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我知道如何使用附加输入在 Keras 中编写自定义损失函数,而不是标准 y_true
, y_pred
对,见下文。我的问题是输入带有可训练变量(其中一些)的损失函数,该变量是损失梯度的一部分,因此应该更新。
我的解决方法是:
N
X V
大小在哪里N
是观察次数和 V
附加变量的数量 Dense()
层 dummy_output
以便 Keras 跟踪我的 V
“权重”V
我的真实输出层的自定义损失函数中的权重 dummy_output
使用虚拟损失函数(仅返回 0.0 和/或权重 0.0)层所以我的V
“权重”仅通过我的自定义损失函数更新 import numpy as np
from sklearn.model_selection import train_test_split
import matplotlib.pyplot as plt
from tensorflow.keras.layers import Dense
from tensorflow.keras.callbacks import EarlyStopping
import tensorflow.keras.backend as K
from tensorflow.keras.layers import Input
from tensorflow.keras import Model
n_col = 10
n_row = 1000
X = np.random.normal(size=(n_row, n_col))
beta = np.arange(10)
y = X @ beta
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=42)
# my custom loss function accepting my dummy layer with 2 variables
def custom_loss_builder(dummy_layer):
def custom_loss(y_true, y_pred):
var1 = dummy_layer.trainable_weights[0][0]
var2 = dummy_layer.trainable_weights[0][1]
return var1 * K.mean(K.square(y_true-y_pred)) + var2 ** 2 # so var2 should get to zero, var1 should get to minus infinity?
return custom_loss
# my dummy loss function
def dummy_loss(y_true, y_pred):
return 0.0
# my dummy input, N X V, where V is 2 for 2 vars
dummy_x_train = np.random.normal(size=(X_train.shape[0], 2))
# model
inputs = Input(shape=(X_train.shape[1],))
dummy_input = Input(shape=(dummy_x_train.shape[1],))
hidden1 = Dense(10)(inputs) # here only 1 hidden layer in the "real" network, assume whatever network is built here
output = Dense(1)(hidden1)
dummy_output = Dense(1, use_bias=False)(dummy_input)
model = Model(inputs=[inputs, dummy_input], outputs=[output, dummy_output])
# compilation, notice zero loss for the dummy_output layer
model.compile(
loss=[custom_loss_builder(model.layers[-1]), dummy_loss],
loss_weights=[1.0, 0.0], optimizer= 'adam')
# run, notice y_train repeating for dummy_output layer, it will not be used, could have created dummy_y_train as well
history = model.fit([X_train, dummy_x_train], [y_train, y_train],
batch_size=32, epochs=100, validation_split=0.1, verbose=0,
callbacks=[EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=5)])
无论
var1
的起始值如何,似乎都可以正常工作和
var2
(
dummy_output
层的初始化)他们渴望减去
inf
和
0
分别:
var1_list = []
var2_list = []
for i in range(100):
if i % 10 == 0:
print('step %d' % i)
model.fit([X_train, dummy_x_train], [y_train, y_train],
batch_size=32, epochs=1, validation_split=0.1, verbose=0)
var1, var2 = model.layers[-1].get_weights()[0]
var1_list.append(var1.item())
var2_list.append(var2.item())
plt.plot(var1_list, label='var1')
plt.plot(var2_list, 'r', label='var2')
plt.legend()
plt.show()
最佳答案
在这里回答我自己的问题,经过几天的努力,我让它在没有虚拟输入的情况下工作,我认为这更好,应该是“规范”的方式,直到 Keras/TF 简化流程。 Keras/TF 文档就是这样做的 here .
使用带有外部可训练变量的损失函数的关键是使用自定义损失/输出 图层 其中有 self.add_loss(...)
在其 call()
实现,像这样:
class MyLoss(Layer):
def __init__(self, var1, var2):
super(MyLoss, self).__init__()
self.var1 = K.variable(var1) # or tf.Variable(var1) etc.
self.var2 = K.variable(var2)
def get_vars(self):
return self.var1, self.var2
def custom_loss(self, y_true, y_pred):
return self.var1 * K.mean(K.square(y_true-y_pred)) + self.var2 ** 2
def call(self, y_true, y_pred):
self.add_loss(self.custom_loss(y_true, y_pred))
return y_pred
现在注意
MyLoss
层需要
两个输入,实际
y_true
和预测
y
直到那时:
inputs = Input(shape=(X_train.shape[1],))
y_input = Input(shape=(1,))
hidden1 = Dense(10)(inputs)
output = Dense(1)(hidden1)
my_loss = MyLoss(0.5, 0.5)(y_input, output) # here can also initialize those var1, var2
model = Model(inputs=[inputs, y_input], outputs=my_loss)
model.compile(optimizer= 'adam')
最后,正如 TF 文档所提到的,在这种情况下,您不必指定
loss
或
y
在
fit()
功能:
history = model.fit([X_train, y_train], None,
batch_size=32, epochs=100, validation_split=0.1, verbose=0,
callbacks=[EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=5)])
再次注意
y_train
进入
fit()
作为输入之一。
var1_list = []
var2_list = []
for i in range(100):
if i % 10 == 0:
print('step %d' % i)
model.fit([X_train, y_train], None,
batch_size=32, epochs=1, validation_split=0.1, verbose=0)
var1, var2 = model.layers[-1].get_vars()
var1_list.append(var1.numpy())
var2_list.append(var2.numpy())
plt.plot(var1_list, label='var1')
plt.plot(var2_list, 'r', label='var2')
plt.legend()
plt.show()
var1
、
var2
的这种特定模式高度依赖于它们的初始值,如果
var1
的初始值高于 1 它实际上不会减少直到减去
inf
)
关于python - 在 Keras/Tensorflow 自定义损失函数中使用额外的 *trainable* 变量,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/64223840/
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