[CNN] Class, tf.layers, Ensemble

Class, tf.layers, Ensemble 강좌를 정리한다.

Python Class로 관리하기 

파이썬의 클래스로 만들어 사용하자. 복잡한 layer를 만들 때 사용하자.

예제

class Model:

    def __init__(self, sess, name):

        self.sess = sess

        self.name = name

        self._build_net()

    def _build_net(self):

        with tf.variable_scope(self.name):

            # dropout (keep_prob) rate  0.7~0.5 on training, but should be 1

            # for testing

            self.keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)

            # input place holders

            self.X = tf.placeholder(tf.float32, [None, 784])

            # img 28x28x1 (black/white)

            X_img = tf.reshape(self.X, [-1, 28, 28, 1])

            self.Y = tf.placeholder(tf.float32, [None, 10])

            # L1 ImgIn shape=(?, 28, 28, 1)

            W1 = tf.Variable(tf.random_normal([3, 3, 1, 32], stddev=0.01))

            #    Conv     -> (?, 28, 28, 32)

            #    Pool     -> (?, 14, 14, 32)

            L1 = tf.nn.conv2d(X_img, W1, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')

            L1 = tf.nn.relu(L1)

            L1 = tf.nn.max_pool(L1, ksize=[1, 2, 2, 1],

                                strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')

            L1 = tf.nn.dropout(L1, keep_prob=self.keep_prob)

            '''

            Tensor("Conv2D:0", shape=(?, 28, 28, 32), dtype=float32)

            Tensor("Relu:0", shape=(?, 28, 28, 32), dtype=float32)

            Tensor("MaxPool:0", shape=(?, 14, 14, 32), dtype=float32)

            Tensor("dropout/mul:0", shape=(?, 14, 14, 32), dtype=float32)

            '''

            # L2 ImgIn shape=(?, 14, 14, 32)

            W2 = tf.Variable(tf.random_normal([3, 3, 32, 64], stddev=0.01))

            #    Conv      ->(?, 14, 14, 64)

            #    Pool      ->(?, 7, 7, 64)

            L2 = tf.nn.conv2d(L1, W2, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')

            L2 = tf.nn.relu(L2)

            L2 = tf.nn.max_pool(L2, ksize=[1, 2, 2, 1],

                                strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')

            L2 = tf.nn.dropout(L2, keep_prob=self.keep_prob)

            '''

            Tensor("Conv2D_1:0", shape=(?, 14, 14, 64), dtype=float32)

            Tensor("Relu_1:0", shape=(?, 14, 14, 64), dtype=float32)

            Tensor("MaxPool_1:0", shape=(?, 7, 7, 64), dtype=float32)

            Tensor("dropout_1/mul:0", shape=(?, 7, 7, 64), dtype=float32)

            '''

            # L3 ImgIn shape=(?, 7, 7, 64)

            W3 = tf.Variable(tf.random_normal([3, 3, 64, 128], stddev=0.01))

            #    Conv      ->(?, 7, 7, 128)

            #    Pool      ->(?, 4, 4, 128)

            #    Reshape   ->(?, 4 * 4 * 128) # Flatten them for FC

            L3 = tf.nn.conv2d(L2, W3, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME')

            L3 = tf.nn.relu(L3)

            L3 = tf.nn.max_pool(L3, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[

                                1, 2, 2, 1], padding='SAME')

            L3 = tf.nn.dropout(L3, keep_prob=self.keep_prob)

            L3_flat = tf.reshape(L3, [-1, 128 * 4 * 4])

            '''

            Tensor("Conv2D_2:0", shape=(?, 7, 7, 128), dtype=float32)

            Tensor("Relu_2:0", shape=(?, 7, 7, 128), dtype=float32)

            Tensor("MaxPool_2:0", shape=(?, 4, 4, 128), dtype=float32)

            Tensor("dropout_2/mul:0", shape=(?, 4, 4, 128), dtype=float32)

            Tensor("Reshape_1:0", shape=(?, 2048), dtype=float32)

            '''

            # L4 FC 4x4x128 inputs -> 625 outputs

            W4 = tf.get_variable("W4", shape=[128 * 4 * 4, 625],

                                 initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())

            b4 = tf.Variable(tf.random_normal([625]))

            L4 = tf.nn.relu(tf.matmul(L3_flat, W4) + b4)

            L4 = tf.nn.dropout(L4, keep_prob=self.keep_prob)

            '''

            Tensor("Relu_3:0", shape=(?, 625), dtype=float32)

            Tensor("dropout_3/mul:0", shape=(?, 625), dtype=float32)

            '''

            # L5 Final FC 625 inputs -> 10 outputs

            W5 = tf.get_variable("W5", shape=[625, 10],

                                 initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())

            b5 = tf.Variable(tf.random_normal([10]))

            self.logits = tf.matmul(L4, W5) + b5

            '''

            Tensor("add_1:0", shape=(?, 10), dtype=float32)

            '''

        # define cost/loss & optimizer

        self.cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(

            logits=self.logits, labels=self.Y))

        self.optimizer = tf.train.AdamOptimizer(

            learning_rate=learning_rate).minimize(self.cost)

        correct_prediction = tf.equal(

            tf.argmax(self.logits, 1), tf.argmax(self.Y, 1))

        self.accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_prediction, tf.float32))

    def predict(self, x_test, keep_prop=1.0):

        return self.sess.run(self.logits, feed_dict={self.X: x_test, self.keep_prob: keep_prop})

    def get_accuracy(self, x_test, y_test, keep_prop=1.0):

        return self.sess.run(self.accuracy, feed_dict={self.X: x_test, self.Y: y_test, self.keep_prob: keep_prop})

    def train(self, x_data, y_data, keep_prop=0.7):

        return self.sess.run([self.cost, self.optimizer], feed_dict={

            self.X: x_data, self.Y: y_data, self.keep_prob: keep_prop})

Layer API

conv2d: convolution layer

dense: fully conntected

예제

Ensemble 사용하기 

여러개를 조합해서 조화롭게 만든다. 여러개의 독립된 Model을 training시키고, 각 예측을 조합하여 최종 결과를 만든다. 

Ensemble Training 하기

- Model을 만든다

- 각각의 독립된 Model 을 꺼내와서 학습을 시킨다. 

각각의 합치는 것으로 조화롭게 만들어 본다.  결과 중 가장 높은 값을 선택한다.

Tensorflow 코드에서 prediction은 최종 결과의 값들이다. 정확도가 0.9952 까지 올라간다. 

참조

- 김성훈 교수님의 Class, tf.layers, Ensemble 강좌