Trung bình Optimizers đòi hỏi một callback tùy chỉnh. Sử dụngupdate_weightstham số,ModelAverageCheckpointcho phép bạn:
- Gán trọng số trung bình động cho mô hình và lưu chúng.
- Giữ các trọng số không tính trung bình cũ, nhưng mô hình đã lưu sử dụng các trọng số trung bình.
Cài đặt
pip install -U tensorflow-addons
import tensorflow as tf
import tensorflow_addons as tfa
import numpy as np
import os
Xây dựng mô hình
def create_model(opt):
model = tf.keras.models.Sequential([
tf.keras.layers.Flatten(),
tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu'),
tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu'),
tf.keras.layers.Dense(10, activation='softmax')
])
model.compile(optimizer=opt,
loss='sparse_categorical_crossentropy',
metrics=['accuracy'])
return model
Chuẩn bị tập dữ liệu
#Load Fashion MNIST dataset
train, test = tf.keras.datasets.fashion_mnist.load_data()
images, labels = train
images = images/255.0
labels = labels.astype(np.int32)
fmnist_train_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((images, labels))
fmnist_train_ds = fmnist_train_ds.shuffle(5000).batch(32)
test_images, test_labels = test
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-labels-idx1-ubyte.gz 32768/29515 [=================================] - 0s 0us/step 40960/29515 [=========================================] - 0s 0us/step Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/train-images-idx3-ubyte.gz 26427392/26421880 [==============================] - 0s 0us/step 26435584/26421880 [==============================] - 0s 0us/step Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-labels-idx1-ubyte.gz 16384/5148 [===============================================================================================] - 0s 0us/step Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/t10k-images-idx3-ubyte.gz 4423680/4422102 [==============================] - 0s 0us/step 4431872/4422102 [==============================] - 0s 0us/step
Chúng tôi sẽ so sánh ba trình tối ưu hóa ở đây:
- SGD chưa được gói
- SGD với Trung bình động
- SGD với Trung bình Trọng lượng Stochastic
Và xem cách họ thực hiện với cùng một mô hình.
#Optimizers
sgd = tf.keras.optimizers.SGD(0.01)
moving_avg_sgd = tfa.optimizers.MovingAverage(sgd)
stocastic_avg_sgd = tfa.optimizers.SWA(sgd)
Cả hai MovingAverage và StocasticAverage optimers sử dụng ModelAverageCheckpoint .
#Callback
checkpoint_path = "./training/cp-{epoch:04d}.ckpt"
checkpoint_dir = os.path.dirname(checkpoint_path)
cp_callback = tf.keras.callbacks.ModelCheckpoint(filepath=checkpoint_dir,
save_weights_only=True,
verbose=1)
avg_callback = tfa.callbacks.AverageModelCheckpoint(filepath=checkpoint_dir,
update_weights=True)
Mô hình tàu hỏa
Vanilla SGD Optimizer
#Build Model
model = create_model(sgd)
#Train the network
model.fit(fmnist_train_ds, epochs=5, callbacks=[cp_callback])
Epoch 1/5 1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.8031 - accuracy: 0.7282 Epoch 00001: saving model to ./training Epoch 2/5 1875/1875 [==============================] - 3s 2ms/step - loss: 0.5049 - accuracy: 0.8240 Epoch 00002: saving model to ./training Epoch 3/5 1875/1875 [==============================] - 3s 2ms/step - loss: 0.4591 - accuracy: 0.8375 Epoch 00003: saving model to ./training Epoch 4/5 1875/1875 [==============================] - 3s 2ms/step - loss: 0.4328 - accuracy: 0.8492 Epoch 00004: saving model to ./training Epoch 5/5 1875/1875 [==============================] - 3s 2ms/step - loss: 0.4128 - accuracy: 0.8561 Epoch 00005: saving model to ./training <keras.callbacks.History at 0x7fc9d0262250>
#Evalute results
model.load_weights(checkpoint_dir)
loss, accuracy = model.evaluate(test_images, test_labels, batch_size=32, verbose=2)
print("Loss :", loss)
print("Accuracy :", accuracy)
313/313 - 0s - loss: 95.4645 - accuracy: 0.7796 Loss : 95.46446990966797 Accuracy : 0.7796000242233276
Trung bình động SGD
#Build Model
model = create_model(moving_avg_sgd)
#Train the network
model.fit(fmnist_train_ds, epochs=5, callbacks=[avg_callback])
Epoch 1/5 1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.8064 - accuracy: 0.7303 2021-09-02 00:35:29.787996: W tensorflow/python/util/util.cc:348] Sets are not currently considered sequences, but this may change in the future, so consider avoiding using them. INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 2/5 1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.5114 - accuracy: 0.8223 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 3/5 1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.4620 - accuracy: 0.8382 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 4/5 1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.4345 - accuracy: 0.8470 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 5/5 1875/1875 [==============================] - 4s 2ms/step - loss: 0.4146 - accuracy: 0.8547 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets <keras.callbacks.History at 0x7fc8e16f30d0>
#Evalute results
model.load_weights(checkpoint_dir)
loss, accuracy = model.evaluate(test_images, test_labels, batch_size=32, verbose=2)
print("Loss :", loss)
print("Accuracy :", accuracy)
313/313 - 0s - loss: 95.4645 - accuracy: 0.7796 Loss : 95.46446990966797 Accuracy : 0.7796000242233276
Trọng lượng Stocastic Trọng lượng Trung bình SGD
#Build Model
model = create_model(stocastic_avg_sgd)
#Train the network
model.fit(fmnist_train_ds, epochs=5, callbacks=[avg_callback])
Epoch 1/5 1875/1875 [==============================] - 5s 2ms/step - loss: 0.7896 - accuracy: 0.7350 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 2/5 1875/1875 [==============================] - 5s 2ms/step - loss: 0.5670 - accuracy: 0.8065 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 3/5 1875/1875 [==============================] - 5s 2ms/step - loss: 0.5345 - accuracy: 0.8142 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 4/5 1875/1875 [==============================] - 5s 2ms/step - loss: 0.5194 - accuracy: 0.8188 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets Epoch 5/5 1875/1875 [==============================] - 5s 2ms/step - loss: 0.5089 - accuracy: 0.8235 INFO:tensorflow:Assets written to: ./training/assets <keras.callbacks.History at 0x7fc8e0538790>
#Evalute results
model.load_weights(checkpoint_dir)
loss, accuracy = model.evaluate(test_images, test_labels, batch_size=32, verbose=2)
print("Loss :", loss)
print("Accuracy :", accuracy)
313/313 - 0s - loss: 95.4645 - accuracy: 0.7796 Loss : 95.46446990966797 Accuracy : 0.7796000242233276