Keras

1 개요

1.1 설치

간단히 pip install keras를 통해 설치하거나.. 최근엔 텐서플로우를 설치하면 그 안에 설치되어 있다. 어차피 백엔드로 텐서플로우를 사용하는 경우가 많을테니.. 텐서플로우만 설치하면 된다.

1.1.1 설치 확인

import keras
print(keras.__version__)

2 데이터 처리

데이터 입럭은 3가지 형태로 이루어진다.

1. 넘파이 배열. 일반적인 데이터과학에서 자주 사용되는 형태.

   - 데이터 과학에서 pandas의 dataframe을 많이 사용하는데, 이를 넘파이의 ndarray로 변환하여야 사용할 수 있다. train_x = df.values형태로 ndarray 값을 얻을 수 있다.

2. 텐서플로우의 데이터셋 오브젝트. 성능행상에 도움.

   - 이미지 파일을 데이터셋화 : tf.keras.preprocessing.image_dataset_from_directory

   - 텍스트 파일을 데이터셋화 : tf.keras.preprocessing.text_dataset_from_directory

   - CSV 파일을 데이터셋화 : tf.data.experimental.make_csv_dataset

3. 파이썬 제너레이터.

https://keras.io/getting_started/intro_to_keras_for_engineers/ 위 링크에 정규화, 텍스트 배열 등의 전략이 소개되어 있다.

2.1 텐서플로우 데이터셋 오브젝트 예시

의도	설명	방법
이미지		dataset = keras.preprocessing.image_dataset_from_directory( 'path/to/main_directory', batch_size=64, image_size=(200, 200)) # For demonstration, iterate over the batches yielded by the dataset. for data, labels in dataset: print(data.shape) # (64, 200, 200, 3) print(data.dtype) # float32 print(labels.shape) # (64,) print(labels.dtype) # int32
텍스트		dataset = keras.preprocessing.text_dataset_from_directory( 'path/to/main_directory', batch_size=64) # For demonstration, iterate over the batches yielded by the dataset. for data, labels in dataset: print(data.shape) # (64,) print(data.dtype) # string print(labels.shape) # (64,) print(labels.dtype) # int32
CSV		# Set Feature_B as label column dataset = tf.data.experimental.make_csv_dataset( filename, batch_size=2, label_name="Feature_B") iterator = ds.as_numpy_iterator() print(next(iterator)) # prints (features, labels) tuple: # (OrderedDict([('Feature_A', array([1, 2], dtype=int32))]), # array([b'a', b'b'], dtype=object))

3 사용

3.1 데이터 사전작업

의도	설명	방법
정규화	일반적으로 데이터는 0~1 사이로 정규화한다.
csv 가져오기	csv를 넘파이 배열화 해야 한다.	import pandas csv = pd.read_csv("경로.csv") # 판다스를 이용하여 불러온다. x = csv[['열1', '열2']].as_matrix() # 넘파이배열로 바꾸어 x에 담는다.

3.1.1 신경망 모델 제작

의도	설명	방법
모듈 불러오기	layers : 각 계층을 만드는 모듈. models : 각 레이어들을 연결하여 신경망모델을 만든 후 컴파일하고 학습시키는 역할.	from keras import layers, models
신경망 디자인	ANN에 필요한 파라미터를 정해준다. 인수 설명 Nin 입력계층 노드 수 Nh 은닉계층 노드 수 number_of_class 출력값이 가질 클래스 수 Nout 출력노드 수
모델링	다양한 방법으로 모델링.

3.2 기타 활용

3.2.1 샘플데이터

의도	설명	방법
손글씨 샘플	mnist의 샘플데이터를 가져온다.	from keras.datasets import mnist (x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data()

4 오버피팅 막기

4.1 드롭아웃

from keras import model, layers

model = models.Sequential()
models.add(....)
models.add(layers.Dropout(0.5))  # 얼마의 비율로 드롭아웃을 실행할 것인가.

층 사이사이에 넣을 수 있다.

4.2 가중치 규제

4.2.1 L2 규제 만들기

from keras import model, layers, regularizers

l2_model = models.Sequential()
l2_model.add(layers.Dense(16, kernel_regularizer=regularizers.l2(0.001),  # 0.001은 가중치에 곱할 값.
                          activation='relu', input_shape=(10000,)))
l2_model.add(layers.Dense(16, kernel_regularizer=regularizers.l2(0.001),
                          activation='relu'))
l2_model.add(layers.Dense(1, activation='sigmoid'))

4.2.2 L1 규제 만들기

from keras import model, layers, regularizers

l1_model = models.Sequential()
l1_model.add(layers.Dense(16, kernel_regularizer=regularizers.l1(0.0001),
                          activation='relu', input_shape=(10000,)))
l1_model.add(layers.Dense(16, kernel_regularizer=regularizers.l1(0.0001),
                          activation='relu'))
l1_model.add(layers.Dense(1, activation='sigmoid'))

4.2.3 L1, L2 동시 사용

l1l2_model = models.Sequential()
l1l2_model.add(layers.Dense(16, kernel_regularizer=regularizers.l1_l2(l1=0.0001, l2=0.0001),
                            activation='relu', input_shape=(10000,)))
l1l2_model.add(layers.Dense(16, kernel_regularizer=regularizers.l1_l2(l1=0.0001, l2=0.0001),
                            activation='relu'))
l1l2_model.add(layers.Dense(1, activation='sigmoid'))

4.3 원핫인코딩

from keras.utils import to_categorical

lables = to_categorical(lables)  # 레이블의 1,2,3,4,5의 카테고리를 독립적인 (1,0,0,..) 따위로 변형한다.