如何用Matlab做一個(gè)新的遷移學(xué)習(xí)實(shí)戰(zhàn)詳解

大家好我們今天來(lái)講一講如何用Matlab做一個(gè)新的遷移學(xué)習(xí)您可能需要的基礎(chǔ)知識(shí)

Matlab編程Deep learning的基礎(chǔ)知識(shí)

一、什么是遷移學(xué)習(xí)？

以圖像識(shí)別為例。如果你想構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，讓它能夠識(shí)別馬匹，但是手上又沒(méi)有任何公開的算法可以完成這項(xiàng)任務(wù)。這時(shí)，借助遷移學(xué)習(xí)，你可以從一個(gè)原本是用來(lái)識(shí)別其它動(dòng)物的現(xiàn)成的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）入手，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整并訓(xùn)練它識(shí)別馬匹。深度學(xué)習(xí)應(yīng)用中常常用到遷移學(xué)習(xí)?？梢圆捎妙A(yù)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)，基于它學(xué)習(xí)新任務(wù)。與使用隨機(jī)初始化的權(quán)重從頭訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)相比，通過(guò)遷移學(xué)習(xí)微調(diào)網(wǎng)絡(luò)要更快更簡(jiǎn)單。我們可以使用較少數(shù)量的訓(xùn)練圖像快速地將已學(xué)習(xí)的特征遷移到新任務(wù)。

二、網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

加載數(shù)據(jù)

解壓縮新圖像并加載這些圖像作為圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。imageDatastore 根據(jù)文件夾名稱自動(dòng)標(biāo)注圖像，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為 ImageDatastore 對(duì)象。通過(guò)圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以存儲(chǔ)大圖像數(shù)據(jù)，包括無(wú)法放入內(nèi)存的數(shù)據(jù)，并在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程中高效分批讀取圖像。

unzip（‘MerchData.zip’）;imds = imageDatastore（‘MerchData’， 。.. ‘IncludeSubfolders’，true， 。.. ‘LabelSource’，‘foldernames’）;

將數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和驗(yàn)證數(shù)據(jù)集。將 70% 的圖像用于訓(xùn)練，30% 的圖像用于驗(yàn)證。splitEachLabel 將 images 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)拆分為兩個(gè)新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

［imdsTrain，imdsValidation］ = splitEachLabel（imds，0.7，‘randomized’）;

這個(gè)非常小的數(shù)據(jù)集現(xiàn)在包含 55 個(gè)訓(xùn)練圖像和 20 個(gè)驗(yàn)證圖像。

numTrainImages = numel（imdsTrain.Labels）;idx = randperm（numTrainImages，16）;figurefor i = 1:16 subplot（4，4，i） I = readimage（imdsTrain，idx（i））; imshow（I）end

加載預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)

加載預(yù)訓(xùn)練的 AlexNet 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如果未安裝 Deep Learning Toolbox Model for AlexNet Network，則軟件會(huì)提供下載鏈接。AlexNet 已基于超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)圖像進(jìn)行訓(xùn)練，可以將圖像分為 1000 個(gè)對(duì)象類別（例如鍵盤、鼠標(biāo)、鉛筆和多種動(dòng)物）。因此，該模型已基于大量圖像學(xué)習(xí)了豐富的特征表示。

net = alexnet;

使用 analyzeNetwork 可以交互可視方式呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的詳細(xì)信息。

analyzeNetwork（net）

第一層（圖像輸入層）需要大小為 227×227×3 的輸入圖像

其中 3 是顏色通道數(shù)

inputSize = 1×3 227 227 3

三、網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

替換最終層

預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò) net 的最后三層針對(duì) 1000 個(gè)類進(jìn)行配置。必須針對(duì)新分類問(wèn)題微調(diào)這三個(gè)層。從預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)中提取除最后三層之外的所有層。

layersTransfer = net.Layers（1:end-3）;

通過(guò)將最后三層替換為全連接層、softmax 層和分類輸出層，將層遷移到新分類任務(wù)。根據(jù)新數(shù)據(jù)指定新的全連接層的選項(xiàng)。將全連接層設(shè)置為大小與新數(shù)據(jù)中的類數(shù)相同。要使新層中的學(xué)習(xí)速度快于遷移的層，請(qǐng)?jiān)龃笕B接層的 WeightLearnRateFactor 和 BiasLearnRateFactor 值。

numClasses = numel（categories（imdsTrain.Labels））numClasses = 5

layers = ［ layersTransfer fullyConnectedLayer（numClasses，‘WeightLearnRateFactor’，20，‘BiasLearnRateFactor’，20） softmaxLayer classificationLayer］;

訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)要求輸入圖像的大小為 227×227×3，但圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的圖像具有不同大小。使用增強(qiáng)的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可自動(dòng)調(diào)整訓(xùn)練圖像的大小。指定要對(duì)訓(xùn)練圖像額外執(zhí)行的增強(qiáng)操作：沿垂直軸隨機(jī)翻轉(zhuǎn)訓(xùn)練圖像，以及在水平和垂直方向上隨機(jī)平移訓(xùn)練圖像最多 30 個(gè)像素。數(shù)據(jù)增強(qiáng)有助于防止網(wǎng)絡(luò)過(guò)擬合和記憶訓(xùn)練圖像的具體細(xì)節(jié)。

pixelRange = ［-30 30］;imageAugmenter = imageDataAugmenter（ 。.. ‘RandXReflection’，true， 。.. ‘RandXTranslation’，pixelRange， 。.. ‘RandYTranslation’，pixelRange）;augimdsTrain = augmentedImageDatastore（inputSize（1:2），imdsTrain， 。.. ‘DataAugmentation’，imageAugmenter）;

對(duì)驗(yàn)證圖像進(jìn)行分類

使用經(jīng)過(guò)微調(diào)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)驗(yàn)證圖像進(jìn)行分類

［YPred，scores］ = classify（netTransfer，augimdsValidation）;

顯示四個(gè)示例驗(yàn)證圖像及預(yù)測(cè)的標(biāo)簽。

idx = randperm（numel（imdsValidation.Files），4）;figurefor i = 1:4 subplot（2，2，i） I = readimage（imdsValidation，idx（i））; imshow（I） label = YPred（idx（i））; title（string（label））;end

計(jì)算針對(duì)驗(yàn)證集的分類準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度是網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)正確的標(biāo)簽的比例

YValidation = imdsValidation.Labels;accuracy = mean（YPred == YValidation）

accuracy = 1

今天你學(xué)廢了嗎？？？
編輯：lyn