大家好我們今天來講一講如何用Matlab做一個新的遷移學習您可能需要的基礎(chǔ)知識

Matlab編程Deep learning的基礎(chǔ)知識

一、什么是遷移學習？

以圖像識別為例。如果你想構(gòu)建一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，讓它能夠識別馬匹，但是手上又沒有任何公開的算法可以完成這項任務(wù)。這時，借助遷移學習，你可以從一個原本是用來識別其它動物的現(xiàn)成的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）入手，對其進行調(diào)整并訓練它識別馬匹。深度學習應(yīng)用中常常用到遷移學習。可以采用預(yù)訓練的網(wǎng)絡(luò)，基于它學習新任務(wù)。與使用隨機初始化的權(quán)重從頭訓練網(wǎng)絡(luò)相比，通過遷移學習微調(diào)網(wǎng)絡(luò)要更快更簡單。我們可以使用較少數(shù)量的訓練圖像快速地將已學習的特征遷移到新任務(wù)。

二、網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)的導入

加載數(shù)據(jù)

解壓縮新圖像并加載這些圖像作為圖像數(shù)據(jù)存儲。imageDatastore 根據(jù)文件夾名稱自動標注圖像，并將數(shù)據(jù)存儲為 ImageDatastore 對象。通過圖像數(shù)據(jù)存儲可以存儲大圖像數(shù)據(jù)，包括無法放入內(nèi)存的數(shù)據(jù)，并在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓練過程中高效分批讀取圖像。

unzip（‘MerchData.zip’）;imds = imageDatastore（‘MerchData’， 。.. ‘IncludeSubfolders’，true， 。.. ‘LabelSource’，‘foldernames’）;

將數(shù)據(jù)劃分為訓練數(shù)據(jù)集和驗證數(shù)據(jù)集。將 70% 的圖像用于訓練，30% 的圖像用于驗證。splitEachLabel 將 images 數(shù)據(jù)存儲拆分為兩個新的數(shù)據(jù)存儲。

［imdsTrain，imdsValidation］ = splitEachLabel（imds，0.7，‘randomized’）;

這個非常小的數(shù)據(jù)集現(xiàn)在包含 55 個訓練圖像和 20 個驗證圖像。

numTrainImages = numel（imdsTrain.Labels）;idx = randperm（numTrainImages，16）;figurefor i = 1:16 subplot（4，4，i） I = readimage（imdsTrain，idx（i））; imshow（I）end

加載預(yù)訓練網(wǎng)絡(luò)

加載預(yù)訓練的 AlexNet 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如果未安裝 Deep Learning Toolbox Model for AlexNet Network，則軟件會提供下載鏈接。AlexNet 已基于超過一百萬個圖像進行訓練，可以將圖像分為 1000 個對象類別（例如鍵盤、鼠標、鉛筆和多種動物）。因此，該模型已基于大量圖像學習了豐富的特征表示。

net = alexnet;

使用 analyzeNetwork 可以交互可視方式呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及有關(guān)網(wǎng)絡(luò)層的詳細信息。

analyzeNetwork（net）

第一層（圖像輸入層）需要大小為 227×227×3 的輸入圖像

其中 3 是顏色通道數(shù)

inputSize = 1×3 227 227 3

三、網(wǎng)絡(luò)的訓練

替換最終層

預(yù)訓練網(wǎng)絡(luò) net 的最后三層針對 1000 個類進行配置。必須針對新分類問題微調(diào)這三個層。從預(yù)訓練網(wǎng)絡(luò)中提取除最后三層之外的所有層。

layersTransfer = net.Layers（1:end-3）;

通過將最后三層替換為全連接層、softmax 層和分類輸出層，將層遷移到新分類任務(wù)。根據(jù)新數(shù)據(jù)指定新的全連接層的選項。將全連接層設(shè)置為大小與新數(shù)據(jù)中的類數(shù)相同。要使新層中的學習速度快于遷移的層，請增大全連接層的 WeightLearnRateFactor 和 BiasLearnRateFactor 值。

numClasses = numel（categories（imdsTrain.Labels））numClasses = 5

layers = ［ layersTransfer fullyConnectedLayer（numClasses，‘WeightLearnRateFactor’，20，‘BiasLearnRateFactor’，20） softmaxLayer classificationLayer］;

訓練網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)要求輸入圖像的大小為 227×227×3，但圖像數(shù)據(jù)存儲中的圖像具有不同大小。使用增強的圖像數(shù)據(jù)存儲可自動調(diào)整訓練圖像的大小。指定要對訓練圖像額外執(zhí)行的增強操作：沿垂直軸隨機翻轉(zhuǎn)訓練圖像，以及在水平和垂直方向上隨機平移訓練圖像最多 30 個像素。數(shù)據(jù)增強有助于防止網(wǎng)絡(luò)過擬合和記憶訓練圖像的具體細節(jié)。

pixelRange = ［-30 30］;imageAugmenter = imageDataAugmenter（ 。.. ‘RandXReflection’，true， 。.. ‘RandXTranslation’，pixelRange， 。.. ‘RandYTranslation’，pixelRange）;augimdsTrain = augmentedImageDatastore（inputSize（1:2），imdsTrain， 。.. ‘DataAugmentation’，imageAugmenter）;

對驗證圖像進行分類

使用經(jīng)過微調(diào)的網(wǎng)絡(luò)對驗證圖像進行分類

［YPred，scores］ = classify（netTransfer，augimdsValidation）;

顯示四個示例驗證圖像及預(yù)測的標簽。

idx = randperm（numel（imdsValidation.Files），4）;figurefor i = 1:4 subplot（2，2，i） I = readimage（imdsValidation，idx（i））; imshow（I） label = YPred（idx（i））; title（string（label））;end

計算針對驗證集的分類準確度。準確度是網(wǎng)絡(luò)預(yù)測正確的標簽的比例

YValidation = imdsValidation.Labels;accuracy = mean（YPred == YValidation）

accuracy = 1

今天你學廢了嗎？？？
編輯：lyn