Rekurencyjne sieci neuronowe (RNN) są zaprojektowane do uczenia danych sekwencji. Jak się domyślacie, zdecydowanie mogą one przyjmować wiele funkcji! RNN Keras pobierają dane 2D ( T , F ) kroków czasu T i funkcje F (tutaj ignoruję wymiar wsadowy).
Jednak nie zawsze potrzebujesz lub nie potrzebujesz pośrednich kroków czasowych, t = 1, 2 ... ( T - 1). Dlatego Keras elastycznie obsługuje oba tryby. Aby wyprowadził wszystkie T timepeps, przekaż return_sequences=True
do swojego RNN (np. LSTM
Lub GRU
) na budowie. Jeśli chcesz tylko ostatniego pomiaru czasu t = T , użyj return_sequences=False
(jest to ustawienie domyślne, jeśli nie przejdziesz return_sequences
do konstruktora).
Poniżej znajdują się przykłady obu tych trybów.
Przykład 1: Nauka sekwencji
Oto szybki przykład szkolenia LSTM (typ RNN), który utrzymuje całą sekwencję. W tym przykładzie każdy punkt danych wejściowych ma 2 kroki czasowe, każdy z 3 funkcjami; dane wyjściowe mają 2 przedziały czasowe (ponieważ return_sequences=True
), każdy z 4 punktami danych (ponieważ jest to rozmiar, który przekazuję LSTM
).
import keras.layers as L
import keras.models as M
import numpy
# The inputs to the model.
# We will create two data points, just for the example.
data_x = numpy.array([
# Datapoint 1
[
# Input features at timestep 1
[1, 2, 3],
# Input features at timestep 2
[4, 5, 6]
],
# Datapoint 2
[
# Features at timestep 1
[7, 8, 9],
# Features at timestep 2
[10, 11, 12]
]
])
# The desired model outputs.
# We will create two data points, just for the example.
data_y = numpy.array([
# Datapoint 1
[
# Target features at timestep 1
[101, 102, 103, 104],
# Target features at timestep 2
[105, 106, 107, 108]
],
# Datapoint 2
[
# Target features at timestep 1
[201, 202, 203, 204],
# Target features at timestep 2
[205, 206, 207, 208]
]
])
# Each input data point has 2 timesteps, each with 3 features.
# So the input shape (excluding batch_size) is (2, 3), which
# matches the shape of each data point in data_x above.
model_input = L.Input(shape=(2, 3))
# This RNN will return timesteps with 4 features each.
# Because return_sequences=True, it will output 2 timesteps, each
# with 4 features. So the output shape (excluding batch size) is
# (2, 4), which matches the shape of each data point in data_y above.
model_output = L.LSTM(4, return_sequences=True)(model_input)
# Create the model.
model = M.Model(input=model_input, output=model_output)
# You need to pick appropriate loss/optimizers for your problem.
# I'm just using these to make the example compile.
model.compile('sgd', 'mean_squared_error')
# Train
model.fit(data_x, data_y)
Przykład 2: Nauka ostatniego pomiaru czasu
Z drugiej strony, jeśli chcesz wyszkolić LSTM, który generuje tylko ostatni timepep w sekwencji, musisz ustawić return_sequences=False
(lub po prostu całkowicie usunąć go z konstruktora, ponieważ False
jest to ustawienie domyślne). A następnie dane wyjściowe ( data_y
w powyższym przykładzie) muszą zostać uporządkowane, ponieważ wystarczy podać tylko ostatni czas. Tak więc w tym drugim przykładzie każdy punkt danych wejściowych nadal ma 2 przebiegi czasowe, każdy z 3 funkcjami. Dane wyjściowe są jednak tylko pojedynczym wektorem dla każdego punktu danych, ponieważ spłaszczyliśmy wszystko do pojedynczego pomiaru czasu. Każdy z tych wektorów wyjściowych ma jednak nadal 4 cechy (ponieważ taki rozmiar przekazuję LSTM
).
import keras.layers as L
import keras.models as M
import numpy
# The inputs to the model.
# We will create two data points, just for the example.
data_x = numpy.array([
# Datapoint 1
[
# Input features at timestep 1
[1, 2, 3],
# Input features at timestep 2
[4, 5, 6]
],
# Datapoint 2
[
# Features at timestep 1
[7, 8, 9],
# Features at timestep 2
[10, 11, 12]
]
])
# The desired model outputs.
# We will create two data points, just for the example.
data_y = numpy.array([
# Datapoint 1
# Target features at timestep 2
[105, 106, 107, 108],
# Datapoint 2
# Target features at timestep 2
[205, 206, 207, 208]
])
# Each input data point has 2 timesteps, each with 3 features.
# So the input shape (excluding batch_size) is (2, 3), which
# matches the shape of each data point in data_x above.
model_input = L.Input(shape=(2, 3))
# This RNN will return timesteps with 4 features each.
# Because return_sequences=False, it will output 2 timesteps, each
# with 4 features. So the output shape (excluding batch size) is
# (2, 4), which matches the shape of each data point in data_y above.
model_output = L.LSTM(4, return_sequences=False)(model_input)
# Create the model.
model = M.Model(input=model_input, output=model_output)
# You need to pick appropriate loss/optimizers for your problem.
# I'm just using these to make the example compile.
model.compile('sgd', 'mean_squared_error')
# Train
model.fit(data_x, data_y)