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model.fit以及model.fit_generator区别及用法

爱乐邦
2023-12-01
fit(x=None, y=None, batch_size=None, epochs=1, verbose=1, callbacks=None, validation_split=0.0, validation_data=None, shuffle=True, class_weight=None, sample_weight=None, initial_epoch=0, steps_per_epoch=None, validation_steps=None)

以给定数量的轮次(数据集上的迭代)训练模型。

参数

x: 训练数据的 Numpy 数组(如果模型只有一个输入), 或者是 Numpy 数组的列表(如果模型有多个输入)。 如果模型中的输入层被命名,你也可以传递一个字典,将输入层名称映射到 Numpy 数组。 如果从本地框架张量馈送(例如 TensorFlow 数据张量)数据,x 可以是 None(默认)。
y: 目标(标签)数据的 Numpy 数组(如果模型只有一个输出), 或者是 Numpy 数组的列表(如果模型有多个输出)。 如果模型中的输出层被命名,你也可以传递一个字典,将输出层名称映射到 Numpy 数组。 如果从本地框架张量馈送(例如 TensorFlow 数据张量)数据,y 可以是 None(默认)。
batch_size: 整数或 None。每次梯度更新的样本数。如果未指定,默认为 32。
epochs: 整数。训练模型迭代轮次。一个轮次是在整个 x 和 y 上的一轮迭代。 请注意,与 initial_epoch 一起,epochs 被理解为 「最终轮次」。模型并不是训练了 epochs 轮,而是到第 epochs 轮停止训练。
verbose: 0, 1 或 2。日志显示模式。 0 = 安静模式, 1 = 进度条, 2 = 每轮一行。
callbacks: 一系列的 keras.callbacks.Callback 实例。一系列可以在训练时使用的回调函数。 详见 callbacks
validation_split: 0 和 1 之间的浮点数。用作验证集的训练数据的比例。 模型将分出一部分不会被训练的验证数据,并将在每一轮结束时评估这些验证数据的误差和任何其他模型指标。 验证数据是混洗之前 x 和y 数据的最后一部分样本中。
validation_data: 元组 (x_val,y_val) 或元组 (x_val,y_val,val_sample_weights), 用来评估损失,以及在每轮结束时的任何模型度量指标。 模型将不会在这个数据上进行训练。这个参数会覆盖 validation_split。
shuffle: 布尔值(是否在每轮迭代之前混洗数据)或者 字符串 (batch)。 batch 是处理 HDF5 数据限制的特殊选项,它对一个 batch 内部的数据进行混洗。 当 steps_per_epoch 非 None 时,这个参数无效。
class_weight: 可选的字典,用来映射类索引(整数)到权重(浮点)值,用于加权损失函数(仅在训练期间)。 这可能有助于告诉模型 「更多关注」来自代表性不足的类的样本。
sample_weight: 训练样本的可选 Numpy 权重数组,用于对损失函数进行加权(仅在训练期间)。 您可以传递与输入样本长度相同的平坦(1D)Numpy 数组(权重和样本之间的 1:1 映射), 或者在时序数据的情况下,可以传递尺寸为 (samples, sequence_length) 的 2D 数组,以对每个样本的每个时间步施加不同的权重。 在这种情况下,你应该确保在 compile() 中指定 sample_weight_mode=“temporal”。
initial_epoch: 整数。开始训练的轮次(有助于恢复之前的训练)。
steps_per_epoch: 整数或 None。 在声明一个轮次完成并开始下一个轮次之前的总步数(样品批次)。 使用 TensorFlow 数据张量等输入张量进行训练时,默认值 None 等于数据集中样本的数量除以 batch 的大小,如果无法确定,则为 1。
validation_steps: 只有在指定了 steps_per_epoch 时才有用。停止前要验证的总步数(批次样本)。
返回

一个 History 对象。其 History.history 属性是连续 epoch 训练损失和评估值,以及验证集损失和评估值的记录(如果适用)。

异常

RuntimeError: 如果模型从未编译。
ValueError: 在提供的输入数据与模型期望的不匹配的情况下。

model.fit_generator

fit_generator(generator, steps_per_epoch=None, epochs=1, verbose=1, callbacks=None, validation_data=None, validation_steps=None, class_weight=None, max_queue_size=10, workers=1, use_multiprocessing=False, shuffle=True, initial_epoch=0)

使用 Python 生成器(或 Sequence 实例)逐批生成的数据,按批次训练模型。

生成器与模型并行运行,以提高效率。 例如,这可以让你在 CPU 上对图像进行实时数据增强,以在 GPU 上训练模型。

keras.utils.Sequence 的使用可以保证数据的顺序, 以及当 use_multiprocessing=True 时 ,保证每个输入在每个 epoch 只使用一次。

参数

generator: 一个生成器,或者一个 Sequence (keras.utils.Sequence) 对象的实例, 以在使用多进程时避免数据的重复。 生成器的输出应该为以下之一:

一个 (inputs, targets) 元组
一个 (inputs, targets, sample_weights) 元组。
这个元组(生成器的单个输出)组成了单个的 batch。 因此,这个元组中的所有数组长度必须相同(与这一个 batch 的大小相等)。 不同的 batch 可能大小不同。 例如,一个 epoch 的最后一个 batch 往往比其他 batch 要小, 如果数据集的尺寸不能被 batch size 整除。 生成器将无限地在数据集上循环。当运行到第 steps_per_epoch 时,记一个 epoch 结束。

steps_per_epoch: 在声明一个 epoch 完成并开始下一个 epoch 之前从 generator 产生的总步数(批次样本)。 它通常应该等于你的数据集的样本数量除以批量大小。 对于 Sequence,它是可选的:如果未指定,将使用len(generator) 作为步数。

epochs: 整数。训练模型的迭代总轮数。一个 epoch 是对所提供的整个数据的一轮迭代,如 steps_per_epoch 所定义。注意,与 initial_epoch 一起使用,epoch 应被理解为「最后一轮」。模型没有经历由 epochs 给出的多次迭代的训练,而仅仅是直到达到索引 epoch 的轮次。
verbose: 0, 1 或 2。日志显示模式。 0 = 安静模式, 1 = 进度条, 2 = 每轮一行。
callbacks: keras.callbacks.Callback 实例的列表。在训练时调用的一系列回调函数。
validation_data: 它可以是以下之一:

验证数据的生成器或 Sequence 实例
一个 (inputs, targets) 元组
一个 (inputs, targets, sample_weights) 元组。
在每个 epoch 结束时评估损失和任何模型指标。该模型不会对此数据进行训练。

validation_steps: 仅当 validation_data 是一个生成器时才可用。 在停止前 generator 生成的总步数(样本批数)。 对于 Sequence,它是可选的:如果未指定,将使用 len(generator) 作为步数。

class_weight: 可选的将类索引(整数)映射到权重(浮点)值的字典,用于加权损失函数(仅在训练期间)。 这可以用来告诉模型「更多地关注」来自代表性不足的类的样本。
max_queue_size: 整数。生成器队列的最大尺寸。 如未指定,max_queue_size 将默认为 10。
workers: 整数。使用的最大进程数量,如果使用基于进程的多线程。 如未指定,workers 将默认为 1。如果为 0,将在主线程上执行生成器。
use_multiprocessing: 布尔值。如果 True,则使用基于进程的多线程。 如未指定, use_multiprocessing 将默认为 False。 请注意,由于此实现依赖于多进程,所以不应将不可传递的参数传递给生成器,因为它们不能被轻易地传递给子进程。
shuffle: 是否在每轮迭代之前打乱 batch 的顺序。 只能与 Sequence (keras.utils.Sequence) 实例同用。
initial_epoch: 开始训练的轮次(有助于恢复之前的训练)。
返回

一个 History 对象。其 History.history 属性是连续 epoch 训练损失和评估值,以及验证集损失和评估值的记录(如果适用)。

异常

ValueError: 如果生成器生成的数据格式不正确。

例子

def generate_arrays_from_file(path):
    while True:
        with open(path) as f:
            for line in f:
            # 从文件中的每一行生成输入数据和标签的 numpy 数组,
            x1, x2, y = process_line(line)
            yield ({'input_1': x1, 'input_2': x2}, {'output': y})
        f.close()

model.fit_generator(generate_arrays_from_file('/my_file.txt'),
                    steps_per_epoch=10000, epochs=10)

自己测试双输入

from keras.layers import Conv1D, MaxPool1D, Dense, Flatten, concatenate, Embedding
from keras import backend as K
def generate_model(max_len):
    # 输入为1-D
    seq1 = Input(name = 'input1', shape = [max_len])
    seq2 = Input(name = 'input2', shape = [max_len])

    x = concatenate([seq1,seq2])
    # 分类输出
    pred = Dense(3, activation = 'sigmoid')(x)
    model = Model(inputs = [seq1,seq2], outputs = pred)
    
    # 优化方法和loss 
    model.compile(optimizer = 'Adam', loss = 'binary_crossentropy',metrics = ['accuracy'])
    #print(model.summary())
    return model


def generate_data(train_x_,train_y_,batch_size):
    np.random.seed(2020)
    state = np.random.get_state()
    np.random.shuffle(train_x_)
    np.random.set_state(state)
    np.random.shuffle(train_y_)
    while True:
        for index in range(0, len(train_x_), batch_size):
        # 从文件中的每一行生成输入数据和标签的 numpy 数组,
            x1 = train_x_[0][index: index+batch_size]
            x2 = train_x_[1][index: index+batch_size]
            y =  train_y_[index: index+batch_size]

            yield ({'input1': x1,'input2': x2}, y) #{'output': y}

from sklearn.model_selection import train_test_split

x_train1 = np.array(range(1000)).reshape(100,10)
x_train2 = np.array(range(1000)).reshape(100,10)
x_train = np.array([x_train1,x_train2])
y_train = np.ones((100,3))
train_num = int(len(x_train1)*0.8)
train_x = [x_train1[:train_num],x_train2[:train_num]]
test_x  = [x_train1[train_num:],x_train2[train_num:]]
train_y = y_train[:train_num]
test_y = y_train[train_num:]

max_len = train_x[0].shape[1]
print(np.array(train_x).shape)
print(np.array(test_x).shape)

model = generate_model(max_len)

batch_size = 32
model.fit_generator(generate_data(train_x,train_y,batch_size),validation_data=(test_x,test_y),
                    steps_per_epoch = len(train_x[0]) // 32, epochs=10)    

利用fit_generator最小化显存占用比率/数据Batch化

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