目录：
1.下载 IMDB 数据集
2.探索数据
3.将整数转换回字词
4.准备数据
5.构建模型
6.创建验证集
7.训练模型
8.评估模型
9.创建准确率和损失随时间变化的图
1.下载 IMDB 数据集
TensorFlow 中包含 IMDB 数据集。我们已对该数据集进行了预处理，将影评（字词序列）转换为整数序列，其中每个整数表示字典中的一个特定字词。
import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
import numpy as np
imdb = keras.datasets.imdb
# 参数 num_words=10000 会保留训练数据中出现频次在前 10000 位的字词。
# 为确保数据规模处于可管理的水平，罕见字词将被舍弃
(train_data, train_labels), (test_data, test_labels) = imdb.load_data(num_words=10000)
# 如果已经下载好数据集，可通过路径载入
# (train_data, train_labels), (test_data, test_labels) = imdb.load_data('路径/imdb.npz',num_words=10000)
IMDB数据集链接：http://ai.stanford.edu/~amaas/data/sentiment/
2.探索数据
该数据集已经过预处理：每个样本都是一个整数数组，表示影评中的字词。每个标签都是整数值 0 或 1，其中 0 表示负面影评，1 表示正面影评。
查看数据的大小：
print("Training entries: {}, labels: {}".format(len(train_data), len(train_labels)))
# 结果如下：
Training entries: 25000, labels: 25000
影评文本已转换为整数，其中每个整数都表示字典中的一个特定字词。第一条影评如下所示：
print(train_data[0])
# 结果如下：
[1, 14, 22, 16, 43, 530, 973, 1622, 1385, 65, 458, 4468, 66, 3941, 4, 173, 36, 256, 5, 25, 100, 43, 838, 112, 50, 670, 2, 9, 35, 480, 284, 5, 150, 4, 172, 112, 167, 2, 336, 385, 39, 4, 172, 4536, 1111, 17, 546, 38, 13, 447, 4, 192, 50, 16, 6, 147, 2025, 19, 14, 22, 4, 1920, 4613, 469, 4, 22, 71, 87, 12, 16, 43, 530, 38, 76, 15, 13, 1247, 4, 22, 17, 515, 17, 12, 16, 626, 18, 2, 5, 62, 386, 12, 8, 316, 8, 106, 5, 4, 2223, 5244, 16, 480, 66, 3785, 33, 4, 130, 12, 16, 38, 619, 5, 25, 124, 51, 36, 135, 48, 25, 1415, 33, 6, 22, 12, 215, 28, 77, 52, 5, 14, 407, 16, 82, 2, 8, 4, 107, 117, 5952, 15, 256, 4, 2, 7, 3766, 5, 723, 36, 71, 43, 530, 476, 26, 400, 317, 46, 7, 4, 2, 1029, 13, 104, 88, 4, 381, 15, 297, 98, 32, 2071, 56, 26, 141, 6, 194, 7486, 18, 4, 226, 22, 21, 134, 476, 26, 480, 5, 144, 30, 5535, 18, 51, 36, 28, 224, 92, 25, 104, 4, 226, 65, 16, 38, 1334, 88, 12, 16, 283, 5, 16, 4472, 113, 103, 32, 15, 16, 5345, 19, 178, 32]
影评的长度可能会有所不同。以下代码显示了第一条和第二条影评中的字词数。
len(train_data[0]), len(train_data[1])
# 打印结果：
(218, 189)
3.将整数转换回字词
了解如何将整数转换回文本可能很有用。在以下代码中，我们将创建一个辅助函数来查询包含整数到字符串映射的字典对象：
# A dictionary mapping words to an integer index
word_index = imdb.get_word_index()
# The first indices are reserved
word_index = {k:(v+3) for k,v in word_index.items()}
word_index["<PAD>"] = 0
word_index["<START>"] = 1
word_index["<UNK>"] = 2 # unknown
word_index["<UNUSED>"] = 3
reverse_word_index = dict([(value, key) for (key, value) in word_index.items()])
def decode_review(text):
return ' '.join([reverse_word_index.get(i, '?') for i in text])
执行上面后，会出现下面结果（就是下载imdb_word_index.json）：
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/tf-keras-datasets/imdb_word_index.json
1646592/1641221 [==============================] - 1s 0us/step
使用 decode_review 函数显示第一条影评的文本：
decode_review(train_data[0])
结果如下：
"<START> this film was just brilliant casting location scenery story direction everyone's really suited the part they played and you could just imagine being there robert <UNK> is an amazing actor and now the same being director <UNK> father came from the same scottish island as myself so i loved the fact there was a real connection with this film the witty remarks throughout the film were great it was just brilliant so much that i bought the film as soon as it was released for <UNK> and would recommend it to everyone to watch and the fly fishing was amazing really cried at the end it was so sad and you know what they say if you cry at a film it must have been good and this definitely was also <UNK> to the two little boy's that played the <UNK> of norman and paul they were just brilliant children are often left out of the <UNK> list i think because the stars that play them all grown up are such a big profile for the whole film but these children are amazing and should be praised for what they have done don't you think the whole story was so lovely because it was true and was someone's life after all that was shared with us all"
4.准备数据
影评（整数数组）必须转换为张量，然后才能馈送到神经网络中。我们可以通过以下两种方法实现这种转换：
对数组进行独热编码，将它们转换为由 0 和 1 构成的向量。例如，序列 [3, 5] 将变成一个 10000 维的向量，除索引 3 和 5 转换为 1 之外，其余全转换为 0。然后，将它作为网络的第一层，一个可以处理浮点向量数据的密集层。不过，这种方法会占用大量内存，需要一个大小为 num_words * num_reviews 的矩阵。
或者，我们可以填充数组，使它们都具有相同的长度，然后创建一个形状为 max_length * num_reviews 的整数张量。我们可以使用一个能够处理这种形状的嵌入层作为网络中的第一层。
我们将使用第二种方法。
由于影评的长度必须相同，我们将使用 pad_sequences 函数将长度标准化：
train_data = keras.preprocessing.sequence.pad_sequences(train_data,
value=word_index["<PAD>"],
padding='post',
maxlen=256)
test_data = keras.preprocessing.sequence.pad_sequences(test_data,
value=word_index["<PAD>"],
padding='post',
maxlen=256)
len(train_data[0]), len(train_data[1])
结果如下：
(256, 256)
打印第一条评论：
print(train_data[0])
会发现长度发生了变化：
[ 1 14 22 16 43 530 973 1622 1385 65 458 4468 66 3941
4 173 36 256 5 25 100 43 838 112 50 670 2 9
35 480 284 5 150 4 172 112 167 2 336 385 39 4
172 4536 1111 17 546 38 13 447 4 192 50 16 6 147
2025 19 14 22 4 1920 4613 469 4 22 71 87 12 16
43 530 38 76 15 13 1247 4 22 17 515 17 12 16
626 18 2 5 62 386 12 8 316 8 106 5 4 2223
5244 16 480 66 3785 33 4 130 12 16 38 619 5 25
124 51 36 135 48 25 1415 33 6 22 12 215 28 77
52 5 14 407 16 82 2 8 4 107 117 5952 15 256
4 2 7 3766 5 723 36 71 43 530 476 26 400 317
46 7 4 2 1029 13 104 88 4 381 15 297 98 32
2071 56 26 141 6 194 7486 18 4 226 22 21 134 476
26 480 5 144 30 5535 18 51 36 28 224 92 25 104
4 226 65 16 38 1334 88 12 16 283 5 16 4472 113
103 32 15 16 5345 19 178 32 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0]
5.构建模型
神经网络通过堆叠层创建而成，这需要做出两个架构方面的主要决策：
1.要在模型中使用多少个层？
2.要针对每个层使用多少个隐藏单元？
在本示例中，输入数据由字词-索引数组构成。要预测的标签是 0 或 1。接下来，我们为此问题构建一个模型：
# input shape is the vocabulary count used for the movie reviews (10,000 words)
vocab_size = 10000
model = keras.Sequential() # 层的堆叠
model.add(keras.layers.Embedding(vocab_size, 16))
model.add(keras.layers.GlobalAveragePooling1D())
model.add(keras.layers.Dense(16, activation=tf.nn.relu))
model.add(keras.layers.Dense(1, activation=tf.nn.sigmoid))
model.summary()
打印结果：
_________________________________________________________________
Layer (type) Output Shape Param #
=================================================================
embedding (Embedding) (None, None, 16) 160000
_________________________________________________________________
global_average_pooling1d (Gl (None, 16) 0
_________________________________________________________________
dense (Dense) (None, 16) 272
_________________________________________________________________
dense_1 (Dense) (None, 1) 17
=================================================================
Total params: 160,289
Trainable params: 160,289
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________
按顺序堆叠各个层以构建分类器：
1.第一层是 Embedding 层。该层会在整数编码的词汇表中查找每个字词-索引的嵌入向量。模型在接受训练时会学习这些向量。这些向量会向输出数组添加一个维度。生成的维度为：(batch, sequence, embedding)。
2.接下来，一个 GlobalAveragePooling1D 层通过对序列维度求平均值，针对每个样本返回一个长度固定的输出向量。这样，模型便能够以尽可能简单的方式处理各种长度的输入。
3.该长度固定的输出向量会传入一个全连接 (Dense) 层（包含 16 个隐藏单元）。
4.最后一层与单个输出节点密集连接。应用 sigmoid 激活函数后，结果是介于 0 到 1 之间的浮点值，表示概率或置信水平。
隐藏单元：
上述模型在输入和输出之间有两个中间层（也称为“隐藏”层）。输出（单元、节点或神经元）的数量是相应层的表示法空间的维度。换句话说，该数值表示学习内部表示法时网络所允许的自由度。
如果模型具有更多隐藏单元（更高维度的表示空间）和/或更多层，则说明网络可以学习更复杂的表示法。不过，这会使网络耗费更多计算资源，并且可能导致学习不必要的模式（可以优化在训练数据上的表现，但不会优化在测试数据上的表现）。
损失函数和优化器:
模型在训练时需要一个损失函数和一个优化器。由于这是一个二元分类问题且模型会输出一个概率（应用 S 型激活函数的单个单元层），因此我们将使用 binary_crossentropy 损失函数。
该函数并不是唯一的损失函数，例如，您可以选择 mean_squared_error。但一般来说，binary_crossentropy 更适合处理概率问题，它可测量概率分布之间的“差距”，在本例中则为实际分布和预测之间的“差距”。
现在，配置模型以使用优化器和损失函数：
model.compile(optimizer=tf.train.AdamOptimizer(),
loss='binary_crossentropy',
metrics=['accuracy'])
tf.keras.Model.compile 采用三个重要参数
optimizer：此对象会指定训练过程。从 tf.train 模块向其传递优化器实例，例如 tf.train.AdamOptimizer、tf.train.RMSPropOptimizer 或 tf.train.GradientDescentOptimizer。
loss：要在优化期间最小化的函数。常见选择包括均方误差 (mse)、categorical_crossentropy 和 binary_crossentropy。损失函数由名称或通过从 tf.keras.losses 模块传递可调用对象来指定。
metrics：用于监控训练。它们是 tf.keras.metrics 模块中的字符串名称或可调用对象。
6.创建验证集
在训练时，我们需要检查模型处理从未见过的数据的准确率。我们从原始训练数据中分离出 10000 个样本，创建一个验证集。（为什么现在不使用测试集？我们的目标是仅使用训练数据开发和调整模型，然后仅使用一次测试数据评估准确率。）
x_val = train_data[:10000]
partial_x_train = train_data[10000:]
y_val = train_labels[:10000]
partial_y_train = train_labels[10000:]
7.训练模型
使用 fit 方法使模型与训练数据“拟合”：
tf.keras.Model.fit 采用三个重要参数：
epochs：以周期为单位进行训练。一个周期是对整个输入数据的一次迭代（以较小的批次完成迭代）。
batch_size：当传递 NumPy 数据时，模型将数据分成较小的批次，并在训练期间迭代这些批次。此整数指定每个批次的大小。请注意，如果样本总数不能被批次大小整除，则最后一个批次可能更小。
validation_data：在对模型进行原型设计时，您需要轻松监控该模型在某些验证数据上达到的效果。传递此参数（输入和标签元组）可以让该模型在每个周期结束时以推理模式显示所传递数据的损失和指标。
用有 512 个样本的小批次训练模型 40 个周期。这将对 x_train 和 y_train 张量中的所有样本进行 40 次迭代。在训练期间，监控模型在验证集的 10000 个样本上的损失和准确率：
history = model.fit(partial_x_train,
partial_y_train,
epochs=40,
batch_size=512,
validation_data=(x_val, y_val),
verbose=1) # progress bar(进度条)
结果如下：
Train on 15000 samples, validate on 10000 samples
Epoch 1/40
15000/15000 [==============================] - 5s 318us/step - loss: 0.6917 - acc: 0.5468 - val_loss: 0.6897 - val_acc: 0.5767
Epoch 2/40
15000/15000 [==============================] - 0s 31us/step - loss: 0.6854 - acc: 0.6521 - val_loss: 0.6810 - val_acc: 0.7263
Epoch 3/40
15000/15000 [==============================] - 0s 30us/step - loss: 0.6717 - acc: 0.7369 - val_loss: 0.6639 - val_acc: 0.7330
...
...
...
Epoch 39/40
15000/15000 [==============================] - 0s 31us/step - loss: 0.0951 - acc: 0.9749 - val_loss: 0.3075 - val_acc: 0.8838
Epoch 40/40
15000/15000 [==============================] - 0s 31us/step - loss: 0.0913 - acc: 0.9764 - val_loss: 0.3105 - val_acc: 0.8834
8.评估模型
我们来看看模型的表现如何。模型会返回两个值：损失（表示误差的数字，越低越好）和准确率。
result = model.evaluate(test_data, test_labels)
print(result)
结果如下：
25000/25000 [==============================] - 1s 37us/step
[0.33115143701553346, 0.8718]
使用这种相当简单的方法可实现约 87% 的准确率。如果采用更高级的方法，模型的准确率应该会接近 95%。
9.创建准确率和损失随时间变化的图
model.fit() 返回一个 History 对象，该对象包含一个字典，其中包括训练期间发生的所有情况：
history_dict = history.history
history_dict.keys()
结果：
dict_keys(['val_loss', 'val_acc', 'loss', 'acc'])
一共有 4 个条目：每个条目对应训练和验证期间的一个受监控指标。我们可以使用这些指标绘制训练损失与验证损失图表以进行对比，并绘制训练准确率与验证准确率图表：
import matplotlib.pyplot as plt
acc = history.history['acc']
loss = history.history['loss']
val_acc = history.history['val_acc']
val_loss = history.history['val_loss']
epochs = range(1, len(acc) + 1)
# "bo" is for "blue dot"
plt.plot(epochs, loss, 'bo', label='Training loss')
# b is for "solid blue line"
plt.plot(epochs, val_loss, 'b', label='Validation loss')
plt.title('Training and Validation loss')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Loss')
plt.legend()
plt.show()
plt.plot(epochs, acc, 'r*', label='Training accuracy')
plt.plot(epochs, val_acc, 'b', label='Validation accuracy')
plt.title('Training and Validation accuracy')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.legend()
plt.show()
在该图表中，圆点表示训练损失和准确率，实线表示验证损失和准确率。
可以注意到，训练损失随着周期数的增加而降低，训练准确率随着周期数的增加而提高。在使用梯度下降法优化模型时，这属于正常现象 - 该方法应在每次迭代时尽可能降低目标值。
验证损失和准确率的变化情况并非如此，它们似乎在大约 20 个周期后达到峰值。这是一种过拟合现象：模型在训练数据上的表现要优于在从未见过的数据上的表现。在此之后，模型会过度优化和学习特定于训练数据的表示法，而无法泛化到测试数据。
参考：
https://tensorflow.google.cn/tutorials/keras/basic_text_classification