深度学习与图像识别30 神经网络基础11 最优化

最优化, 损失函数可以量化某个具体权重集W的质量,即一系列的W所得到的损失函数的值,值越小表示预测值越接近真实值。

而最优化的目标就是找到能够使损失函数值最小化的一系列W。下面我们来探讨几个可能的最优化方案。

随机初始化

首先,思考第一个策略,我们随机尝试很多不同的权重,然后观察哪一批W的效果最好。

核心实现代码如下:

accuracy_cnt = 0

batch_size = 100

x = test_dataset.test_data.numpy().reshape(-1,28*28)

labels = test_dataset.test_labels

finallabels = labels.reshape(labels.shape[0],1)

bestloss = float('inf')

for i in range(0,int(len(x)),batch_size):

    network = init_network()

    x_batch = x[i:i+batch_size]

    y_batch = forward(network, x_batch)

    one_hot_labels = torch.zeros(batch_size, 10).scatter_(1, finallabels[i:i+batch_size], 1)

    loss = cross_entropy_error(one_hot_labels.numpy(),y_batch)

    if loss < bestloss:

        bestloss = loss

        bestw1,bestw2,bestw3 =  network['W1'],network['W2'],network['W3']

    print("best loss: is %f "  %(bestloss))

下面使用这些bestw来查看准确率,代码如下:

a1 = x.dot(bestw1)

z1 = _relu(a1)

a2 = z1.dot(bestw2)

z2 = _relu(a2)

a3 = z2.dot(bestw3)

y = _softmax(a3)

print(y)

#找到在每列中评分值最大的索引(即预测的分类)

Yte_predict = np.argmax(y, axis = 1)

one_hot_labels = torch.zeros(x.shape[0], 10).scatter_(1, finallabels, 1)

true_labels = np.argmax(one_hot_labels.numpy(),axis=1)

#计算准确率

print(np.mean(Yte_predict == true_labels)) 

最后输出的准确率是 0.1218,这个结果与我们自己随便猜测的效果不相上下。 上述代码中值得注意的是,在PyTorch中产生的label并不是one-hot类型的,所以需要将其转换成one-hot类型。

转换代码如下:

one_hot_labels = torch.zeros(batch_size, 10).scatter_(1, finallabels[i:i+batch_size], 1) 

下面运行转换后的测试代码,效果非常直观,测试代码如下:

import torch

from torch.utils.data import DataLoader

import torchvision.datasets as dsets

import torchvision.transforms as transforms

import numpy as np

class_num = 10

batch_size = 4

label = torch.LongTensor(batch_size, 1).random_() % class_num

print(label)

one_hot = torch.zeros(batch_size, class_num).scatter_(1, label, 1)

print('---')

print(one_hot)

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