Keras API记录

预处理

直接从文件生成图片数据

　　ImageDataGenerator，循环生成图片，在重复生成图片之前，会把所有图片都遍历一遍。而且如果图片总量不是生成批量的倍数的话，在生成重复图片的前一次的批量是不完整的。具体代码：

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras 
from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator
import matplotlib.pyplot as plt

datagen = ImageDataGenerator(   #定义生成图片的模式，添加各种变换等，都是在范围内随机
    rotation_range=40,          #图片旋转的范围        
    width_shift_range=0.2,      #图片水平位移的范围
    height_shift_range=0.2,     #图片垂直位移的范围
    shear_range=0.2,            #图片变倾斜的角度
    zoom_range=0.2,             #图片缩放的范围
    horizontal_flip=True,       #50%几率水平镜像
    fill_mode='nearest')         
gener = datagen.flow_from_directory(        #图片数据生成器
    'D:/Datasets/dogs-vs-cats/train/test',  #生成路径。这个文件夹中应该包括各个类别的图片，且每类图片保存在单独的文件夹中
    target_size = (150,150),                #生成图片的尺寸
    batch_size=1,                           #每次生成多少图片数据
    class_mode='binary')                    #生成图片的标签格式，这里只有两类，所以为二元标签，一个标量0或1
for i,j in gener:#生成的是：图片，标签
    i/=255.
    print(j)
    plt.imshow(i[0])
    plt.show()

序列长度统一化

　　pad_sequences，将array中长度不一的list类型的序列转换为长度相同的array。代码示例：

from tensorflow.keras.datasets import imdb
from tensorflow.keras.preprocessing.sequence import pad_sequences

max_feature = 10000
max_len = 500
(data_train,y_train),(data_test,y_test) = imdb.load_data(num_words=max_feature)

x_train = pad_sequences(data_train,maxlen=max_len)
x_test = pad_sequences(data_test,maxlen=max_len)

自定义数据生成器

　　A detailed example of data generators with Keras

　　使用数据生成器（data generators）解决训练数据内存问题

可视化

CNN显示层输出

　　from keras import models

　　使用

　　activation_model = models.Model( inputs = model.input, outputs = model_outputs)

　　来对原模型生成模型，生成的模型预测样本时能输出原模型对应层的计算结果。model.input是原模型model的输入层，model_outputs是这个模型的某些层，可以使用如：

　　model_outputs = [l.output for l in model.layers] #返回了原模型的所有层的输出

　　来定义。然后

　　activation = activation_model.predict(a_input)

　　获取某个输入的对应各个层的输出。

CNN显示层过滤器的效果

　　查看过滤器训练完成后产生的效果，可以使用该层输出的均值关于输入的梯度来梯度下降，迭代输入的随机图片，使这个均值极小化，然后迭代完成后的图片就是过滤器的效果。具体代码：

#%%
import tensorflow as tf
import keras
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from tensorflow.keras.models import load_model
from keras import backend as K 

#%%绘制层过滤器
def produce_img(x):
    x -= x.mean()
    x /= x.std()+1e-5
    x = (x*0.1)+0.5
    x = np.clip(x,0,1)
    x *= 255
    x = np.clip(x,0,255).astype('uint8')
    return x
def show_filter(model0,layer_name, filter_index,input_size):
    '''model0要看过滤器的模型，layer_index待查看过滤器的层序号，filter_index要查看的过滤器序号
        实现的操作主要是keras后端的特性，使用python函数来定义keras函数
    '''
    layer_output = model0.get_layer(layer_name).output  #获取某层输出 
    loss = K.mean(layer_output[:,:,:,filter_index])     #输出的均值作为梯度下降的损失
    grads = K.gradients(loss,model0.input)[0]           #计算损失关于输入的梯度，这里仅为函数的定义，并没有计算，后面传入input才开始计算
    grads /= K.sqrt(K.mean(K.square(grads)))+1e-5       #梯度标准化
    iterate = K.function([model0.input],[loss,grads])   #定义产生梯度和损失的函数，也就是说，输入是model0的输入，输出是上面定义的loss和grads。
                                                        #这是keras后端自带的定义函数的函数

    input_img = np.random.random((1,input_size,input_size,3))*20+128.   #随机一个噪音图片用来迭代
    step = 1.0 
    for i in range(40):
        loss_value, grads_value = iterate([input_img]) 
        input_img += grads_value*step
    return produce_img(input_img)[0]
 
#%%以下是显示代码
from keras.applications import VGG16
input_size = 150 
model = VGG16(weights='imagenet',include_top = False)           #获取模型
model.summary()                                                 #查看一下模型各层
max_layer = 4                                                   #要显示的最大层
raw = 8                                                         #图片显示的行数
col = 8                                                         #图片显示的列数
for k in range(max_layer):
    show_pic = np.zeros([raw*(input_size+5),col*(input_size+5),3])
    for i in range(raw):
        for j in range(col):
            print('block'+str(k+1)+'_conv'+str(1)) 
            print(i,j) 
            show_pic[
                i*(input_size+5):i*(input_size+5)+input_size,    
                j*(input_size+5):j*(input_size+5)+input_size,:] = show_filter(model,'block'+str(k+1)+'_conv'+str(1), i*col+j,input_size)
    show_pic/=255
    plt.imshow(show_pic)
    plt.show()

　　VGG16前4层的前64个过滤器的效果图：