这些模型是否等效？

Question

主要问题： 我用两种不同的方式定义相同的模型。为什么会得到不同的结果？它们似乎是相同的模型。

第二个问题（在下面回答）如果再次运行代码，则会再次得到不同的结果。我已经在开始时设置了种子以修复随机性。为什么会这样呢？

import numpy as np
np.random.seed(1)
from keras.models import Model, Sequential
from keras.layers import Input, Dense

model1= Sequential([
     Dense(20, activation='sigmoid',kernel_initializer='glorot_normal', 
               input_shape=(2,)),
     Dense(2,  activation='linear', kernel_initializer='glorot_normal'),
])

model1.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error')

ipt    = Input(shape=(2,))
x      = Dense(20, activation='sigmoid', kernel_initializer='glorot_normal')(ipt)
out    = Dense(2,  activation='linear',  kernel_initializer='glorot_normal')(x)
model2 = Model(ipt, out)

model2.compile(optimizer='adam', loss='mean_squared_error')

x_train=np.array([[1,2],[3,4],[3,4]])

model1.fit(x_train, x_train,epochs=2, validation_split=0.1, shuffle=False)
model2.fit(x_train, x_train,epochs=2, validation_split=0.1, shuffle=False)

第一次，输出为：

2/2 [==============================] - 0s 68ms/step - loss: 14.4394 - val_loss: 21.5747
Epoch 2/2

2/2 [==============================] - 0s 502us/step - loss: 14.3199 - val_loss: 21.4163
Train on 2 samples, validate on 1 samples
Epoch 1/2

2/2 [==============================] - 0s 72ms/step - loss: 11.0523 - val_loss: 17.7059
Epoch 2/2

2/2 [==============================] - 0s 491us/step - loss: 10.9833 - val_loss: 17.5785

第二次，输出为：

2/2 [==============================] - 0s 80ms/step - loss: 14.4394 - val_loss: 21.5747
Epoch 2/2

2/2 [==============================] - 0s 501us/step - loss: 14.3199 - val_loss: 21.4163
Train on 2 samples, validate on 1 samples
Epoch 1/2

2/2 [==============================] - 0s 72ms/step - loss: 11.0523 - val_loss: 17.6733
Epoch 2/2

2/2 [==============================] - 0s 485us/step - loss: 10.9597 - val_loss: 17.5459

阅读答案后更新： 通过以下答案，我的问题之一已得到解答。我将代码的开头更改为：

import numpy as np
np.random.seed(1)
import random
random.seed(2)
import tensorflow as tf
tf.set_random_seed(3)

而且，现在我得到的数字与以前相同。因此，它是稳定的。但是，我的主要问题仍然没有答案。为什么两个相同的模型每次都给出不同的结果？

这是我每次都得到的结果：

结果1：

Epoch 1/2

2/2 [==============================] - 0s 66ms/sample - loss: 11.9794 - val_loss: 18.9925
Epoch 2/2

2/2 [==============================] - 0s 268us/sample - loss: 11.8813 - val_loss: 18.8572

结果2：

Epoch 1/2

2/2 [==============================] - 0s 67ms/sample - loss: 5.4743 - val_loss: 9.3471
Epoch 2/2

2/2 [==============================] - 0s 3ms/sample - loss: 5.4108 - val_loss: 9.2497

Answer 1

问题的根源在于模型定义和随机性的 预期 行为 与实际 行为。要查看发生了什么，我们必须了解“ RNG”的工作原理：

• “随机数生成器”（RNG）实际上是一种生成数字的函数，以便将它们映射到“长期”的概率分布上
• 例如，当RNG()调用RNG函数时，它将返回一个“随机”值，并将 其内部计数器加1 。呼叫此计数器n-然后：random_value = RNG(n)
• 当设置SEED，设置n根据该种子的值（但不是 以 该种子）; 我们可以通过+ c柜台代表这种差异

• c 将是由种子的非线性但确定性函数产生的常数： f(seed)

  import numpy as np

  np.random.seed(4) # internal counter = 0 + c
  print(np.random.random()) # internal counter = 1 + c
  print(np.random.random()) # internal counter = 2 + c
  print(np.random.random()) # internal counter = 3 + c
  
  
  

  np.random.seed(4) # internal counter = 0 + c
  print(np.random.random()) # internal counter = 1 + c
  print(np.random.random()) # internal counter = 2 + c
  print(np.random.random()) # internal counter = 3 + c

  0.9670298390136767
  0.5472322491757223
  0.9726843599648843

  0.9670298390136767
  0.5472322491757223
  0.9726843599648843

假设model1有100个权重，并且您设置了一个种子（n = 0 + c）。后model1建，你的计数器是100 + c。如果您 不
重置种子，即使您model2使用 完全相同的代码进行 构建，则模型也会有所不同-因为model2的权重是根据nfrom100 + c进行初始化的200 + c。

附加信息：

有以下 三种 种子可确保更好的随机性：

import numpy as np
np.random.seed(1)         # for Numpy ops
import random 
random.seed(2)            # for Python ops
import tensorflow as tf
tf.set_random_seed(3)     # for tensorfow ops - e.g. Dropout masks

这将提供很好的可重复性，但如果使用GPU，则不是完美的-
由于操作的并行性；这个视频很好地解释了。为了获得更好的重现性，请PYHTONHASHSEED在官方Keras常见问题解答中设置your -that和其他信息。

“完美”的可重复性相当多余，因为您的结果应该在大部分时间的0.1％之内达成一致-
但是，如果您确实需要它，那么当前唯一的方法可能就是切换到CPU并停止使用CUDA-但这会减慢速度极大地训练（通过x10 +）。

随机性的来源 ：

• 权重初始化（每个默认的Keras初始化程序都使用随机性）
• 噪声层（降落，高斯噪声等）
• 散列基于散列的操作，例如集合或字典中的项目顺序
• GPU并行性（请参阅链接的视频）

模型随机性演示 ：

import numpy as np
np.random.seed(4)

model1_init_weights = [np.random.random(), np.random.random(), np.random.random()]
model2_init_weights = [np.random.random(), np.random.random(), np.random.random()]
print("model1_init_weights:", model1_init_weights)
print("model2_init_weights:", model2_init_weights)



model1_init_weights: [0.9670298390136767, 0.5472322491757223, 0.9726843599648843]
model2_init_weights: [0.7148159936743647, 0.6977288245972708, 0.21608949558037638]

重新启动内核。现在运行：

import numpy as np
np.random.seed(4)

model2_init_weights = [np.random.random(), np.random.random(), np.random.random()]
model1_init_weights = [np.random.random(), np.random.random(), np.random.random()]
print("model1_init_weights:", model1_init_weights)
print("model2_init_weights:", model2_init_weights)



model1_init_weights: [0.7148159936743647, 0.6977288245972708, 0.21608949558037638]
model2_init_weights: [0.9670298390136767, 0.5472322491757223, 0.9726843599648843]

因此，在代码中翻转model1和的顺序model2也会翻转损失。这是因为种子不会在两个模型的定义之间重置自己，因此您的权重初始化完全不同。

如果希望它们相同，请在定义“每个模型”之前以及在拟合每个模型之前重置种子-并使用如下方便的功能。但是最好的选择是重新启动内核并在单独的.py文件中工作。

def reset_seeds():
    np.random.seed(1)
    random.seed(2)
    tf.set_random_seed(3)
    print("RANDOM SEEDS RESET")