Keras with R (MLP)

Keras 是一款很不错的深度学习框架，因为把深度学习需要用到的组件都封装更高级，可以很方便自由组合调用，这里贴出中文学习的文档 http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/ ，英文好的童鞋可直接阅读原生态的英文文档。
本来是支持 python 的框架，现在也支持 R , 直接如下命令即可完成安装。

install.packages("Keras")

如果未安装 tensorflow , 可以输入以下这个命令，机器会自动完成安装。

install_keras()

这里可设定method参数来选择安装模式 Installation method (“virtualenv” or “conda”)，如果缺失则安装不能完成，tensorflow参数来选择tensorflow的版本，详情可 help(install_keras) ，如果安装过程中有一些底层依赖问题导致安装不成功，那需要解决机器环境问题。我机器是Centos7系统, gcc 4.8.5 , pytho2.7.5的环境。

还是那个最经典的手写识别的例子, 下面以为 R 作为控制语言来训练一个多层感知器 (MLP), 即最基础的神经网络。

library(keras)
# download data
mnist <- dataset_mnist()
x_train <- mnist$train$x
y_train <- mnist$train$y
x_test <- mnist$test$x
y_test <- mnist$test$y
# 数据会自动下载，并加载到内存当中
# reshape
x_train <- array_reshape(x_train, c(nrow(x_train), 784))
x_test <- array_reshape(x_test, c(nrow(x_test), 784))
# rescale
x_train <- x_train / 255
x_test <- x_test / 255

# 将分类响应变量转换为 One-hot 格式
y_train <- to_categorical(y_train, 10)
y_test <- to_categorical(y_test, 10)

# 模型定义
model <- keras_model_sequential() 
# 这里定义模型的各种层以及相应的激活函数，这里只设置了2个隐藏层和两个dropout
model %>% 
  layer_dense(units = 256, activation = 'relu', input_shape = c(784)) %>% 
  layer_dropout(rate = 0.4) %>% 
  layer_dense(units = 128, activation = 'relu') %>%
  layer_dropout(rate = 0.3) %>%
  layer_dense(units = 10, activation = 'softmax')
# 定义模型损失函数，优化器，模型评价，这里选择是adam来优化求解模型，
model %>% compile(
  loss = 'categorical_crossentropy',
  optimizer = optimizer_adam(lr = 1e-04),
  metrics = c('accuracy')
)

这里写图片描述

上表查看模型各个层的shape，如表所示已经包含参数情况，仅仅是两个隐藏层就包含了20多万的参数。

# 这里开始训练模型，会弹出一个可视化图监控模型loss随着迭代变化情况
history <- model %>% fit(
  x_train, y_train, 
  epochs = 30, batch_size = 128, 
  validation_split = 0.2
)
# 输出损失函数最终值和最终预测精度
model %>% evaluate(x_test, y_test)
# 模型预测值
model %>% predict_classes(x_test)

上面就是一个完整的3层神经网络(定义了2个隐藏层 + 1个输出层), 代码很简单，与 Python 版的 Keras 建模流程基本一脉相承, 唯一有所不同的就是 R 特有的 %>% 连接函数了，看起来格外亲切了。

这里写图片描述

loss 是损失函数，val_loss 是验证集下的损失函数(代码中设置的验证集划分是0.2)，同理 acc 是准确率，val_acc是验证集下的损失函数。如图示，随着损失的减少，准确率在逐步上升。

这里写图片描述

最终的得到0.0722 loss 结果和 98% 准确率

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