TigerCow.Door


[해당 리뷰는 길벗출판사에서 서적을 지원받고 작성되었습니다.]


딥러닝의 처음을 함께 시작해줄 책


작업환경 설정부터 텐서플로우 기초까지,

딥러닝 기초를 다지고 싶은 분


안녕하세요. 문범우입니다.

이번에 소개해드리고자 하는 도서는 길벗출판사에서 출간한, '모두의 딥러닝'이라는 책 입니다.


최근에 개발자들 사이에서도 머신러닝, 딥러닝은 매우 중요하고 뜨거운 분야가 되고 있습니다.

저도 아직 초보개발자이지만 딥러닝과 데이터분석에 대해서 공부하고자 이것저것 알아보며 학습중인데, 이러한 분들에게 매우 적극적으로 추천드리고 싶은 책입니다.


'모두의 딥러닝'에서 제가 매력적으로 느낀 점들은 아래와 같습니다.


적당한 그림과 사진을 이용한 시각적 효과


보기 좋은 떡이 먹기도 좋다고 하잖아요? 저는 실제로 어떤 책을 고를 때 그 책의 내용이 잘 들어오는지, 잘 읽혀지고 또 읽고싶게 디자인 되어 있는지도 어느정도 신경을 쓰는 편입니다.

물론 그러한 것이 100%는 아니지만 개인적으로 공부할 때는 그런 요소가 어느정도 중요한 편인것 같더라구요.

무조건 색이 화려하고, 이쁘게 만들어야 다가 아니라 여백도 적당히 활용하고 이해하기 어려운 내용에 대해서는 적절한 그림들이 들어가 있어야 내용 흡수도 잘되고 다음날 또 펼쳐보고 싶은 생각이 들기 때문에 고려하는 편인데, 이러한 점은 '모두의 딥러닝'에서 매우 잘 충족시켜주었습니다.

주제가 무작정 세분화 되어있지 않고, 적당히 끊어서 공부할 수 있도록 나누어져 있으며 각 주제네이밍도 잘 되어 있습니다.

책의 내용에서도 코드와 그림을 적당히 이용하면서 깔끔하면서도 이해가 쉽도록 나와있습니다.



초보자를 위한 세심한 설명




사실 IT서적을 읽을때 힘들었던 부분들이, 분명히 책에서는 된다고 했는데, 왜 나는 안되지? 무엇이 문제지? 하면서 부딪히는 부분이라고 생각합니다.

어떤 개발 환경의 문제도 있겠지만, 가끔은 저자가 독자가 당연히 알고 있을 것이라 생각하는 부분에 대한 설명을 생략하기 때문에도 발생하는 문제가 있습니다.

사실상 윈도우에서 개발 환경의 문제를 책에서 모두 다루는 것은 불가능이라 생각하기에 어쩔수 없이 구글링으로 넘어가야 하겠지만, 항상 아쉬웠던건 기초 입문 서적같은 경우에는 주석을 이용해서라도 쉬운 내용들에 대해 함께 코멘트를 달아 놓으면 좀 더 빠르게 이해하고 접근할 수 있지 않을까 라는 생각입니다.

그런데, '모두의 딥러닝' 책에서는 위의 사진과 같이, 책에서 이용하는 파이썬 언어의 기초적인 문법등의 내용 조차 작은 코멘트를 이용해서 함께 설명해주고 있습니다. 물론 언어에 대해서 아시는 분들께서는 저런 내용은 오히려 불필요하다 생각할 수 있겠지만.. 사실상 이러한 것들이 책에서 진도를 나가고, 깊이 이해할 수록 정말 중요한 부분이라고 생각되서 너무 좋은 점이라 생각했습니다.



코드에 함께 작성된 친절한 주석들



이 점도 정말 빠질 수 없이 중요하다고 생각됩니다.

특히나 프로그래밍 분야의 책들에서는 항상 코드가 함께 소개되는데, 앞에서 이론에 대해 열심히 배우고 학습해도 사실상 그 내용들이 코드와 매칭되지 않으면 내가 코드를 직접 작성하면서도 단순히 받아쓰기가 되어버리는 경우가 있고 내가 공부한 내용이 어떻게 적용되고, 어떻게 활용되는지 감이 전혀오지 않을 때도 있습니다.

헌데 '모두의 딥러닝' 책에서는 앞에서 세심한 설명은 물론이고 그 내용들이 코드와 함께 매칭되어 공부할 수 있도록 각 코드별로 주석이 달려 있습니다.

위의 사진과 같이 거의 코드 한줄당 주석 한줄이 달려 있습니다.

직접 코드를 작성하면서 주석도 함께 작성해둔다면 나중에 다시 코드를 보았을 때 복습도 잘 될 것 같고, 스스로 코드만 작성해보고 다음날 자기가 직접 주석을 작성해본다던지 등의 복습방법도 좋을 것 같습니다.



다양한 실습 예제를 통한 실전 감각 익히기


저도 최근에 온라인 강의나 구글링을 통해서 딥러닝에 대해 약간씩 공부하고 있지만, 아직 공부양이 부족하기도 하고, 실제로 예제등을 이용해보지 않아서 인지 내가 공부한 것들이 어떻게 사용되고, 실전에서 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 감을 많이 못 잡을 때가 많습니다.

물론 스스로 해결해야 하는 부분이기도 하지만, 기초 입문 서적에서는 간단한 예제들이라도 이용해서 이론과 함께 제공된다면 앞으로의 공부에 더 자극도 되고, 도움도 될 수 있을 것이라 생각됩니다.

'모두의 딥러닝'에서는 초반에 기초적인 이론들을 공부하고 난 후에 간단한 예제들을 바탕으로 실전 감각을 익히는 파트가 잘 준비되어 있습니다.



이렇게 '모두의 딥러닝' 책이 어떤 매력을 가지고 있고, 어떻게 구성되어 있는지 말씀드렸는데 약간의 아쉬운 점이 하나 있었습니다.

사실상 많은 프로그래밍 책에서도 아쉽다고 느낀 점이기도 했는데, 해당 도서를 마무리 하고 나면, 앞으로 어떤 수준의 책을 보는게 좋을 것인지, 같은 출판사에서 어떤 책을 추천해주고 싶은지 등의 간단한 언급이 있으면 좋을 것 같았습니다.

아직 제가 깊이 공부하지 못한 탓도 있겠지만 얼핏 보기에 시중에 기초 입문 서적은 정말 많은데, 그 후 더 깊은 공부를 하기 위해서는 어떤 책이나 논문 등을 보아야 할지 쉽게 감을 잡기가 어렵다고 생각됩니다.

물론 스스로 더 찾아보거나, 직접 프로젝트를 진행하면서 배우는 것도 좋겠지만 이러한 것도 방향을 잡기 힘들때가 있기에 이러한 내용에 대한 코멘트도 함께 있으면 어떨까라는 생각을 해보았습니다.


'모두의 딥러닝' 책을 짧게 요약하고 소개해드리자면,


딥러닝, 텐서플로우, 케라스 활용에 대해 처음이거나, 건들여보았어도 아직 정리가 안된것 같은분, 다양한 실습예제를 통해 실전 감각을 익히고 싶으신 분들에게 정말로 추천드리고 싶습니다.

하지만 나는 딥러닝의 기초적인 이론 내용에 대해서 친구에게 소개할 수 있고, 텐서플로우도 어느정도 자유롭게 다룰 수 있다 하시는 분들에게는 보다 심화적인 책을 찾아보기를 권합니다.


블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요. 문범우입니다.

이번 포스팅에서는 우리가 Deep Neural Network 에 대해 이론으로 배웠던 내용들을 실제로 텐서플로우로 구현해보도록 하겠습니다.


우리가 아래 포스팅에서 softmax classifier를 이용하여 mnist 데이터를 예측해보는 모델을 만들어봤었는데, 이때 정확도가 약 83%도 나왔습니다. 이를 DNN으로 구현해보면서 정확도를 최대 98%까지 끌어올려보도록 하겠습니다.


텐서플로우(Tensor Flow) #10_ MNIST DATA



* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/




1. MNIST Data 다루기


우리가 MNIST Data에 대해서는 위에서 언급했던 아래 포스팅에서 다루어 보았습니다.

보다 자세한 내용은 해당 글을 참고하시면 되겠습니다.


텐서플로우(Tensor Flow) #10_ MNIST DATA


이때 작성했던 코드를 기본으로 이번 포스팅을 시작할 것이며 그 코드는 아래와 같습니다.


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
import tensorflow as tf
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
 
# read data
mnist = input_data.read_data_sets("/~/deep_learning_zeroToAll/", one_hot=True)
 
nb_classes = 10
 
= tf.placeholder(tf.float32,[None,784])
= tf.placeholder(tf.float32,[None,nb_classes])
 
= tf.Variable(tf.random_normal([784,nb_classes]))
= tf.Variable(tf.random_normal([nb_classes]))
 
hypothesis = tf.nn.softmax(tf.matmul(X, W) + b)
 
cost = tf.reduce_mean(-tf.reduce_sum(Y * tf.log(hypothesis), axis = 1))
optimizer = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate = 0.1).minimize(cost)
 
is_correct = tf.equal(tf.arg_max(hypothesis,1), tf.arg_max(Y, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(is_correct,tf.float32))
 
training_epochs = 15
batch_size = 100
 
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for epoch in range(training_epochs):
        avg_cost = 0
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
 
        for i in range(total_batch):
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            c, _= sess.run([cost,optimizer], feed_dict={X: batch_xs, Y: batch_ys})
            avg_cost += c / total_batch
 
        print('Epoch:''%04d' % (epoch + 1), 'cost = ''{:.9f}'.format(avg_cost))
    print("Learning finished")
    print("Accuracy: ", accuracy.eval(session=sess, feed_dict={X: mnist.test.images, Y: mnist.test.labels}))
 
    # Get one and predict using matplotlib
    r = random.randint(0, mnist.test.num_examples - 1)
    print("Label: ", sess.run(tf.argmax(mnist.test.labels[r:r + 1], 1)))
    print("Prediction: ", sess.run(
        tf.argmax(hypothesis, 1), feed_dict={X: mnist.test.images[r:r + 1]}))
 
    plt.imshow(
        mnist.test.images[r:r + 1].reshape(2828),
        cmap='Greys',
        interpolation='nearest')
    plt.show()
 
 
cs


( mnist dataset 경로를 알맞게 설정하세요. )

해당코드로 코드를 돌려보면 아래와 같은 결과가 나옵니다.



위의 결과 처럼, 약 84%의 결과를 보이고 있습니다.

이제 하나씩 우리가 배웠던 내용을 추가해보면서 정확도를 올려보도록 하겠습니다.



2. Deep, Wide and ReLU

딥러닝(DeepLearning) #4_ ReLU::Rectified Linear Unit


먼저 우리가 적용해볼 것은 모델을 보다 deep하고, wide하게 layer를 만들면서 sigmoid 함수 대신에 ReLU 함수를 적용시키는 것 입니다.


또한 optimizer 함수를 AdamOptimizer 함수로 바꾸었는데, 이에 대해서는 크게 생각하지 않고, 더 좋은 것이기 때문에 사용한다는 점만 알아두도록 하겠습니다.


따라서 코드를 아래와 같이 수정하였습니다.


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
 
tf.set_random_seed(777)
# read data
mnist = input_data.read_data_sets("/~/deep_learning_zeroToAll/", one_hot=True)
 
nb_classes = 10
 
= tf.placeholder(tf.float32,[None,784])
= tf.placeholder(tf.float32,[None,nb_classes])
 
# W = tf.Variable(tf.random_normal([784,nb_classes]))
# b = tf.Variable(tf.random_normal([nb_classes]))
 
W1 = tf.Variable(tf.random_normal([784,256]))
b1 = tf.Variable(tf.random_normal([256]))
L1 = tf.nn.relu(tf.matmul(X, W1) + b1)
 
W2 = tf.Variable(tf.random_normal([256,256]))
b2 = tf.Variable(tf.random_normal([256]))
L2 = tf.nn.relu(tf.matmul(L1, W2) + b2)
 
W3 = tf.Variable(tf.random_normal([256,10]))
b3 = tf.Variable(tf.random_normal([10]))
hypothesis = tf.matmul(L2, W3) + b3
 
cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits = hypothesis, labels=Y))
optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate = 0.001).minimize(cost)
 
is_correct = tf.equal(tf.arg_max(hypothesis,1), tf.arg_max(Y, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(is_correct,tf.float32))
 
training_epochs = 15
batch_size = 100
 
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for epoch in range(training_epochs):
        avg_cost = 0
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
 
        for i in range(total_batch):
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            c, _= sess.run([cost,optimizer], feed_dict={X: batch_xs, Y: batch_ys})
            avg_cost += c / total_batch
 
        print('Epoch:''%04d' % (epoch + 1), 'cost = ''{:.9f}'.format(avg_cost))
    print("Learning finished")
    print("Accuracy: ", accuracy.eval(session=sess, feed_dict={X: mnist.test.images, Y: mnist.test.labels}))
 
    # Get one and predict using matplotlib
    r = random.randint(0, mnist.test.num_examples - 1)
    print("Label: ", sess.run(tf.argmax(mnist.test.labels[r:r + 1], 1)))
    print("Prediction: ", sess.run(
        tf.argmax(hypothesis, 1), feed_dict={X: mnist.test.images[r:r + 1]}))
 
    plt.imshow(
        mnist.test.images[r:r + 1].reshape(2828),
        cmap='Greys',
        interpolation='nearest')
    plt.show()
 
 
cs


이렇게, 3개의 ReLU함수를 적용한 layer로 학습을 진행하니 아래 결과와 같이 약 94%의 정확도를 가지게 되었습니다.




3. Xavier initialize

딥러닝(DeepLearning) #5_ Restricted Belief Machine & Xavier initialize


이번에는 초기값을 건드려 보겠습니다.

Xavier initialize를 이용하여 아래와 같이 코드를 수정하였습니다.


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
 
tf.set_random_seed(777)
# read data
mnist = input_data.read_data_sets("/~/deep_learning_zeroToAll/", one_hot=True)
 
nb_classes = 10
 
= tf.placeholder(tf.float32,[None,784])
= tf.placeholder(tf.float32,[None,nb_classes])
 
# W = tf.Variable(tf.random_normal([784,nb_classes]))
# b = tf.Variable(tf.random_normal([nb_classes]))
 
W1 = tf.get_variable("W1",shape=[784,256], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b1 = tf.Variable(tf.random_normal([256]))
L1 = tf.nn.relu(tf.matmul(X, W1) + b1)
 
W2 = tf.get_variable("W2",shape=[256,256], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b2 = tf.Variable(tf.random_normal([256]))
L2 = tf.nn.relu(tf.matmul(L1, W2) + b2)
 
W3 = tf.get_variable("W3",shape=[256,10], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b3 = tf.Variable(tf.random_normal([10]))
hypothesis = tf.matmul(L2, W3) + b3
 
cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits = hypothesis, labels=Y))
optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate = 0.001).minimize(cost)
 
is_correct = tf.equal(tf.arg_max(hypothesis,1), tf.arg_max(Y, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(is_correct,tf.float32))
 
training_epochs = 15
batch_size = 100
 
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for epoch in range(training_epochs):
        avg_cost = 0
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
 
        for i in range(total_batch):
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            c, _= sess.run([cost,optimizer], feed_dict={X: batch_xs, Y: batch_ys})
            avg_cost += c / total_batch
 
        print('Epoch:''%04d' % (epoch + 1), 'cost = ''{:.9f}'.format(avg_cost))
    print("Learning finished")
    print("Accuracy: ", accuracy.eval(session=sess, feed_dict={X: mnist.test.images, Y: mnist.test.labels}))
 
    # Get one and predict using matplotlib
    r = random.randint(0, mnist.test.num_examples - 1)
    print("Label: ", sess.run(tf.argmax(mnist.test.labels[r:r + 1], 1)))
    print("Prediction: ", sess.run(
        tf.argmax(hypothesis, 1), feed_dict={X: mnist.test.images[r:r + 1]}))
 
    plt.imshow(
        mnist.test.images[r:r + 1].reshape(2828),
        cmap='Greys',
        interpolation='nearest')
    plt.show()
 
 
cs


각 레이어의 초기값을 랜덤하게 지정하지 않고, xavier initialize를 이용하여 결과를 확인해보니 아래와 같습니다.



위와 같이 약 97%의 정확도를 보여주고 있습니다.



4. Drop out

딥러닝(DeepLearning) #6_ Dropout and Ensemble


그럼 이번에는 우리의 모델을 더 깊고, 더 넓게 만들어 보겠습니다.

현재까지는 3개의 layer를 가진 모델이었는데 아래코드와 같이, 5단으로 넓히면서 더 wide하게 모델을 만들어봅니다.


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
 
tf.set_random_seed(777)
# read data
mnist = input_data.read_data_sets("/~/deep_learning_zeroToAll/", one_hot=True)
 
nb_classes = 10
 
= tf.placeholder(tf.float32,[None,784])
= tf.placeholder(tf.float32,[None,nb_classes])
 
# W = tf.Variable(tf.random_normal([784,nb_classes]))
# b = tf.Variable(tf.random_normal([nb_classes]))
 
W1 = tf.get_variable("W1",shape=[784,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b1 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L1 = tf.nn.relu(tf.matmul(X, W1) + b1)
 
W2 = tf.get_variable("W2",shape=[512,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b2 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L2 = tf.nn.relu(tf.matmul(L1, W2) + b2)
 
W3 = tf.get_variable("W3",shape=[512,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b3 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L3 = tf.nn.relu(tf.matmul(L2, W3) + b3)
 
W4 = tf.get_variable("W4",shape=[512,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b4 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L4 = tf.nn.relu(tf.matmul(L3, W4) + b4)
 
W5 = tf.get_variable("W5",shape=[512,10], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b5 = tf.Variable(tf.random_normal([10]))
hypothesis = tf.matmul(L4, W5) + b5
 
cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits = hypothesis, labels=Y))
optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate = 0.001).minimize(cost)
 
is_correct = tf.equal(tf.arg_max(hypothesis,1), tf.arg_max(Y, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(is_correct,tf.float32))
 
training_epochs = 15
batch_size = 100
 
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for epoch in range(training_epochs):
        avg_cost = 0
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
 
        for i in range(total_batch):
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            c, _= sess.run([cost,optimizer], feed_dict={X: batch_xs, Y: batch_ys})
            avg_cost += c / total_batch
 
        print('Epoch:''%04d' % (epoch + 1), 'cost = ''{:.9f}'.format(avg_cost))
    print("Learning finished")
    print("Accuracy: ", accuracy.eval(session=sess, feed_dict={X: mnist.test.images, Y: mnist.test.labels}))
 
    # Get one and predict using matplotlib
    r = random.randint(0, mnist.test.num_examples - 1)
    print("Label: ", sess.run(tf.argmax(mnist.test.labels[r:r + 1], 1)))
    print("Prediction: ", sess.run(
        tf.argmax(hypothesis, 1), feed_dict={X: mnist.test.images[r:r + 1]}))
 
    plt.imshow(
        mnist.test.images[r:r + 1].reshape(2828),
        cmap='Greys',
        interpolation='nearest')
    plt.show()
 
 
cs


위와 같이, 다른 것들은 모두 그대로 두고 layer를 5개로 확장하면서 보다 wide 하게 만들었습니다.

결과는 어떨까요?



미세하지만, 오히려 이전보다 정확도가 떨어졌습니다.

보다 더 깊고, 넓게 모델을 만들었는데, 왜그럴까요?

바로 우리가 배웠던 overfitting 때문입니다.

이를 해결하기 위해서 우리는 dropout 이라는 것을 배웠고, 바로 코드에 적용시켜보도록 하겠습니다.


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
import tensorflow as tf
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from tensorflow.examples.tutorials.mnist import input_data
 
tf.set_random_seed(777)
# read data
mnist = input_data.read_data_sets("/~/deep_learning_zeroToAll/", one_hot=True)
 
nb_classes = 10
keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)
 
= tf.placeholder(tf.float32,[None,784])
= tf.placeholder(tf.float32,[None,nb_classes])
 
# W = tf.Variable(tf.random_normal([784,nb_classes]))
# b = tf.Variable(tf.random_normal([nb_classes]))
 
W1 = tf.get_variable("W1",shape=[784,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b1 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L1 = tf.nn.relu(tf.matmul(X, W1) + b1)
L1 = tf.nn.dropout(L1, keep_prob=keep_prob)
 
W2 = tf.get_variable("W2",shape=[512,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b2 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L2 = tf.nn.relu(tf.matmul(L1, W2) + b2)
L2 = tf.nn.dropout(L2, keep_prob=keep_prob)
 
W3 = tf.get_variable("W3",shape=[512,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b3 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L3 = tf.nn.relu(tf.matmul(L2, W3) + b3)
L3 = tf.nn.dropout(L3, keep_prob=keep_prob)
 
W4 = tf.get_variable("W4",shape=[512,512], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b4 = tf.Variable(tf.random_normal([512]))
L4 = tf.nn.relu(tf.matmul(L3, W4) + b4)
L4 = tf.nn.dropout(L4, keep_prob=keep_prob)
 
W5 = tf.get_variable("W5",shape=[512,10], initializer=tf.contrib.layers.xavier_initializer())
b5 = tf.Variable(tf.random_normal([10]))
hypothesis = tf.matmul(L4, W5) + b5
 
cost = tf.reduce_mean(tf.nn.softmax_cross_entropy_with_logits(logits = hypothesis, labels=Y))
optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate = 0.001).minimize(cost)
 
is_correct = tf.equal(tf.arg_max(hypothesis,1), tf.arg_max(Y, 1))
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(is_correct,tf.float32))
 
training_epochs = 15
batch_size = 100
 
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for epoch in range(training_epochs):
        avg_cost = 0
        total_batch = int(mnist.train.num_examples / batch_size)
 
        for i in range(total_batch):
            batch_xs, batch_ys = mnist.train.next_batch(batch_size)
            c, _= sess.run([cost,optimizer], feed_dict={X: batch_xs, Y: batch_ys, keep_prob: 0.7})
            avg_cost += c / total_batch
 
        print('Epoch:''%04d' % (epoch + 1), 'cost = ''{:.9f}'.format(avg_cost))
    print("Learning finished")
    print("Accuracy: ", accuracy.eval(session=sess, feed_dict={X: mnist.test.images, Y: mnist.test.labels, keep_prob: 1}))
 
    # Get one and predict using matplotlib
    r = random.randint(0, mnist.test.num_examples - 1)
    print("Label: ", sess.run(tf.argmax(mnist.test.labels[r:r + 1], 1)))
    print("Prediction: ", sess.run(
        tf.argmax(hypothesis, 1), feed_dict={X: mnist.test.images[r:r + 1], keep_prob: 1}))
 
    plt.imshow(
        mnist.test.images[r:r + 1].reshape(2828),
        cmap='Greys',
        interpolation='nearest')
    plt.show()
 
 
cs


위와 같이 keep_prob 라는 변수를 새로 만들어서, 각 레이어마다 dropout 함수를 적용시키고 이때 keep_prob 값을 변수값으로 넣었습니다.

이후 훈련할때 keep_prob 값을 feed_dict에서 0.7로 주었으며 실제로 예측할때는 1값을 주었습니다.


이를 통해 나오는 결과는 아래와 같습니다.



위의 결과를 확인하면 정확도가 98%를 넘기는 것을 확인할 수 있습니다.


이렇게 우리가 그동안 배웠던 개념들을 실제로 텐서플로우에서 구현해보고, 그것들이 얼마나 정확도를 높여주는지 확인해보았습니다.

블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요.

이번 포스팅에서는 우리가 딥러닝 이론에서 배웠던 XOR 문제를 텐서플로우로 해결해보도록 하겠습니다.

이론적인 부분은 아래 글에서 설명드렸기에, 코드에 대한 이야기를 주로 할 것 같습니다. 딥러닝에 대한 기본적인 이론이기에 잘 이해가 안되시는 분들은 아래 글을 참고해주세요.


딥러닝(DeepLearning) #1_ 딥러닝의 시작



* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/




1. XOR data set


먼저 XOR이 어떤건지 간단히 살펴보겠습니다.



XOR은 위에서 가운데에 있는 심볼로 나타냅니다. 그리고 우리에게 필요한 데이터, truth table은 그 오른쪽 표와 같이 나와있습니다. 두 개의 input이 입력되고, input값이 서로 같을 때는 0을 출력하고, input값이 서로 다를 때는 1을 출력합니다.


이것을 텐서플로우에서 데이터로 입력해본다면 아래와 같은 코드로 입력됩니다.


1
2
x_data = np.array([[0,0], [0,1], [1,0], [1,1]], dtype=np.float32)
y_data = np.array([[0],   [1],   [1],   [0]], dtype=np.float32)
cs



2. XOR with Logistic Regression

그럼 이제 전체 모델에 대한 코드를 작성해보겠습니다.
이때, 다시 한번 y, 출력 데이터를 살펴보면 단순히 0 또는 1로만 이루어지기 때문에 우리가 굳이 softmax classifier 등과 같은 알고리즘을 사용할 필요 없이 단순히 logistic regression을 이용하면 됩니다.

지난 실습들에서 구현했던 방식과 마찬가지로 구현해본다면 아래와 같이 코드가 구현됩니다.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
import tensorflow as tf
import numpy as np
 
x_data = np.array([[0,0], [0,1], [1,0], [1,1]], dtype=np.float32)
y_data = np.array([[0],   [1],   [1],   [0]], dtype=np.float32)
 
= tf.placeholder(tf.float32)
= tf.placeholder(tf.float32)
= tf.Variable(tf.random_normal([2,1]), name = "weight")
= tf.Variable(tf.random_normal([1]), name = "bias")
 
# hypothesis: sigmoid(X * W + b)
hypothesis = tf.sigmoid(tf.matmul(X, W) + b)
 
# cost function / minimize cost
cost = -tf.reduce_mean(Y * tf.log(hypothesis) + (1 - Y) * tf.log(1 - hypothesis))
train = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.1).minimize(cost)
 
# predicate / accuracy
predicated = tf.cast(hypothesis > 0.5, dtype=tf.float32)
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(tf.equal(predicated, Y), dtype=tf.float32))
 
#
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for step in range(10001):
        sess.run(train, feed_dict={X: x_data, Y: y_data})
        if step%100 == 0:
            print(step, sess.run(cost, feed_dict={X: x_data, Y: y_data}), sess.run(W))
    h, c, a = sess.run([hypothesis, predicated, accuracy], feed_dict={X: x_data, Y: y_data})
    print("\nHypothesis: ",h,"\nCorrect: ",c,"\nAccuracy: ",a)
 
cs

그리고 이를 실행시켜 결과를 확인해보면 아래와 같은 결과가 나옵니다.



결과에서 무언가 이상함을 느끼셨나요?

Accuracy가 0.5라는 값으로 출력되었습니다.


하지만 이는 이상한 것이 아닙니다.

우리가 이론시간에서 알아보았듯이, 하나의 node로, 그래프에서 생각해본다면 linear한 직선하나로 XOR 문제를 푸는 것은 불가능 하다고 했었죠.


그래서 우리는 layer라는 개념을 통해 여러개의 모델을 사용하고 이를 연결하는 방법을 배웠습니다. 그럼 그러한 방법으로 다시 시도해보도록 하겠습니다.



3. XOR with Neural Network

오히려 텐서플로우에서 layer라는 것을 이용하는 것은 어렵지 않게 느껴집니다.
단순히 우리가 하나로 만들었던 것을 쪼갠다고 생각하시면 됩니다.

전체적인 코드를 보면 아래와 같습니다.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
import tensorflow as tf
import numpy as np
 
x_data = np.array([[0,0], [0,1], [1,0], [1,1]], dtype=np.float32)
y_data = np.array([[0],   [1],   [1],   [0]], dtype=np.float32)
 
= tf.placeholder(tf.float32)
= tf.placeholder(tf.float32)
 
# W = tf.Variable(tf.random_normal([2,1]), name = "weight")
# b = tf.Variable(tf.random_normal([1]), name = "bias")
# hypothesis = tf.sigmoid(tf.matmul(X, W) + b)
 
W1 = tf.Variable(tf.random_normal([2,2]), name="weight1")
b1 = tf.Variable(tf.random_normal([2]), name="bias1")
layer1 = tf.sigmoid(tf.matmul(X, W1) + b1)
 
W2 = tf.Variable(tf.random_normal([2,1]), name="weight2")
b2 = tf.Variable(tf.random_normal([1]), name="bias2")
hypothesis = tf.sigmoid(tf.matmul(layer1, W2) + b2)
 
# cost function / minimize cost
cost = -tf.reduce_mean(Y * tf.log(hypothesis) + (1 - Y) * tf.log(1 - hypothesis))
train = tf.train.GradientDescentOptimizer(learning_rate=0.1).minimize(cost)
 
# predicate / accuracy
predicated = tf.cast(hypothesis > 0.5, dtype=tf.float32)
accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(tf.equal(predicated, Y), dtype=tf.float32))
 
#
with tf.Session() as sess:
    sess.run(tf.global_variables_initializer())
    for step in range(10001):
        sess.run(train, feed_dict={X: x_data, Y: y_data})
        if step%1000 == 0:
            print(step, sess.run(cost, feed_dict={X: x_data, Y: y_data}), sess.run([W1, W2]))
    h, c, a = sess.run([hypothesis, predicated, accuracy], feed_dict={X: x_data, Y: y_data})
    print("\nHypothesis: ",h,"\nCorrect: ",c,"\nAccuracy: ",a)
 
cs

14~20번 코드를 보시면, 이전에는 하나의 W, b로 hypothesis를 구해내는, 하나의 모델을 이용하는 방법이었는데 이번에는 2개로 나누어서 진행하였습니다.

그리고 결과를 확인해보면 아래와 같습니다.


처음에 나왔던 결과와 다르게, 모델이 제대로 훈련되어 Accuracy 값으로 1이 출력되었습니다.



4. Wide Neural Network

그럼, 우리가 보다 정확하게 예측할수 있는 방법은 무엇이 있을까요?
잠깐, 방금 작성했던 코드를 살펴보겠습니다.


위의 코드에서 빨간색 줄 그어져 있는 부분을 보겠습니다.

처음의 [2,2] 는 x의 입력이 2개이기 때문에 앞의 숫자 2가 나오고, 뒤의 숫자2는 임의로 출력을 2개로 한 것입니다.

그리고 b1에 있는 [2]는 W1에서 출력을 2로 했으므로 같이 맞춰주는 것입니다.


그리고 아래의 [2,1] 에서는 위에서 출력한 2개를 입력으로 받기 때문에 앞의 숫자2가 나오고, 우리가 최종적으로 출력하는 Y는 1개의 출력값을 가지므로 1, 한개로 출력하고 b2도 이와 함께 맞추어 준 것입니다.


즉, 이것을 그림으로 나타내면 아래와 같습니다.



그럼 다시 돌아와서, 우리가 보다 더 정확하게 예측할 수 있는 방법 중에 하나는, 위에 그림에서 두개의 모델 사이의 연결선을 증가시키는 방법입니다.


즉, 그림으로 생각하면 다음과 같이 되겠으며


코드로는 다음과 같이 구현이 되겠습니다.



그리고 이러한 변화를 결과로 확인해보면 다음과 같습니다.



모델을 보다 더 Wide 하기전과 비교해본다면, hypothsis의 작은 값은 더 작게, 큰 값은 더 크게 되는 것을 확인하실 수 있습니다.



5. Deep Neural Network


예측율을 높이는 다른 방법은 layer를 더 깊게 만드는 것입니다.


코드로 보면 아래와 같이, 단순하게 layer를 총 4개 사용하였습니다.



그리고 그 결과는 역시, 처음보다 더 좋은 예측율을 보여줍니다.




블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요.

이번 포스팅에서는 텐서플로우(tensorflow)를 다루는 방법에 대해서 이야기해보도록 하겠습니다.

우리가 그 동안 TensorFlow를 이용해 몇가지 실습을 진행해보았지만 뒤로 갈수록 TensorFlow에 대한 복잡도가 커질 것 입니다.

따라서 이번 포스팅에서는 TensorFlow를 더 잘 다루기 위해 공부해보도록 합니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/



1. Simple ID array and slicing


첫번째로 알아볼 내용은 1차원 배열입니다.


1
= np.array([0.1.2.3.4.5.6.])
cs


위와 같이 1차원 배열이 있습니다.

이때 배열에 대해서 rank와 shape이라는 2가지 용어가 있습니다.

rank 란 특정 배열의 차원을 이야기하고,

shape 이란 특정 배열이 어떻게 생겼는지, 즉 몇개의 요소가 있는지를 이야기 합니다.

즉 위에서 t 배열의 rank는 1이고 shape은 7입니다.


배열에서 특정한 요소를 확인하기 위해서는 그 요소의 인덱스를 이용합니다.

t 배열에서 2. 이라는 요소는 t[2]라고 표현되겠죠?

또한 인덱스에는 음수도 사용될 수 있습니다.

음수는 배열의 가장 마지막 인덱스부터 카운팅을 하게 되므로, t[-1] 은 6. 이라는 요소를 반환합니다.

또한 슬라이싱을 이용하여, t[:3] = [0., 1., 2.] 또는 t[2:-1] = [2., 3., 4., 5., 6.] 처럼 나타낼 수 있습니다.

슬라이싱에 관한 자세한 사항은 다음 글을 참고하시면 좋을 것 같습니다.


http://doorbw.tistory.com/37?category=677823



2. 2D Array


2D array 또한 위와 같은 rank, shape, indexing, slicing 이 가능합니다.


1
2
3
4
5
6
7
8
import numpy as np
import pprint
pp = pprint.PrettyPrinter(indent=4)
 
t2 = np.array([[0.1.2.],[3.4.5.],[6.7.8.],[9.10.11.],[12.13.14.]])
pp.pprint(t2)
print(t2.ndim) # rank 확인
print(t2.shape) # shape 확인
cs


위의 코드와 같이 2차원 배열인 t2 를 만들고 rank와 shape을 확인해보면 다음과 같습니다.




3. Rank, Shape, Axis

(여기서부터는 jupyter notebook을 사용하였습니다.)



위와 같이 각 1,2,3차원 배열에 따른 rank 와 shaped을 확인할 수 있습니다.

rank가 명시적으로 나오지 않아도, shape을 출력했을때 그 출력값이 어떤 형태인지를 확인해서 rank를 확인할 수 있습니다.

shape을 굳이 확인하지 않아도 rank를 쉽게 확인하는 방법은, 배열에서 대괄호 쌍의 개수를 세어보면 됩니다.


그리고 새롭게 축(Axis)라는 개념을 알아보겠습니다.

axis의 개수는 rank의 값과 동일합니다.

axis를 카운트하는 방식은 배열에서 가장 바깥쪽 덩이를 시작으로 0부터 카운트 합니다.

즉, 위 코드에서 제일 마지막 t배열은


[

[

[1,2,3],[4,5,6]

],

[

[7,8,9],[10,11,12]

]

]

와 같은 형태를 가질텐데, 이때 빨간색 부분이 axis = 0 이고, 파란색 부분이 axis = 1, 검은색 부분이 axis = 2 입니다.

또한 가장 안쪽에 있는 axis 는 -1로 표현하기도 합니다.



4. Matmul VS multiply


우리가 shape 에 대해서 알아본 이유 중 하나는, 배열끼리 곱셈을 진행할 때 shape이 일치해야 곱셈이 가능하기 때문입니다.

shape 전체가 일치해야 한다는 것이 아니고 곱셈이 진행되는 앞의 배열의 마지막 shape 값과 뒤 배열의 첫번째 shape 값이 일치해야 합니다.



위의 코드와 같이 matmul 함수를 이용한 두 배열의 곱의 올바른 결과값을 나타내었습니다.


그런데 이렇게 배열의 곱셈을 할때 실수나 기타 이유 등으로 아래와 같이 코드를 작성할 때가 있습니다.


단순히 우리가 편히 사용했던 곱셈 기호( * )를 사용하면 위 처럼 우리가 원하는 배열의 곱셈에 대한 결과 값이 아닌 다른 값이 나오게 됩니다.

이 차이점을 주의 하시길 바랍니다.



5. Broadcasting


Broadcasting 이란 shape 이 맞지 않을때에도 shape을 자동적으로 맞추어주고 계산하는 것입니다.

먼저 아래 코드를 확인해보도록 하겠습니다.



위의 코드에서는 shape이 같은 두 배열을 더했을 때, 올바른 결과를 출력하는 것을 볼 수 있습니다.

그런데, shape이 다른 두 행렬을 더했을때는 어떨까요?


위의 코드에서 matrix1 의 shape 은 (1, 2)이고 matrix2의 shape은 (1)입니다. 이렇게 서로 shape이 다른 두 배열을 더했는데 오류가 발생하지 않고 결과가 나왔습니다.

결과 값을 확인해보면 matrix2의 요소인 10이라는 숫자가 matrix1의 각각의 요소에 더해졌다는 것을 알 수 있습니다.

즉, 자동적으로 matrix2의 배열이 [[10, 10]] 으로 변환되어 계산되는 것입니다.

이러한 것이 broadcasting 입니다.

물론 강력하고 좋은 기능일 수 있지만, 잘못사용할수도 있는 기능이기에 항상 배열의 shape을 잘 살펴보고 사용해야 합니다.



6. Reduce mean


이번에는 우리가 많이 사용했었던 reduce mean 입니다.



위에서 1과 2에 대한 평균을 구했는데 결과는 1이 나왔습니다. 왜 그럴까요?

reduce_meand에 대한 결과 값 또한 자료형의 영향을 받기 때문입니다. 현재 1과 2가 int형으로 작성되어 있기 때문에 평균값 또한 int형으로 출력되었습니다.

따라서, reduce mean을 이용할때는 floating point형에 주의하시길 바랍니다.



또한 우리가 위에서 알아보았던 axis를 사용하여 axis 별로 평균값을 구할 수 있습니다.


첫번째에서는 axis = 0 을 기준으로 reduce_mean 을 실행하였고 2번째는 axis = 1, 세번째는 axis = -1 을 기준으로 하였습니다.

세번째의 axis = -1은 위에서 말씀드린 것처럼 가장 안쪽에 대한 axis를 말하는 것이므로 axis = 1과 결과가 동일합니다.



7. Reduce sum



이번에는 reduce_sum 입니다. reduce_mean과 사용 방식이 동일합니다.

그리고 우리가 많이 사용하는 방법 중 하나가 맨 마지막에 있는 코드처럼, 제일 안쪽에 있는 값들에 대해 먼저 합을 구하고 그에 대한 평균을 구하는 것입니다.



8. Argmax


Argmax 는 우리가 설정하는 axis에 따라 가장 큰 값을 가지는 요소의 위치(인덱스)를 반환합니다.



위의 코드와 같이, axis = 0 일때는 0과 2중 2가 크므로 인덱스 1을 반환하고, 1과 1에 대해서는 같은 값이므로 첫번째 인덱스 0 을 반환하고 0과 2중 2가 크므로 인덱스 0을 반환합니다.



9. Reshape


Reshape은 우리가 매우 많이 사용하게 되므로 중요합니다.



위의 코드와 같이 배열 t의 초기 shape은 (2, 2, 3)입니다.

이를 reshape 함수를 통해 우리가 원하는 shape으로 변환할 수 있습니다.

이때 -1은 컴퓨터에게 자율적으로 맡기는 값입니다.

reshape을 하면 데이터가 무작위로 섞이는건 아닐까 하고 걱정할 수도 있겠지만, 보통 reshape을 할때 가장 마지막 요소(위의 코드에서는 3)는 건들이지 않고 reshape을 하기 때문에 데이터가 섞이는 일은 없을 것입니다.



10. Reshape - squeeze, expand


이번에는 reshape 중에서도 좀 특별한 squeeze와 expand에 대해서 알아보겠습니다.


squeeze는 그 단어대로, 차원을 하나로 합쳐버리는? 그런 역할을 하는 함수이고 expand는 squeeze와 반대로 차원을 늘리는 함수입니다.



위의 코드와 같이 squeeze와 expand를 구현할 수 있습니다.



11. One-hot


그리고 우리가 또 뒤로갈수록 자주 이용하는 것 중 하나가 one-hot encoding 입니다.

one-hot 이란 예를 들어 아래 그림과 같이 있을때,

여기서 색칠되어 있는 4번칸을 인덱스로 나타내는 것이 아니고, 단순히 0 또는 1로만 나타냅니다. 즉 위의 그림은 [0,0,0,1,0,0] 과 같이 나타낼 수 있겠죠.


이를 코드로 구현해보면 다음과 같이 사용될 수 있습니다.


첫번째 코드는 인덱스로 나타낸 배열의 상태를 one_hot으로 나타내었고, 두번째는 동일한 과정을 진행후 보기 좋게 reshape을 진행하였습니다.

여기서 depth는 요소의 개수로 생각할 수 있습니다. 즉 위에서 본 막대그래프의 depth는 6이겠죠.



12. Casting


Casting이란 우리가 언어에 대해 공부할때 학습했던 것처럼, 형변환을 의미합니다.


위의 코드처럼 우리가 float형의 데이터를 int형으로 바꾸거나, true나 false와 같은 값도 int형으로 바꿀 수 있습니다.



13. Stack


stack이란 것은 말그대로 쌓는 것 입니다.


위와 같이 배열들을 쌓아 올리는 함수입니다.

위에서 축에 대한 개념들을 알아보았으니 직접 축에 대한 값을 바꿔가면서 확인해봐도 좋을 것 같습니다.



14. Ones and Zeros like



Ones and Zeros like 함수는 위와 같이 우리가 어떤 배열의 모습을 그대로 가지면서 0 또는 1로 채워진 배열을 얻고 싶을 때 사용합니다.



15. Zip


마지막으로 알아볼 것은 zip 이라는 함수 입니다.



zip 함수는 위와 같이 우리가 어떤 배열들에 대해서 한번에 다루고 싶을 때 사용할 수 있는 함수입니다.



이번 포스팅에서는 15개 정도의 개념을 알아보았습니다.

지난 실습들에서 사용되었던 것들도 있고 아닌 것들도 있는데, 여러분들께서 직접 코드를 구현해서 테스트해보신다면 더 쉽게 이해할 수 있을 것이라 생각 됩니다.

제가 진행했던 내용은 jupyter notebook 파일로 아래에 첨부해두었습니다.


TensorFlow Manipulation.ipynb


블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요. 문범우입니다.

이번 포스팅에서는 우리가 만든 모델에 대한 Learning rate 를 설정하는 방법과 evaluation을 해보는 과정을 진행해보도록 하겠습니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/




1. Training and Test data sets


이번에 알아볼 내용은 우리가 가진 데이타셋을 training 과 test로 나눠보는 것입니다.

이전까지의 실습에서는 이런 구분 없이 우리가 가진 모든 데이터를 통해 traning을 하고 test를 했는데, 엄밀히 말해서 이는 틀린 방법입니다.


이제부터는 반드시 데이타셋을 나눠서 진행합니다.

즉, 우리가 가진 데이터셋을 Training datasets과 Test datasets으로 나눠서 진행하는 것입니다.

그럼 이것을 어떻게 나눌까요?

이는 생각보다 매우 쉽습니다.

우리가 가진 데이터를 10개라고 했을때, 이중 7개정도는 그동안 했던 것처럼 x_data와 y_data로 설정을 하고 나머지 3개에 대해서 x_test, y_test로 설정을 해둡니다.



그리고 위와 같이 우리가 지난 실습에서 했던 것처럼 코드를 작성하고, 빨간색 밑줄쳐져 있는 부분처럼, 학습할때는 x_data 와 y_data 를 이용하며, 이후 prediction에서는 x_test와 y_test를 이용합니다.



2. Learning rate


두번째로 우리가 알아보아야 하는 것은 Learning rate 입니다.

이전 실습에서는 우리가 learning rate를 단순히 0.1 또는 0.01 이라는 식으로 진행했는데 이번에는 이에 대해서 좀 더 자세히 알아보도록 하겠습니다.


Learning rate를 잘못 설정했을때 야기되는 문제는 크게 2가지가 있습니다.

위의 그림에서 왼쪽 그래프와 같이 Learning rate가 클때는 overshooting 이라는 문제가 생길 수 있으며 Learning rate가 작을 때는 왼쪽 그래프와 같은 문제가 발생할 수 있습니다.


그럼 실제로 확인해보도록 하겠습니다.



위 코드는 이전과 같은 모델에 대한 코드입니다. 단지 learning rate를 1.5로 매우크게 설정해보았습니다.

이에 대한 결과는 오른쪽 초록색글씨로 되어 있는데, 초반부터 cost가 매우 큰것을 확인할 수 있는데, 5번째 스텝을 보시면 cost가 무한대가 되고 이후에는 nan 값으로 학습되지 않는 것을 볼 수 있습니다.


반대로 아래코드와 같이 learning rate 를 매우작게 해보면,



오른쪽 결과와 같이 학습이 제대로 이루어지지 않고 있는 것을 볼 수 있습니다.



3. Normalization


그런데, learning rate 조차 제대로 설정한 것 같은데 제대로 결과가 나오지 않을때가 있습니다. 이럴땐 데이터의 normalization을 확인해봐야 합니다.



위와 같이 xy 데이터가 존재하는데 값을 살펴보시면, 데이터끼리 매우 큰 차이가 나고 있습니다.

이는 그 아래의 그래프와 같은 형태를 띄게 되어서 학습을 하면서 약간의 움직임만으로도 cost가 튕겨져 나가는 현상이 발생될 수 있습니다.



이런 데이터를 위의 코드처럼 간단한 linear regression을 구현해보았는데 오른쪽 결과와 같이 제대로된 학습이 되지 않는 것을 볼 수 있습니다.

즉, 데이터간의 차이가 너무 커서 발생되는 문제인데 이러한 데이터는 normalization을 진행해야 합니다.



normalization 을 하는 방법은 다양하지만 그 중 minmaxscaler 함수를 위와 같이 이용해보면 데이터간의 큰차이가 존재하지 않게 됨을 볼 수 있습니다.



그리고 이전과 동일한 코드를 통해 학습을 해보면 오른쪽 결과와 같이 학습이 매우 잘 이루어 지는 것을 확인할 수 있습니다.

블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요. 문범우입니다.

이번 포스팅에서는 Fancy Softmax Classification을 구현하겠습니다.

지난 포스팅에서는, 단순히 Softmax Classification을 구현해보았는데, 이번에는 보다 더 이쁘게, 기본적으로 제공되는 croso_entropy, one_hot, reshape을 이용해서 구현해보도록 하겠습니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/



1. softmax_cross_entropy_with_logits



먼저 알아볼 것은 softmax cross entropy with logits 이란 함수입니다.

그 전에 잠깐, 우리가 그전에 hypothesis를 어떻게 계산했는지 한번 더 확인해보겠습니다.

우리는 주어진 X에 대해서 학습할 W를 매트릭스로 곱하고 bias를 더합니다. 그리고 이것을 여기서 logits이라고 부르겠습니다. 그리고 이 logits를 softmax로 통과시키면 우리가 원하는 최종 hypothesis, 즉 확률로써 값을 얻을 수 있습니다.

그리고 이어서 cost를 계산했습니다.


softmax cross entropy with logits를 살펴보자면, 위 그림의 2번식과 같이 우리가 위에서 새롭게 정의한 logits을 이용합니다.

해당 softmax cross entropy with logits 함수는 두개의 인자를 받습니다. logits 과 labels을 받습니다. 각각의 인자에 우리가 설정했던 logits과 labels이름을 적절히 넣어주면 됩니다.


당연히 2번식을 통해 얻은 cost는 위의 1번, 우리가 원래 하던 과정과 동일한 cost입니다.



2. Animal classification


이번에는 우리가 배웠던 것을 이용해서 동물들을 분류해보는 실습을 진행해보도록 하겠습니다.

동물을 다리의 숫자, 뿔의 유무 등의 특징을 이용해서 0~6, 총 7종류로 분류해보겠습니다.


위 그림의 표는 잘 보이지 않지만, 제일 우측에는 예측되는 결과 값이고, 나머지의 값은 x_data 입니다.

따라서, 그림에 나와 있는 코드처럼 x와 y데이터를 알맞게 불러와 줍니다.


여기서 Y데이터의 모양에 대해서 한번 더 살펴보겠습니다.

y는 n개의 데이터에 대해 1줄로써 표현되기에 ( ? , 1 )과 같은 shape을 가집니다.



그리고 해당 Y값을 one_hot 함수를 통과시킵니다.

그런데 이때 주의해야 할점은, 위 코드에서 3번째 줄처럼 one_hot을 통과시키면 shape이 하나 증가하게 됩니다.

예를 들어 y의 값이 [[0],[3]] 이 었다면 3번째 줄의 one_hot 함수를 통해,

[[[1000000]],[0001000]] 이 될 것입니다.

이럴떄 우리가 사용하는 함수는 reshape 입니다. 


이후에는 우리가 그동안 했던 것처럼, placeholder 등을 적절히 설정하여 코드를 작성합니다.

전체적인 코드는 아래와 같습니다.



그리고 결과를 보면 아래와 같은 결과를 확인할 수 있습니다.

Step이 늘면서 Loss가 매우 적어지고, 이후 100%의 예측률을 보이게 됩니다.



이렇게 하여 TensorFlow로 Fancy Softmax Classification을 구현해보았습니다.

one_hot과 관련되어 reshape 함수도 사용해보았고, logits이라는 것을 사용하기도 하였습니다.

내용에 대한 피드백이나 궁금한 사항은 댓글 또는 이메일로 남겨주세요.

블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요. 문범우입니다.

이번 포스팅에서는 Tensorflow를 통한 Softmax Classification 구현을 진행해보도록 하겠습니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/



1. Softmax Classification


우리가 이론부분에서 알아보았던 거처럼, Softmax는 어떤 n개의 예측하고자 하는 것이 있을때 Softmax를 사용합니다.




물론 이러한 Softmax도 위의 그림에서 볼 수 있듯이, 주어진 X값에 학습할 W를 곱해서 값을 만드는 것으로 시작합니다.

그리고 그러한 식의 결과로 나오는 것은 단순히 Score로써 실수값을 갖게되는데 이들을 Softmax function을 통과시킴으로써 확률로써 다룰 수 있게 됩니다.



2. Tensorflow로 구현하기


이를 Tensorflow로 구현하는 것은 매우 간단합니다.

기본적으로 위의 수식을 그대로 적어주면 되는데, 실제 코드와 함께 그림을 보면 다음과 같습니다.


그리고 위의 코드에서 hypothesis가 결국 우리가 원하는 것이고 그것은 이론에서 알아보았던 것 같이 확률로써 값이 나올 것입니다.


이렇게 우리가 Softmax 코드를 알아보았는데, 이에 걸맞는 Cost Function도 알아봐야겠죠?

코드는 아래와 같습니다.



이는 우리가 이론시간에 알아본 것과 같이 Y * log(hypothesis)에 대한 평균값을 내는 것입니다.

그리고 이러한 cost 값을 미분한 값에 learning rate를 곱해서 cost를 최소화하는 optimizer함수까지 구현할 수 있습니다.


위의 내용을 전체적인 코드로 살펴보면 아래와 같습니다.




위의 코드에서 y_data를 살펴보면 one-hot encoding으로 되어있는 것을 볼 수 있습니다.

one-hot encoding은 하나의 값만 1로써 한다는 방법입니다.


그리고 x와 y 데이터에 대한 placeholder에서 shape도 살펴보면, x는 4, y는 3의 shape을 가집니다.


이러한 코드를 통해서 실제로 데이터에 대한 테스트를 진행해볼 때, 그 결과를 보다 쉽게 확인하는 방법도 있습니다.



위의 Test내용을 보시면 우리가 설정했던 hypothesis를 이용함을 알 수 있고, 총 3개의 array가 test data로 사용되었습니다.

이때 각각에 대한 예측 결과값이 초록색으로 써져있는 값인데 이때, print 문에 써져있는 arg_max함수를 이용하면, 어떠한 값이 제일 맞는 값인지, 그 값에 대한 index를 반환합니다. 즉, 맨 아래의 [1 0 2] 값이 반환되는 것입니다.



이렇게 해서 Tensorflow에서 Softmax를 직접구현해보았습니다.

다음 포스팅에서는 조금 다른, Fancy Softmax에 대해서 구현을 해보도록 하겠습니다.

블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요


안녕하세요.

이번 포스팅에서는 TensorFlow로 Logistic Classification을 구현해보도록 하겠습니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/




1. Logistic Classification


바로 텐서플로우로 구현하기 전에, 이론적인 내용을 간단히 살펴보겠습니다.

보다 자세한 내용은 아래 포스팅에서 확인하실 수 있습니다.


머신러닝(ML) #5_ Logistic Classification의 가설 함수 정의


머신러닝(ML) #6_ Logistic Regression의 cost 함수 설명



위의 사진을 보시면 Logistic Regression에서의 Hypothesis와 Cost 함수가 함께 나와 있습니다.

또한 cost를 최소화하기 위해 Linear Regression에서와 같이 기울기를 이용합니다.


그럼 이제 우리가 실제로 Logistic Regression을 구현하는데 사용할 데이터를 살펴보겠습니다.



위와 같은 데이터가 있는데, y 데이터에서 0은 False, 1은 True를 나타냅니다.

우리가 어떤 점수에 대한 합/불에 대해 생각한다면 0은 Fail, 1은 Pass로 생각할 수 있을 것입니다.



그럼 이러한 데이터를 통한 전체적인 코드는 위와 같습니다.


처음에 X에 대한 placeholder에서 x데이터에 맞도록 shape을 2로 지정하였습니다.

그리고 hypothesis 에는 sigmoid함수를 통해 설정해주었습니다.

cost 또한 이론적인 부분에서 학습했던 내용을 통해 설정하였고

이에 맞춰서 train 코드를 작성합니다.

그리고 predicted 에서 hypothesis가 0.5보다 클때로 설정하였는데, 이것은 1이나 0으로 분류되는 기준 값을 정한 것이라고 생각하시면 되겠습니다.



이제 모델을 훈련시키는데 필요한 코드는 위와 같습니다.

위의 코드는 지난 실습들에서 진행했던 것과 동일합니다.


위의 코드를 돌리면 Hypothesis 에서 작은 값들은 0으로 분류가 되며 0.5보다 큰 값들은 1로 분류가 됩니다.

실제적인 y데이터와 비교해보면 100% 일치한 것을 확인할 수 있습니다.



블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요

안녕하세요. 문범우입니다.

오늘은 TensorFlow에서 데이터 파일을 읽어와 multi-variable linear regression을 구현해보도록 하겠습니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/



1. Loading Data From File


데이터가 많아지면 이러한 데이터를 직접 입력하는게 힘들어 집니다.

이럴 경우 우리는 데이터들을 텍스트 파일로, 주로 csv파일로 저장하고 이를 불러오는 방법을 사용합니다.

지난 번 실습에서 진행된 데이터들을 바탕으로 아래와 같은 내용을 메모장을 통해 작성하여 바탕화면에 data-01-test-score.csv 라는 이름으로 저장하였습니다.



이제 이러한 파일을 numpy 모듈을 통해 배열로 읽어올 것 입니다.

그리고 우리가 해줘야 할 것은 어떤 데이터가 x 데이터이고, 어떤 데이터가 y 데이터인지 나누는 것입니다.

이제 여기서 파이썬에서 사용되는 리스트의 슬라이싱을 통해 x와 y의 데이터를 나눕니다.



위 사진은 Slicing에 대한 간략한 내용을 보여주고 있으며, 보다 자세한 것은 아래 포스팅을 참고하시면 좋을 것 같습니다.


파이썬(python) #6_ 리스트 자료형 : http://doorbw.tistory.com/77?category=677823


또한 우리는 numpy를 통해 아래 사진과 같이 보다 강력한 슬라이싱 기술을 사용할 수 있습니다.



b[1, 1] 에서 앞의 1은 첫번째 row를 말합니다. 그리고 뒤의 1을 통해 첫번째 인자를 가져오게 됩니다.

그렇다면 실제로 우리가 좀 전에 작성한 데이터 파일을 어떻게 가져올지 알아보겠습니다.


우리는 데이터 파일에 있는 숫자들 중 앞의 3개는 x 데이터, 맨 마지막 숫자는 y 데이터로 가져올 것입니다.

따라서 아래와 같은 코드를 통해 슬라이싱을 진행하면 됩니다.


import numpy as np

xy = np.loadtxt('C:\\Users\B.W.Moon\Desktop\data-01-test-score.csv',delimiter=',', dtype=np.float32)

x_data = xy[:, 0:-1]

y_data = xy[:,[-1]]


이때 파일의 경로를 올바르게 적어줘야 하며 특정 디텍토리의 이름이 U로 시작한다면 \ 하나가 아닌 \\ 두개를 사용하셔야 합니다.

슬라이싱이 제대로 되었다면 그 전 실습들에서 했던 것과 같이 tensorflow에 알맞은 코드를 작성합니다.



위의 코드는 지난번 실습에서 사용했던 코드들과 매우 유사하니 설명은 따로 생략하도록 하겠습니다.


헌데 만약 데이터의 크기가 너무 커서, 메모리가 감당하지 못할땐 어떻게 할까요?

이때, 텐서플로우에서 지원해주는 Queue Runners 를 이용하여 해결할 수 있습니다.



위의 사진과 같은 구조를 가진 Queue Runners는 특정 데이터를 불러와서 적당한 처리를 통해 우리가 필요한 데이터만 그때그때 메모리에 올려서 사용하는 구조입니다.

이를 사용하는 방법은 크게 3가지 순서로 나눌 수 있습니다.



처음에는 우리가 불러올 여러개의 데이터파일을 모두 적어줌으로써 queue에 올립니다.

그리고 파일을 읽은 reader를 설정해줍니다.

이후 우리가 불러오는 값(value)를 어떻게 parsing 할 것인가를 설정합니다.


그리고 텐서플로우에서 지원해주는 batch를 이용합니다.

batch 일종의 펌프같은 역할을 하여 데이터를 읽어올 수 있도록 해주는 것입니다.



위의 코드와 같이 batch를 이용하여 데이터를 어떻게 읽어올 것인지 슬라이싱 하여 설정합니다.

또한 batch_size 를 통해 한번에 몇개를 가져올 것인지 함께 설정합니다.

그 이후는 그 동안의 코드와 동일합니다.

단지, loop를 돌때 위에서 설정한 batch를 통해 session을 실행시킵니다.


전체적인 코드는 아래와 같습니다.



물론 결과는 이전과 동일 합니다.

추가적으로 여러분께서 batch를 섞어서 사용하고 싶으시다면 shuffle_batch 라는 기능도 있으니 참고하시면 좋을 것 같습니다.





블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요

  • ㅁㄴㅇㅁㄴㅇ 2020.07.02 14:28  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    출처는 안 밝히시나요

    • Favicon of https://doorbw.tistory.com BlogIcon Tigercow.Door 2020.07.02 14:42 신고  댓글주소  수정/삭제

      안녕하세요. 문범우입니다.
      우선, 출처와 관련되어 정확하게 안내드리지 못하여 불편을 드렸다면 죄송합니다.
      관련된 포스트들 중 첫번째 포스트에서 내용에 대한 출처를 안내드렸습니다. (https://doorbw.tistory.com/88)
      추가적으로 게시한 관련 포스팅에 대해 금일 중 출처를 추가하여 혼동이 없도록 조치하겠습니다.
      불편을 드렸다면 다시한번 죄송합니다.



안녕하세요.

오늘은 TensorFlow에서 multi-variable linear regression을 구현해보도록 하겠습니다.


* 해당 포스트의 모든 내용은 김성훈 교수님의 '모두를 위한 딥러닝'을 바탕으로 제작되었습니다.

관련한 상세 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://hunkim.github.io/ml/



1. Multi-Variable Linear Regression 구현하기


지난번 실습까지는 단순히 x와 y하나만 있는 간단한 실습이었는데

이제 multi-variable 실습을 통해 실제로 응용해볼 수 있습니다.


먼저 아래와 같은 표를 두고 생각해보겠습니다.






위의 표에서 나타내는 값들을 점수라고 생각합시다.

예를 들어, x1, x2, x3라는 여러번의 중간고사 점수가 있고 이제 Y라는 기말고사 점수를 예측하는 것입니다. 물론 보다 많은 x의 변수들, 출석이나 과제등의 점수가 있다면 보다 정확한 Y값 예측이 가능할 것 입니다.

그럼 먼저 가설식을 세워보도록 하겠습니다.

세개의 x 변수를 이용해서 아래와 같은 Hypothesis 식을 세웁니다.



여기서는 우리가 보다 간단하게 보기 위해서 bias 값은 생략하였습니다.


그리고 이를 위해 아래와 같은 TensorFlow 코드를 작성합니다.



그렇게 되면 아래의 결과가 나오게 됩니다.

결과를 살펴보면 우리가 예상했던 결과 값(y_data의 값)과 크게 다르지 않음을 알 수 있습니다.



하지만, 코드를 작성하면서 느꼈지만, 이는 많이 복잡하고 지저분한(?) 방법일 수 있습니다.

이를 해결하기 위해 우리는 Matrix를 사용합니다.


Matrix를 사용하면 아래와 같은 식을 통해 코드를 작성합니다.



위의 식을 참고하여 코드를 작성하면 아래와 같습니다.



hypothesis 이후의 코드는 구조상 동일하지만, 그 윗부분의 데이터 입력 부분을 확인하시면 이전보다 깔끔하고 간단한 코드 구현이 가능함을 확인할 수 있습니다.


위와 같은 코드를 통해 결과를 확인하여도 같은 결과 값을 가짐을 알 수 있습니다.



다음 포스팅에서는 이러한 multi-variable에서 우리가 일일이 값을 입력하는 것 대신, 실제로 파일 데이터를 불러와 구현해보도록 하겠습니다.







블로그 이미지

Tigercow.Door

Back-end / Python / Database / AI / Algorithm / DeepLearning / etc

댓글을 달아 주세요