神经网络也能进行非监督学习, 只需要训练数据, 不需要标签数据. 自编码就是这样一种形式. 自编码能自动分类数据, 而且也能嵌套在半监督学习的上面, 用少量的有标签样本和大量的无标签样本学习.
这次我们还用 MNIST 手写数字数据来压缩再解压图片.
然后用压缩的特征进行非监督分类.
训练数据
自编码只用训练集就好了, 而且只需要训练 training data 的 image, 不用训练 labels.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 | import torch import torch.nn as nn from torch.autograd import Variable import torch.utils.data as Data import torchvision # 超参数 EPOCH = 10 BATCH_SIZE = 64 LR = 0.005 DOWNLOAD_MNIST = True # 下过数据的话, 就可以设置成 False N_TEST_IMG = 5 # 到时候显示 5张图片看效果, 如上图一 # Mnist digits dataset train_data = torchvision.datasets.MNIST( root=\'./mnist/\', train=True, # this is training data transform=torchvision.transforms.ToTensor(), # Converts a PIL.Image or numpy.ndarray to # torch.FloatTensor of shape (C x H x W) and normalize in the range [0.0, 1.0] download=DOWNLOAD_MNIST, # download it if you don\'t have it ) |
这就是一张我们要训练的手写数字 4.
AutoEncoder
AutoEncoder 形式很简单, 分别是 encoder 和 decoder , 压缩和解压, 压缩后得到压缩的特征值, 再从压缩的特征值解压成原图片.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 | class AutoEncoder(nn.Module): def __init__(self): super(AutoEncoder, self).__init__() # 压缩 self.encoder = nn.Sequential( nn.Linear(28*28, 128), nn.Tanh(), nn.Linear(128, 64), nn.Tanh(), nn.Linear(64, 12), nn.Tanh(), nn.Linear(12, 3), # 压缩成3个特征, 进行 3D 图像可视化 ) # 解压 self.decoder = nn.Sequential( nn.Linear(3, 12), nn.Tanh(), nn.Linear(12, 64), nn.Tanh(), nn.Linear(64, 128), nn.Tanh(), nn.Linear(128, 28*28), nn.Sigmoid(), # 激励函数让输出值在 (0, 1) ) def forward(self, x): encoded = self.encoder(x) decoded = self.decoder(encoded) return encoded, decoded autoencoder = AutoEncoder() |
训练
训练, 并可视化训练的过程. 我们可以有效的利用 encoder 和 decoder 来做很多事, 比如这里我们用 decoder 的信息输出看和原图片的对比, 还能用 encoder 来看经过压缩后, 神经网络对原图片的理解. encoder 能将不同图片数据大概的分离开来. 这样就是一个无监督学习的过程.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | optimizer = torch.optim.Adam(autoencoder.parameters(), lr=LR) loss_func = nn.MSELoss() for epoch in range(EPOCH): for step, (x, y) in enumerate(train_loader): b_x = Variable(x.view(-1, 28*28)) # batch x, shape (batch, 28*28) b_y = Variable(x.view(-1, 28*28)) # batch y, shape (batch, 28*28) b_label = Variable(y) # batch label encoded, decoded = autoencoder(b_x) loss = loss_func(decoded, b_y) # mean square error optimizer.zero_grad() # clear gradients for this training step loss.backward() # backpropagation, compute gradients optimizer.step() # apply gradients |
画3D图
3D 的可视化图挺有趣的, 还能挪动观看, 更加直观, 好理解.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | # 要观看的数据 view_data = Variable(train_data.train_data[:200].view(-1, 28*28).type(torch.FloatTensor)/255.) encoded_data, _ = autoencoder(view_data) # 提取压缩的特征值 fig = plt.figure(2) ax = Axes3D(fig) # 3D 图 # x, y, z 的数据值 X = encoded_data.data[:, 0].numpy() Y = encoded_data.data[:, 1].numpy() Z = encoded_data.data[:, 2].numpy() values = train_data.train_labels[:200].numpy() # 标签值 for x, y, z, s in zip(X, Y, Z, values): c = cm.rainbow(int(255*s/9)) # 上色 ax.text(x, y, z, s, backgroundcolor=c) # 标位子 ax.set_xlim(X.min(), X.max()) ax.set_ylim(Y.min(), Y.max()) ax.set_zlim(Z.min(), Z.max()) plt.show() |
所以这也就是在我 github 代码 中的每一步的意义啦.
文章来源：莫烦
本站微信群、QQ群(三群号 726282629)：
莫烦，你好，我从github上下载自编码器的代码，能跑，但是decoder的图片怎么不更新显示呢？我看这个网页上是更新显示的
加一个plt.cla()就可以了
可以具体一点吗
为什么我的3D可视化画出来的是一张PNG图片，托动不了啊