标签:接口 演示 das 排序 lua red 过程 改变 value
TF2.0 是之前学习的内容,当时是写在了私有的YNote中,重写于SF。
TF2.0-GPU 安装教程传送门:https://segmentfault.com/a/11...
之前接触过 TF1, 手动session机制,看着很是头疼。 TF2.0不需要做这些
TF2.0 理解起来更容易(逐渐 Pythonic and Numpic)
TF2.0 后端采用keras接口 (构建网络层),更方便。
TF2.0 的keras接口定义的模型层,都实现了 call方法。意味大多数实例对象可以当作函数来直接调用
以列表为例(抽象举例,摞起来的面包片。。。。)
[ # 最外层,无意义不用记
[1,2,3], # 面包片1 (第一个样本)
[4,5,6], # 面包片2 (第二个样本)
]
以刚才的数据为例:
t = tf.constant(
[
[1., 2., 3.],
[4., 5., 6.]
]
)
print(tf.reduce_sum(t, axis=0)) # 求和操作,上下压扁, 聚合样本
>> tf.Tensor([5. 7. 9.], shape=(3,), dtype=float32)
print(tf.reduce_sum(t, axis=1)) # 求和操作,左右压扁, 聚合属性
>> tf.Tensor([ 6. 15.], shape=(2,), dtype=float32)
注:Numpy轴也是这样的,我最初用x,y轴方式 抽象 去记忆, 基本上是记不住的。。太多概念混淆。
但如果你记不住,你每次使用各种操作和聚合API时,都会自己在心理重新花大量时间理一遍。浪费时间。
所以你一定要练习理解,要做到:“瞄一眼,就能知道这种维度的数据的意义,以及轴操作的意义”
我自己的记忆方式(axis=0, axis=1):
常需要用 axis参数 的相关聚合函数:
tf.reduce_sum() # 求和
tf.reduce_mean() # 平均值
tf.reduce_max() # 最大值
tf.reduce_min() # 最小值
tf.square() # 平方
tf.concat() # 拼接
注: 如果 axis参数 "不传", 那么"所有维度"都会被操作。
# 基本会用到的
import numpy as np
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
# 可选导入
import os, sys, pickle
import scipy
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.preprocessing import StandardScaler # 标准化
from sklearn.model_selection import train_test_split # 训测分离
c = tf.constant( [[1., 2., 3.], [4., 5., 6.]] ) # 数字后面加个点代表 转float32 类型
print(c)
>> tf.Tensor([[1. 2. 3.] [4. 5. 6.]], shape=(2, 3), dtype=float32)
先说矩阵乘法(大学都学过的,运算过程不说了):
语法格式: a @ b
条件要求: a的列数 === b的行数 (必须相等)
eg: (5行2列 @ 2行10列 = 5行10列)
特例: (第0维度,必须相等)
t1 = tf.ones([2, 20, 30])
t2 = tf.ones([2, 30, 50])
print( (t1@t2).shape )
>> (2, 20, 50) # 第0维没变, 后2维照常按照矩阵乘法运算
矩阵转置:
tf.transpose(t)
# 不仅可以普通转置,还可以交换维度
t2 = tf.transpose(t,[1,0]) # 行变列,列变行。 和基本的转置差不多(逆序索引,轴变逆序)
# 或假如以 (2,100,200,3)形状 为例
t = tf.ones([2, 100, 200, 3])
print(tf.transpose(t, [1, 3, 0, 2]).shape) # 轴交换位置
>> (100, 3, 2, 200)
# 原1轴 -> 放在现在0轴
# 原3轴 -> 放在现在1轴
# 原0轴 -> 放在现在2轴
# 原2轴 -> 放在现在3轴
加减乘除都具有"广播机制" :
形象(广播机制解释)解释:
我尝试用白话解释下:
1. 我形状和你不一样, 但我和你运算的时候,我会尽力扩张成 你的形状 来和你运算。
2. 扩张后如果出现空缺, 那么把自己复制一份,填补上 (如果补不全,就说明不能运算)
3. 小形状 服从 大形状 (我比你瘦,我动就行。 你不用动。。。)
eg:
t = tf.constant(
[
[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
]
)
t + [1,2,1]
过程分析:
[1,2,1] 显然是 小形状, 它会自动尝试变化成大形状 ->
第一步变形(最外层大框架满足, 里面还有空缺):
[
[1,2,1],
]
第二步变形 (把自己复制,然后填补空缺):
[
[1,2,1],
[1,2,1], # 这就是复制的自己
]
第三步运算(逐位相加)
[ + [ = [
[1,2,3], [1,2,1], [2,4,4],
[4,5,6], [1,2,1], [5,7,7],
] ] [
抽象(广播机制)演示:
假如 t1 的 shape为 [5,200,100,50]
假如 t2 的 shape为 [5,200]
注意:我以下的数据演示,全是表示 Tensor的形状,形状,形状!
[5,200,1,50] # 很明显,开始这2行数据 维度没匹配, 形状也没对齐
[5,1]
------------------------
[5,200,1,50]
[5,50] # 这行对齐补50
------------------------
[5,200,5,50] # 这行对齐补5
[5,50]
------------------------
[5,200,5,50]
[1, 1, 5,50] # 这行扩张了2个, 默认填1
------------------------
[5,200,5,50]
[1,200, 5,50] # 这行对齐补200
------------------------
[5,200,5,50]
[5,200,5,50] # 这行对齐补5
注意:
1. 每个维度形状:二者必须有一个是1, 才能对齐。 (不然ERROR,下例ERROR->)
[5,200,1,50]
[5,20] # 同理开始向右对齐,但是 50与20都不是1,所以都不能对齐,所以ERROR
2. 若维度缺失:
依然是全部贴右对齐
然后先从右面开始,补每个维度的形状
然后扩展维度,并默认设形状为1
然后补扩展后维度的形状(因为默认设为1了,所以是一定可以补齐的)
当然上面说的都是运算时的自动广播机制
你也可以手动广播:
t1 = tf.ones([2, 20, 1]) # 原始形状 【2,20,1】
print(tf.broadcast_to(t1, [5,2,20,30]).shape) # 目标形状【5,2,20,30】
[5,2,20,30]
[2,20, 1]
-----------
[5,2,20,30]
[2,20,30]
-----------
[5,2,20,30]
[1,2,20,30]
-----------
[5,2,20,30]
[5,2,20,30]
注:因为是手动广播,所以只能 原始形状 自己向 目标形状 ”补充维度,或者补充形状“
而目标形状是一点也不能动的。
扩充维度(f.expand_dims)+ 复制(tile) 代替 => 广播(tf.broadcasting)
同样是上面的例子,我想把形状 [2,20,1] ,变成 [5,2,20,30]
t1 = tf.ones([2, 20, 1])
a = tf.expand_dims(t1,axis=0) # 0轴索引处插入一个轴, 结果[1,2,20,1]
print(tf.tile(a,[5,1,1,30]).shape) # 结果 [5, 2, 20, 30]
流程:
[5,2,20,30]
[2,20,1]
-----------
[5,2,20,30] # tf.expand_dims(t1,axis=0)
[1,2,20,1] # 0号索引插入一个新轴(增维)
-----------
[5,2,20,30] # tf.tile(5,1,1,30) (形状对齐,tile每个参数代表对应轴的形状扩充几倍)
[5,2,30,30] 1*5 2*1 20*1 1*30
tile 与 broadcasting的区别:
压缩维度(tf.squeeze):
就是把每个维度为1的维度都删除掉 (就像数学 a * 1 = a)
print(tf.squeeze(tf.ones([2,1,3,1])).shape)
>>> (2, 3)
当然你也可以指定维度压缩(默认不指定,所有维度为1的全部压缩):
print(tf.squeeze(tf.ones([2,1,3,1]), axis=-1).shape)
>>> (2, 1, 3)
灵魂说明:无论索引还是切片, (行列 是使用 逗号 分隔的), 并且无论行列,索引都是从0开始的。
索引:取一个值
print(t[1,2]) # 逗号前面代表行的索引, 逗号后面是列的索引
>> tf.Tensor(6.0, shape=(), dtype=float32)
切片:取子结构 (有两种方式)
方式1(冒号切片):
print(t[:, 1:]) # 逗号前面是行。只写: 代表取所有行。逗号后面是列。 1: 代表第二列到最后
>> tf.Tensor([[2. 3.] [5. 6.]], shape=(2, 2), dtype=float32)
方式2(省略号切片): (我相信不了解Numpy的人都没听说过 python的 Ellipsis , 就是省略号类)
先自己去运行玩玩这行代码:
print(... is Ellipsis)
>>> True
回到正题:(省略号 ... 切片,是针对多维度的, 如果是二维直接用:即可)
(我们以三维为例,这个就不适合称作行列了)
# shape 是 (2, 2, 2)
t = tf.constant(
[ # 一维
[ # 二维
[1, 2], # 三维
[3, 4],
],
[
[5, 6],
[7, 8],
],
]
)
伪码:t[1维切片, 二维切片, 三维切片]
代码:t[:, :, 0:1] # 1维不动, 2维不动, 3维 取一条数据
结果: shape为 (2,2,1)
[ # 一维
[ # 二维
[1], # 三维
[3],
],
[
[5],
[7],
],
]
看不明白就多看几遍。
发现没,即使我不对 1维,和 2维切片,我也被迫要写 2个: 来占位
那假如有100个维度,我只想对最后一个维度切片。 前99个都不用动, 那难道我要写 99个 : 占位??
不,如下代码即可解决:
print(t[..., 0:1]) # 这就是 ... 的作用 (注意,只在 numpy 和 tensorflow中有用)
tensor 转 numpy 类型
t.numpy() # tensor 转为 numpy 类型
定义:
v = tf.Variable( # 注意: V是大写
[
[1, 2, 3],
[4, 5, 6]
]
)
变量赋值(具有自身赋值的性质):
注意: 变量一旦被定义,形状就定下来了。 赋值(只能赋给同形状的值)
v.assign(
[
[1,1,1],
[1,1,1],
]
)
print(v)
>> <tf.Variable ‘Variable:0‘ shape=(2, 3) dtype=int32, numpy=array([[1, 1, 1],[1, 1, 1]])>
变量取值(相当于转换为Tensor):
特别: 变量本身就是 Variable类型, 取值取出得是 Tensor (包括切片取值,索引取值等)
print( v.value() )
>> tf.Tensor([[1 2 3] [4 5 6]], shape=(2, 3), dtype=int32)
变量 索引&切片 赋值:
常量:是不可变的。所以只有取值,没有赋值。
变量:取值、赋值都可以
v.assign(xx) 类似于 python的 v=xx
v[0, 1].assign(100) # 索引赋值, v.assign 等价于
v[0, :].assign([10, 20, 30]) # 注意,切片赋值传递的需要是容器类型
特别注意: 前面说过,变量 结构形状 是 不可变的,赋值的赋给的是数据。
但是你赋值的时候要时刻注意,不能改变变量原有形状
拿切片赋值为例:
你切多少个,你就得赋多少个。 并且赋的值结构要一致。
举个栗子: 你从正方体里面挖出来一个小正方体。那么你必须填补一块一模一样形状的小正方体)
还有两种扩展API:
v.assign_add() # 类似python 的 +=
v.assign_sub() # 类似python 的 -=
变量 索引&切片 取值
同 常量切片取值(略)
Variable 转 Numpy
print(v.numpy())
定义:
rag_tensor = tf.ragged.constant(
[
[1,2],
[2,3,4,5],
]
) # 允许每个维度的数据长度参差不齐
拼接:假如需要"拼接 不规则张量" (可使用 tf.concat(axis=) )
0轴:竖着拼接(样本竖着摞起来)可随意拼接。 拼接后的依然是"不规则张量"
1轴:横着拼接(属性水平拼起来)这时候需要你样本个数必须相等, 否则对不上,报错
总结: 样本竖着随便拼, 属性横着(必须样本个数相等) 才能拼
RaggedTensor 普通 Tensor:
说明:普通Tensor是必须要求, 长度对齐的。入 对不齐的 末尾补0
tensor = rag_tensor.to_tensor()
特点(可理解为 记录索引):
定义:
s = tf.SparseTensor(
indices=[[0, 1], [1, 0], [2, 3]], # 注意,这个索引设置需要是(从左到右,从上到下)的顺序设置
values=[1, 2, 3], # 将上面3个坐标值分别设值为 1,2,3
dense_shape=[3, 4] # Tensor总范围
)
print(s)
>> SparseTensor(indices=tf.Tensor([[0 1], [1 0],[2 3]], shape=(3, 2), dtype=int64)。。。
转为普通 Tensor (转为普通Tensor后,看见的才是存储真正的值)
tensor = tf.sparse.to_dense(s)
print(tensor)
>> tf.Tensor([ [0 1 0 0],[2 0 0 0],[0 0 0 3] ], shape=(3, 4), dtype=int32)
如果上面使用 to_dense() 可能会遇到错误:
error: is out of range
这个错误的原因是创建 tf.SparseTensor(indices=) ,前面也说了indices,要按(从左到右,从上到下)顺序写
当然你也可以用排序API,先排序,然后再转:
eg:
_ = tf.sparse.reorder(s) # 先将索引排序
tensor = tf.sparse.to_dense(_) # 再转
这个API作为一个装饰器使用, 用来将 Python 语法转换 尽可能有效的转换为 TF语法、图结构
import tensorflow as tf
import numpy as np
@tf.function
def f():
a = np.array([1, 2, 3])
b = np.array([4, 5, 6])
return a + b
print( f() )
>>> tf.Tensor([5 7 9], shape=(3,), dtype=int32)
你应该发现了一个特点,我们定义的 f()函数内部,一个tf语法都没写。 只装饰了一行 @tf.function
而调用结果返回值居然是个 tensor 。
这就是 @tf.function 装饰器的作用了!
当然函数里面,也可以写 tf的操作,也是没问题的。
但注意一点, 函数里面不允许定义 变量, 需要定义的变量 应 拿到函数外面定义
a = tf.Variable([1,2,3]) # 如需tensor变量,应该放在外面
@tf.function
def f():
# a = tf.Variable([1,2,3]) # 这里面不允许定义变量!
pass
我的理解就是(基本数学的 合并同类项)
# 合并同类项的原则就是有1项不同,其他项完全相同。
# 前提条件:(最多,有一个维度的形状不相等。 注意是最多)
t1 = tf.ones([2,5,6])
t2 = tf.ones([6,5,6])
print( tf.concat([t1,t2],axis=0).shape ) # axis=0,传了0轴,那么其他轴捏死不变。只合并0轴
>> (8,5,8)
我的理解就是(小学算术的,进位,(进位就是扩充一个维度表示个数))
# 前提条件:所有维度形状必须全部相等。
tf1 = tf.ones([2,3,4])
tf2 = tf.ones([2,3,4])
tf3 = tf.ones([2,3,4])
print(tf.stack([tf1,tf2,tf3], axis=0).shape)
# 你可以想象有3组 [2,3,4],然后3组作为一个新维度,插入到 axis对应的索引处。
>> (3, 2, 3, 4) # 对比理解,如果这是tf.concat(), 那么结果就是 (6,3,4)
和tf.stack正好是互逆过程,指定axis维度是几,它就会拆分成几个数据,同时降维。
a = tf.ones([3, 2, 3, 4])
for x in tf.unstack(a, axis=0):
print(x.shape)
结果如下(分成了3个 [2,3,4])
>>> (2, 3, 4)
>>> (2, 3, 4)
>>> (2, 3, 4)
和tf.unstack的区别就是,tf.unstack是均分降维, tf.stack是怎么分都不会降维,且能指定分隔份数
a = tf.ones([2,4,35,8])
for x in tf.split(a, axis=3,num_or_size_splits=[2,2,4]):
print(x.shape)
结果:
>> (2, 4, 35, 2) # 最后一维2
>> (2, 4, 35, 2) # 最后一维2
>> (2, 4, 35, 4) # 最后一维4
假如我们想切分数据集为(train-test-valid) 3分比例为 6:2:2
方法1:(scikit-learn 连续分切2次)
x_train, x_test, y_train, y_test = train_test_split(x,y,test_size=0.2)
x_train, x_valid, y_train, y_valid = train_test_split(x_train, y_train,test_size=0.2)
# 源码中显示 test_size如果不传。默认为0.25。
# 思路,因为 scikit-learn 只能切出2个结果: 所以我们需要切2次:
# 第一次 从完整训练集 切出来 (剩余训练集, 测试集)
# 第二次 从剩余数据集 切出来 (剩余训练集2, 验证集)
方法2: (tf.split)
x = tf.ones([1000, 5000])
y = tf.ones([1000, 1])
x_train, x_test, x_valid = tf.split(
x,
num_or_size_splits=[600,200,200], # 切3份
axis=0
)
y_train, y_test, y_valid = tf.split(
y,
num_or_size_splits=[600,200,200], # 同样切3份
axis=0
)
print(x_train.shape, y_train.shape)
print(x_test.shape, y_test.shape)
print(x_valid.shape, y_valid.shape)
结果
>>> (600, 5000) (600, 1)
>>> (200, 5000) (200, 1)
>>> (200, 5000) (200, 1)
numpy这种索引叫做 fancy indexing(如果我没记错的话)
data = tf.constant([6,7,8]) # 当作真实数据
index = tf.constant([2, 1, 0]) # 当作索引
print(tf.gather(data, index))
>> tf.Tensor([8 7 6], shape=(3,), dtype=int32)
data = tf.constant([6, 7, 8])
print(tf.sort(data, direction=‘DESCENDING‘)) # ‘ASCENDING‘
# 默认是ASCENDING升序
tf.argsort() # 同上, 只不过返回的是排序后的,对应数据的index
查找出最大的n个(比先排序然后切片的性能要好)
a = tf.math.top_k([6,7,8],2) # 找出最大的两个,返回是个对象
print(a.indices) # 取出最大的两个 索引 ()
print(a.values) # 取出最大的两个 值
>> tf.Tensor([2 1], shape=(2,), dtype=int32)
>> tf.Tensor([8 7], shape=(2,), dtype=int32)
v1, v2 = tf.Variable(1.), tf.Variable(2.) # 变量 会 被自动侦测更新的
c1, c2 = tf.constant(1.), tf.constant(2.) # 常量 不会 自动侦测更新
y = lambda x1,x2: x1**2 + x2**2
with tf.GradientTape(persistent=True) as tape:
"""默认这个 tape使用一次就会被删除, persistent=True 代表永久存在,但后续需要手动释放"""
# 因为常量不会被自动侦测,所以我们需要手动调用 watch() 侦测
tape.watch(c1) # 如果是变量,就不用watch这两步了
tape.watch(c2)
f = y(c1,c2) # 调用函数,返回结果
c1_, c2_ = tape.gradient(f, [c1,c2])
# 参数2:传递几个自变量,就会返回几个 偏导结果
# c1_ 为 c1的偏导
# c2_ 为 c2的偏导
del tape # 手动释放 tape
v1, v2 = tf.Variable(1.), tf.Variable(2.) # 我们使用变量
y = lambda x1,x2: x1**2 + x2**2
with tf.GradientTape(persistent=True) as tape2:
with tf.GradientTape(persistent=True) as tape1:
f = y(v1,v2)
once_grads = tape1.gradient(f, [v1, v2]) # 一阶偏导
# 此列表推导式表示:拿着一阶偏导,来继续求二阶偏导(注意,用tape2)
twice_grads = [tape2.gradient(once_grad, [v1,v2]) for once_grad in once_grads] # 二阶偏导
print(twice_grads)
del tape1 # 释放
del tape2 # 释放
求导数(一个自变量):tape1.gradient(f, v1) # gradient传 1个自变量
求偏导(多个自变量):tape1.gradient(f, [v1,v2]) # gradient传 1个列表, 列表内填所有自变量
方式1:手撕(不使用优化器)
v1, v2 = tf.Variable(1.), tf.Variable(2.) # 我们使用变量
y = lambda x1, x2: x1 ** 2 + x2 ** 2 # 二元二次方程
learning_rate = 0.1 # 学习率
for _ in range(30): # 迭代次数
with tf.GradientTape() as tape: # 求导作用域
f = y(v1,v2)
d1, d2 = tape.gradient(f, [v1,v2]) # 求导, d1为 v1的偏导, d2为v2的偏导
v1.assign_sub(learning_rate * d1)
v2.assign_sub(learning_rate * d2)
print(v1)
print(v2)
实现流程总结:
1. 偏导 自变量v1,v2求出来的。 (d1, d2 = tape.gradient(f, [v1,v2]))
2. 自变量v1,v2的衰减 是关联 偏导的( 衰减值 = 学习率*偏导)
3. 我们把前2步套了一个大循环(并设定迭代次数), 1-2-1-2-1-2-1-2-1-2 步骤往复执行
方式2:借用 Tensorflow 优化器(optimizer) 实现梯度下降
v1, v2 = tf.Variable(1.), tf.Variable(2.) # 我们使用变量
y = lambda x1, x2: x1 ** 2 + x2 ** 2 # 二元二次函数 , 通常这个函数我们用作计算loss
learning_rate = 0.1 # 学习率
optimizer = keras.optimizers.SGD(learning_rate=learning_rate) # 初始化优化器
for _ in range(30): # 迭代次数
with tf.GradientTape() as tape:
f = y(v1,v2)
d1, d2 = tape.gradient(f, [v1,v2]) # d1为 v1的偏导, d2为v2的偏导
optimizer.apply_gradients( # 注意这里不一样了,我们之前手动衰减
[ # 而现在这些事情, optimizer.SGD帮我们做了
(d1, v1), # 我们只需把偏导值,和自变量按这种格式传给它即可
(d2, v2),
]
)
# 通常这种格式,我们用 zip() 实现
# eg:
# model = keras.models.Sequential([......])
# .......
# grads = tape.gradient(f, [v1,v2])
# optimizer.apply_gradients(
# zip(grads, model.trainable_variables)
# )
print(v1)
print(v2)
实现流程总结:
1. 偏导 是自变量v1,v2求出来的 (d1, d2 = tape.gradient(f, [v1,v2])) # 此步骤不变
2. 把偏导 和 自变量 传给optimizer.apply_gradients() optimizer.SGD() 自动帮我们衰减。
3. 我们还是把前2步套了一个大循环(并设定迭代次数), 1-2-1-2-1-2-1-2-1-2 步骤往复执行。
注: 假如你用adam等之类的其他优化器,那么可能有更复杂的公式,如果我们手撕,肯能有些费劲。
这时候我们最好使用 optimizer.Adam ...等各种 成品,优化器。通用步骤如下
1. 先实例化出一个优化器对象
2. 实例化对象.apply_gradients([(偏导,自变量)])
标签:接口 演示 das 排序 lua red 过程 改变 value
原文地址:https://www.cnblogs.com/whw1314/p/12121874.html