python - 拟合多项式的 Keras 模型

Question

我从四次多项式生成了一些数据，并想在 Keras 中创建一个回归模型来拟合这个多项式。问题是拟合后的预测似乎基本上是线性的。由于这是我第一次使用神经网络，我认为我犯了一个非常微不足道和愚蠢的错误。

这是我的代码:

model = Sequential()
model.add(Dense(units=200, input_dim=1))
model.add(Activation('relu'))
model.add(Dense(units=45))
model.add(Activation('relu'))
model.add(Dense(units=1))

model.compile(loss='mean_squared_error',
              optimizer='sgd')

model.fit(x_train, y_train, epochs=20, batch_size=50)

loss_and_metrics = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size=100)

classes = model.predict(x_test, batch_size=1)

x_train 和 y_train 是包含来自 this file 的前 9900 个条目的 numpy 数组.

我尝试了不同的 batch_sizes、epoch 数、层大小和训练数据量。似乎没有任何帮助。

请指出你看到的所有不合理的地方!

Answer 1

神经网络通常无法很好地推断多项式函数。但是，如果您的训练和测试数据来自同一范围，您可以获得相当不错的结果。我生成了一些数据并使用了您的代码:

import numpy as np
x_train=np.random.rand(9000)
y_train=x_train**4+x_train**3-x_train
x_train=x_train.reshape(len(x_train),1)

x_test=np.linspace(0,1,100)
y_test=x_test**4+x_test**3-x_test
x_test=x_test.reshape(len(x_test),1)


model = Sequential()
model.add(Dense(units=200, input_dim=1))
model.add(Activation('relu'))
model.add(Dense(units=45))
model.add(Activation('relu'))
model.add(Dense(units=1))

model.compile(loss='mean_squared_error',
              optimizer='sgd')

model.fit(x_train, y_train, epochs=40, batch_size=50, verbose=1)

loss_and_metrics = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size=100)

classes = model.predict(x_test, batch_size=1)

test=x_test.reshape(-1)
plt.plot(test,classes,c='r')
plt.plot(test,y_test,c='b')
plt.show()

请注意，我将 epochs 增加到 40 以获得更多迭代和更准确的结果。我还设置了 verbose=1 以便能够看到损失的表现。损失确实减少到 7.4564e-04，下面是我得到的结果。红线是网络的预测值，蓝线是正确值。你可以看到它们彼此非常接近。