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PyBrain - 層 (Layers)
層基本上是一組用於網路隱藏層的函式。
本章我們將介紹以下關於層的細節:
- 理解層
- 使用 Pybrain 建立層
理解層
我們之前已經看過一些使用層的示例,如下所示:
- TanhLayer
- SoftmaxLayer
使用 TanhLayer 的示例
下面是一個使用 TanhLayer 構建網路的示例:
testnetwork.py
from pybrain.tools.shortcuts import buildNetwork from pybrain.structure import TanhLayer from pybrain.datasets import SupervisedDataSet from pybrain.supervised.trainers import BackpropTrainer # Create a network with two inputs, three hidden, and one output nn = buildNetwork(2, 3, 1, bias=True, hiddenclass=TanhLayer) # Create a dataset that matches network input and output sizes: norgate = SupervisedDataSet(2, 1) # Create a dataset to be used for testing. nortrain = SupervisedDataSet(2, 1) # Add input and target values to dataset # Values for NOR truth table norgate.addSample((0, 0), (1,)) norgate.addSample((0, 1), (0,)) norgate.addSample((1, 0), (0,)) norgate.addSample((1, 1), (0,)) # Add input and target values to dataset # Values for NOR truth table nortrain.addSample((0, 0), (1,)) nortrain.addSample((0, 1), (0,)) nortrain.addSample((1, 0), (0,)) nortrain.addSample((1, 1), (0,)) #Training the network with dataset norgate. trainer = BackpropTrainer(nn, norgate) # will run the loop 1000 times to train it. for epoch in range(1000): trainer.train() trainer.testOnData(dataset=nortrain, verbose = True)
輸出
以上程式碼的輸出如下:
python testnetwork.py
C:\pybrain\pybrain\src>python testnetwork.py Testing on data: ('out: ', '[0.887 ]') ('correct:', '[1 ]') error: 0.00637334 ('out: ', '[0.149 ]') ('correct:', '[0 ]') error: 0.01110338 ('out: ', '[0.102 ]') ('correct:', '[0 ]') error: 0.00522736 ('out: ', '[-0.163]') ('correct:', '[0 ]') error: 0.01328650 ('All errors:', [0.006373344564625953, 0.01110338071737218, 0.005227359234093431, 0.01328649974219942]) ('Average error:', 0.008997646064572746) ('Max error:', 0.01328649974219942, 'Median error:', 0.01110338071737218)
使用 SoftMaxLayer 的示例
下面是一個使用 SoftmaxLayer 構建網路的示例:
from pybrain.tools.shortcuts import buildNetwork from pybrain.structure.modules import SoftmaxLayer from pybrain.datasets import SupervisedDataSet from pybrain.supervised.trainers import BackpropTrainer # Create a network with two inputs, three hidden, and one output nn = buildNetwork(2, 3, 1, bias=True, hiddenclass=SoftmaxLayer) # Create a dataset that matches network input and output sizes: norgate = SupervisedDataSet(2, 1) # Create a dataset to be used for testing. nortrain = SupervisedDataSet(2, 1) # Add input and target values to dataset # Values for NOR truth table norgate.addSample((0, 0), (1,)) norgate.addSample((0, 1), (0,)) norgate.addSample((1, 0), (0,)) norgate.addSample((1, 1), (0,)) # Add input and target values to dataset # Values for NOR truth table nortrain.addSample((0, 0), (1,)) nortrain.addSample((0, 1), (0,)) nortrain.addSample((1, 0), (0,)) nortrain.addSample((1, 1), (0,)) #Training the network with dataset norgate. trainer = BackpropTrainer(nn, norgate) # will run the loop 1000 times to train it. for epoch in range(1000): trainer.train() trainer.testOnData(dataset=nortrain, verbose = True)
輸出
輸出如下:
C:\pybrain\pybrain\src>python example16.py Testing on data: ('out: ', '[0.918 ]') ('correct:', '[1 ]') error: 0.00333524 ('out: ', '[0.082 ]') ('correct:', '[0 ]') error: 0.00333484 ('out: ', '[0.078 ]') ('correct:', '[0 ]') error: 0.00303433 ('out: ', '[-0.082]') ('correct:', '[0 ]') error: 0.00340005 ('All errors:', [0.0033352368788838365, 0.003334842961037291, 0.003034328685718761, 0.0034000458892589056]) ('Average error:', 0.0032761136037246985) ('Max error:', 0.0034000458892589056, 'Median error:', 0.0033352368788838365)
在 Pybrain 中建立層
在 Pybrain 中,您可以建立自己的層,如下所示:
要建立一個層,您需要使用NeuronLayer 類作為基類來建立所有型別的層。
示例
from pybrain.structure.modules.neuronlayer import NeuronLayer class LinearLayer(NeuronLayer): def _forwardImplementation(self, inbuf, outbuf): outbuf[:] = inbuf def _backwardImplementation(self, outerr, inerr, outbuf, inbuf): inerr[:] = outer
要建立一個層,我們需要實現兩個方法:_forwardImplementation() 和 _backwardImplementation()。
_forwardImplementation() 接收 2 個引數 inbuf 和 outbuf,它們是 Scipy 陣列。其大小取決於層的輸入和輸出維度。
_backwardImplementation() 用於計算給定輸出相對於輸入的導數。
因此,要在 Pybrain 中實現一個層,這是層類的框架:
from pybrain.structure.modules.neuronlayer import NeuronLayer class NewLayer(NeuronLayer): def _forwardImplementation(self, inbuf, outbuf): pass def _backwardImplementation(self, outerr, inerr, outbuf, inbuf): pass
如果您想將二次多項式函式實現為一個層,我們可以這樣做:
假設我們有一個多項式函式:
f(x) = 3x2
上述多項式函式的導數如下:
f(x) = 6 x
上述多項式函式的最終層類如下:
testlayer.py
from pybrain.structure.modules.neuronlayer import NeuronLayer class PolynomialLayer(NeuronLayer): def _forwardImplementation(self, inbuf, outbuf): outbuf[:] = 3*inbuf**2 def _backwardImplementation(self, outerr, inerr, outbuf, inbuf): inerr[:] = 6*inbuf*outerr
現在讓我們使用如下所示建立的層:
testlayer1.py
from testlayer import PolynomialLayer from pybrain.tools.shortcuts import buildNetwork from pybrain.tests.helpers import gradientCheck n = buildNetwork(2, 3, 1, hiddenclass=PolynomialLayer) n.randomize() gradientCheck(n)
GradientCheck() 將測試層是否正常工作。我們需要將使用該層的網路傳遞給 gradientCheck(n)。如果層工作正常,它將輸出“Perfect Gradient”。
輸出
C:\pybrain\pybrain\src>python testlayer1.py Perfect gradient
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