Keras 使用小结

本文总结了Keras的模型构造方式,包括通用模型和序列模型,详细介绍了Keras Conv2D API的使用,如卷积操作和padding的选择。此外,还探讨了Keras LSTM方法的隐藏状态和细胞状态,以及Input的功能。最后,讨论了Batch size对模型训练的影响,指出合理选择Batch size的重要性。

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Keras的两种模型构造方式

  1. 通用模型(函数式)
    通用模型可以用来设计非常复杂、任意拓扑结构的神经网络,例如有向无环图网络类似于序列模型,通用模型通过函数化的应用接口来定义模型使用函数化的应用接口有好多好处,比如:决定函数执行结果的唯一要素是其返回值,而决定返回值的唯一要素则是其参数,这大大减轻了代码测试的工作量

    在通用模型中,定义的时候,从输入的多维矩阵开始,然后定义各层及其要素,最后定义输出层将输入层和输出层作为参数纳入通用模型中就可以定义一个模型对象

    from keras.layers import Input
    from keras.layers import Dense
    from keras.models import Model
    
    # 定义输入层
    input = Input(shape=(784,))
    # 定义各个连接层,假设从输入层开始,定义两个隐含层,都有64个神经元,都使用relu激活函数
    x = Dense(64, activation='relu')(input)#把上一层输出结果给下一层的输入
    x = Dense(64, activation='relu')(x)
    # 定义输出层,使用最近的隐含层作为参数
    y = Dense(10, activation='softmax')(x)#整个逻辑从输入到
Keras:基于Theano和TensorFlow的深度学习库 这就是Keras Keras是一个高层神经网络库,Keras由纯Python编写而成并基Tensorflow或Theano。Keras 为支持快 速实验而生,能够把你的idea迅速转换为结果,如果你有如下需求,请选择Keras: 简易和快速的原型设计(keras具有高度模块化,极简,和可扩充特性) 支持CNN和RNN,或二者的结合 支持任意的链接方案(包括多输入和多输出训练) 无缝CPU和GPU切换 Keras适用的Python版本是:Python 2.7-3.5 Keras的设计原则是 模块性:模型可理解为一个独立的序列或图,完全可配置的模块以最少的代价自由组合在一起。具 体而言,网络层、损失函数、优化器、初始化策略、激活函数、正则化方法都是独立的模块,你可 以使用它们来构建自己的模型。 极简主义:每个模块都应该尽量的简洁。每一段代码都应该在初次阅读时都显得直观易懂。没有黑 魔法,因为它将给迭代和创新带来麻烦。 易扩展性:添加新模块超级简单的容易,只需要仿照现有的模块编写新的类或函数即可。创建新模 块的便利性使得Keras更适合于先进的研究工作。 与Python协作:Keras没有单独的模型配置文件类型(作为对比,caffe有),模型由python代码描 述,使其更紧凑和更易debug,并提供了扩展的便利性。 Keras从2015年3月开始启动,经过一年多的开发,目前Keras进入了1.0的时代。Keras 1.0依然遵循相 同的设计原则,但与之前的版本相比有很大的不同。如果你曾经使用过此前的其他版本Keras。你或许 会关心1.0的新特性。 泛型模型:简单和强大的新模块,用于支持复杂深度学习模型的搭建。 更优秀的性能:现在,Keras模型的编译时间得到缩短。所有的RNN现在都可以用两种方式实现, Keras中文文档 以供用户在不同配置任务和配置环境下取得最大性能。现在,基于Theano的RNN也可以被展开, 以获得大概25%的加速计算。 测量指标:现在,你可以提供一系列的测量指标来在Keras的任何监测点观察模型性能。 更优的用户体验:我们面向使用者重新编写了代码,使得函数API更简单易记,同时提供更有效的 出错信息。 新版本的Keras提供了Lambda层,以实现一些简单的计算任务。 ... 如果你已经基于Keras0.3编写了自己的层,那么在升级后,你需要为自己的代码做以下调整,以 在Keras1.0上继续运行。请参考编写自己的层 关于Keras-cn 本文档是Keras文档的中文版,包括keras.io的全部内容,以及更多的例子、解释和建议,目前,文档 的计划是: 1.x版本:现有keras.io文档的中文翻译,保持与官方文档的同步 2.x版本:完善所有【Tips】模块,澄清深度学习中的相关概念和Keras模块的使用方法 3.x版本:增加Keras相关模块的实现原理和部分细节,帮助用户更准确的把握Keras,并添加更多 的示例代码 现在,keras-cn的版本号将简单的跟随最新的keras release版本 由于作者水平和研究方向所限,无法对所有模块都非常精通,因此文档中不可避免的会出现各种错误、 疏漏和不足之处。如果您在使用过程中有任何意见、建议和疑问,欢迎发送邮件 到moyan_work@foxmail.com与我取得联系。 您对文档的任何贡献,包括文档的翻译、查缺补漏、概念解释、发现和修改问题、贡献示例程序等,均 会被记录在致谢,十分感谢您对Keras中文文档的贡献! 同时,也欢迎您撰文向本文档投稿,您的稿件被录用后将以单独的页面显示在网站中,您有权在您的网 页下设置赞助二维码,以获取来自网友的小额赞助。 如果你发现本文档缺失了官方文档的部分内容,请积极联系我补充。 本文档相对于原文档有更多的使用指导和概念澄清,请在使用时关注文档中的Tips,特别的,本文档的 额外模块还有: 一些基本概念:位于快速开始模块的一些基本概念简单介绍了使用Keras前需要知道的一些小知 识,新手在使用前应该先阅读本部分的文档。 Keras安装和配置指南,提供了详细的Linux和Windows下Keras的安装和配置步骤。 深度学习与Keras:位于导航栏最下方的该模块翻译了来自Keras作者博客keras.io和其他Keras相关 博客的文章,该栏目的文章提供了对深度学习的理解和大量使用Keras的例子,您也可以向这个栏 目投稿。 所有的文章均在醒目位置标志标明来源与作者,本文档对该栏目文章的原文不具有任何处 置权。如您仍觉不妥,请联系本人(moyan_work@foxmail.com)删除。
### Keras 使用教程 Keras 是一种高级神经网络 API,它允许开发者通过简单的接口快速构建和训练深度学习模型[^2]。以下是关于如何使用 Keras 构建、编译并训练模型的具体说明。 #### 1. 安装 Keras 要开始使用 Keras,首先需要确保已安装该库及其依赖项 TensorFlow 或 Theano。可以通过以下命令完成安装: ```bash pip install keras ``` 如果尚未安装 TensorFlow,则可以一并安装: ```bash pip install tensorflow ``` #### 2. 加载数据集 在许多实际应用中,通常会先加载所需的数据集。例如,在图像分类任务中常用 MNIST 数据集。下面是如何加载 MNIST 并分割成训练集和测试集的代码示例: ```python from keras.datasets import mnist (x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data() ``` 此操作将下载 MNIST 手写数字数据集,并将其划分为训练样本 `(x_train, y_train)` 和测试样本 `(x_test, y_test)`[^5]。 #### 3. 预处理数据 为了使数据适合用于神经网络,需对其进行预处理。这可能涉及标准化像素值范围或将标签转换为 one-hot 编码形式。以下是一个完整的预处理过程: ```python import numpy as np from keras.utils import to_categorical # 将输入调整形状以适应模型需求 x_train = x_train.reshape((x_train.shape[0], 28, 28, 1)).astype('float32') / 255 x_test = x_test.reshape((x_test.shape[0], 28, 28, 1)).astype('float32') / 255 # 对类别标签执行 One-Hot Encoding y_train = to_categorical(y_train) y_test = to_categorical(y_test) ``` 上述代码片段展示了如何重新塑造输入张量并将像素值缩放到 `[0, 1]` 范围内,同时还将整数类向量转换为二进制矩阵表示形式。 #### 4. 创建模型架构 定义一个顺序模型(Sequential Model),并向其中添加所需的层。这里展示了一个基本的例子——带有嵌入层、LSTM 层以及全连接输出层的序列模型: ```python from keras.models import Sequential from keras.layers import Embedding, LSTM, Dense model = Sequential() # 嵌入层作为输入层 model.add(Embedding(input_dim=1000, output_dim=64)) # 添加 LSTM 层 model.add(LSTM(units=128)) # 输出层采用 softmax 激活函数 model.add(Dense(units=10, activation='softmax')) ``` 在这个例子中,我们创建了一种适用于自然语言处理场景下的 RNN 结构;对于其他类型的任务(比如图片识别),则应选用不同的配置方式[^3]。 #### 5. 编译模型 指定损失函数、优化器以及其他指标来衡量性能表现: ```python model.compile(optimizer='adam', loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy']) ``` 此处选择了 Adam 作为默认优化算法,并设定了交叉熵误差计算方法与准确性度量标准。 #### 6. 训练模型 利用准备好的训练数据调用 `fit()` 方法即可启动训练流程: ```python history = model.fit(x_train, y_train, epochs=10, batch_size=32, validation_split=0.2) ``` 这段脚本设置了每轮迭代次数为 10 次,每次批量大小设定为 32 条记录,并保留部分数据用来验证模型效果。 #### 7. 测试模型 最后一步是对新数据进行预测或者评估整体精度水平: ```python test_loss, test_acc = model.evaluate(x_test, y_test) print(f'Test accuracy: {test_acc}') ``` 以上就是基于 Keras 实现的一个典型工作流概述。 --- ### 示例代码总结 整个过程中涵盖了从环境搭建到最终部署的所有必要环节,具体包括但不限于以下几个方面: - **数据获取**:借助内置工具轻松访问流行公开资源; - **前期处理**:针对原始素材实施必要的清理与变换措施; - **框架定制**:灵活拼接各类组件形成目标解决方案; - **参数调节**:依据实际情况动态调整超参提升泛化能力; - **效能检验**:运用多种手段全面考察成果质量。 希望这些内容能够帮助您更好地理解和掌握 Keras 的核心概念及实践技巧!
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