[기계학습] machine learning [러닝 텐서플로]Chap07.2 - 텐서플로 추상화와 간소화, TFLearn

2021.01.03 00:03

졸리운_곰 조회 수:802

Chap07.2 - 텐서플로 추상화와 간소화, TFLearn

TFLearn은 Chap07.1 Estimator에서 살펴본 tf.estimator와 마찬가지로 텐서플로의 추상화 라이브러리이다. 이번에는 TFLearn에 대해 알아보도록 하자.

7.3 TFLearn

7.3.1 설치

TFLearn은 텐서플로에 포함되어 있지 않기 때문에 별도의 설치가 필요하다. Terminal(또는 cmd창)에 pip 명령을 이용해 설치할 수 있다.

pip install tflearn

7.3.2 CNN

TFLearn은 Chap07.1 - tf.estimator와 유사하지만, TFLearn을 사용하면 조금 더 깔끔하게 모델을 만들 수 있다. TFLearn.org에서는 TFLearn을 다음과 같이 소개하고 있다.

Easy-to-use and understand high-level API for implementing deep neural networks, with tutorial and examples.

Fast prototyping through highly modular built-in neural network layers, regularizers, optimizers, metrics...

Full transparency over Tensorflow. All functions are built over tensors and can be used independently of TFLearn.

Powerful helper functions to train any TensorFlow graph, with support of multiple inputs, outputs and optimizers.

Easy and beautiful graph visualization, with details about weights, gradients, activations and more...

Effortless device placement for using multiple CPU/GPU.

TFLearn에서의 모델 생성은 regression()을 사용하여 래핑되고 마무리된다. regression()함수에서 손실함수(loss) 및 최적화(optimizer)를 설정해준다.

그렇다면, TFLearn을 이용해 MNIST 데이터를 분류하는 CNN 모델을 만들어 보도록 하자.

	importnumpyasnp
	importtflearn
	importtflearn.datasets.mnistasmnist
	fromtflearn.layers.coreimportinput_data, dropout, fully_connected
	fromtflearn.layers.convimportconv_2d, max_pool_2d
	fromtflearn.layers.normalizationimportlocal_response_normalization
	fromtflearn.layers.estimatorimportregression

	# 데이터를 로딩하고 기본적인 변환을 수행
	train_x, train_y, test_x, test_y=mnist.load_data(one_hot=True,
	data_dir='../data')
	train_x=train_x.reshape([-1, 28, 28, 1])
	test_x=test_x.reshape([-1, 28, 28, 1])

	# Building the network
	CNN=input_data(shape=[None, 28, 28, 1], name='input')
	CNN=conv_2d(CNN, 32, 5, activation='relu', regularizer="L2")
	CNN=max_pool_2d(CNN, 2)
	CNN=local_response_normalization(CNN)
	CNN=conv_2d(CNN, 64, 5, activation='relu', regularizer='L2')
	CNN=max_pool_2d(CNN, 2)
	CNN=local_response_normalization(CNN)
	CNN=fully_connected(CNN, 1024, activation=None)
	CNN=dropout(CNN, 0.5)
	CNN=fully_connected(CNN, 10, activation='softmax')
	CNN=regression(CNN, optimizer='adam', learning_rate=0.0001,
	loss='categorical_crossentropy', name='target')

	# Training the network
	model=tflearn.DNN(CNN, tensorboard_verbose=0,
	tensorboard_dir='./MNIST_tflearn_board/',
	checkpoint_path='./MNIST_tflearn_checkpoints/checkpoint')
	model.fit({'input': train_x}, {'target': train_y}, n_epoch=3,
	validation_set=({'input': test_x}, {'target': test_y}),
	snapshot_step=1000, show_metric=True, run_id='convnet_mnist')

view raw tflearn_mnist_cnn.py hosted with ❤ by GitHub

위의 코드에서 tflearn.DNN()함수는 tf.estimator.Estimator()와 비슷한 기능을 하는데, regression()으로 래핑된 모델을 인스턴스화하고 만들어진 모델을 전달하는 역할을 한다. 또한 텐서보드(TensorBoard)와 체크포인트(checkpoint) 디렉터리 등을 설정할 수 있다. 모델 적합 연산은 .fit() 메서드를 이용해 수행된다.

모델 적합(.fit()), 즉 학습이 완료되면, 다음과 같은 메소드를 이용해 모델을 평가, 예측, 저장 및 불러오기 등을 수행할 수 있다.

메서드	설명
evaluate(X, Y, batch_size)	주어진 샘플에서 모델을 평가
fit(X, Y, n_epoch)	입력 feature X와 타겟 Y를 모델에 적용하여 학습
get_weights(weight_tensor)	변수의 가중치를 반환
load(model_file)	학습된 모델 가중치를 불러오기
predict(x)	주어진 x 데이터를 모델을 이용해 예측
save(model_file)	학습된 모델 가중치를 저장
set_weights(tensor, weights)	주어진 값을 텐서 변수에 할당

# Evaluate the network
evaluation = model.evaluate(X=test_x, Y=test_y, batch_size=128)
print(evaluation)

# Predict
pred = model.predict(test_x)
accuarcy = (np.argmax(pred, 1)==np.argmax(test_y, 1)).mean()
print(accuarcy)

[0.9861]
0.9861

7.3.3. RNN

이번에는 TFLearn을 이용해 RNN을 구현해 보도록하자. 구현할 RNN 모델은 영화 리뷰에 대한 감성분석으로, 리뷰에 대해 좋거나/나쁘거나 두 개의 클래스를 분류하는 모델이다. 데이터는 학습 및 테스트 데이터가 각각 25,000개로 이루어진 IMDb 리뷰 데이터를 사용한다.

import tflearn
from tflearn.data_utils import to_categorical, pad_sequences
from tflearn.datasets import imdb

# IMDb 데이터셋 로드
(train_x, train_y), (test_x, test_y), _ = imdb.load_data(path='../data/imdb.pkl',
n_words=10000,
valid_portion=0.1)

위에서 불러온 IMDb 데이터는 각각 다른 시퀀스 길이를 가지고 있으므로 최대 시퀀스 길이를 100으로 하여 tflearn.data_utils.pad_sequences()를 사용해 제로 패딩으로 시퀀스의 길이를 맞춰준다.

# Sequence padding and Converting labels to binary vectors
train_x = pad_sequences(train_x, maxlen=100, value=0.)
test_x = pad_sequences(test_x, maxlen=100, value=0.)
train_y = to_categorical(train_y, nb_classes=2)
test_y = to_categorical(test_y, nb_classes=2)

그런다음, tflearn.embedding()으로 벡터 공간으로의 임베딩을 수행한다. 아래의 코드에서 확인할 수 있듯이 각 단어는 128 크기인 벡터에 매핑된다. 이렇게 임베딩된 결과를 LSTM layer와 fully_connected layer를 추가해 모델을 구성해준다.

# Building a LSTM network
# Embedding
RNN = tflearn.input_data([None, 100])
RNN = tflearn.embedding(RNN, input_dim=10000, output_dim=128)

# LSTM Cell
RNN = tflearn.lstm(RNN, 128, dropout=0.8)
RNN = tflearn.fully_connected(RNN, 2, activation='softmax')
RNN = tflearn.regression(RNN, optimizer='adam',
learning_rate=0.001, loss='categorical_crossentropy')

# Training the network
model = tflearn.DNN(RNN, tensorboard_verbose=0,
tensorboard_dir='./IMDb-tflearn_board/')
model.fit(train_x, train_y,
validation_set=(test_x, test_y),
show_metric=True, batch_size=32)

# evaluate the network
evaluation = model.evaluate(test_x, test_y, batch_size=128)
print(evaluation)

[0.8063999997138978]

아래의 코드는 위의 코드를 합친 전체 코드이다.

	importtflearn
	fromtflearn.data_utilsimportto_categorical, pad_sequences
	fromtflearn.datasetsimportimdb

	# IMDb 데이터셋 로드
	(train_x, train_y), (test_x, test_y), _=imdb.load_data(path='../data/imdb.pkl',
	n_words=10000,
	valid_portion=0.1)


	# Sequence padding and Converting labels to binary vectors
	train_x=pad_sequences(train_x, maxlen=100, value=0.)
	test_x=pad_sequences(test_x, maxlen=100, value=0.)
	train_y=to_categorical(train_y, nb_classes=2)
	test_y=to_categorical(test_y, nb_classes=2)

	# Building a LSTM network
	# Embedding
	RNN=tflearn.input_data([None, 100])
	RNN=tflearn.embedding(RNN, input_dim=10000, output_dim=128)

	# LSTM Cell
	RNN=tflearn.lstm(RNN, 128, dropout=0.8)
	RNN=tflearn.fully_connected(RNN, 2, activation='softmax')
	RNN=tflearn.regression(RNN, optimizer='adam',
	learning_rate=0.001, loss='categorical_crossentropy')

	# Training the network
	model=tflearn.DNN(RNN, tensorboard_verbose=0,
	tensorboard_dir='./IMDb-tflearn_board/')
	model.fit(train_x, train_y,
	validation_set=(test_x, test_y),
	show_metric=True, batch_size=32)

	# evaluate the network
	evaluation=model.evaluate(test_x, test_y, batch_size=128)
	print(evaluation)

view raw tflearn_imdb_lstm.py hosted with ❤ by GitHub

7.3.4 정리

이번 포스팅에서는 TFLearn을 살펴보고, 이를 이용해 CNN과 RNN을 구현해 보았다. 이 외에도 TFLearn에 대한 사용법 및 예제는 http://tflearn.org/ 에서 확인할 수 있다.

출처: https://excelsior-cjh.tistory.com/158?category=940399 [EXCELSIOR]

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