使用keras Tuner调整超参数

Keras Tuner是一个库，可以为TensorFlow程序选择最佳的超参数集。为机器学习（ML）应用程序选择正确的超参数集的过程称为超参数调整或超调整。
超参数是控制训练过程和ML模型拓扑结构的变量。这些变量在训练过程中保持不变，并直接影响ML程序的性能。

超参数有两种类型：

1. 影响模型选择的模型超参数，如隐藏层的数量和宽度
2. 算法超参数影响学习算法的速度和质量，如随机梯度下降（SGD）的学习率和k近邻（KNN）分类器的近邻数

 接下来使用Keras调谐器为图像分类应用程序执行超调。

import tensorflow as tf
from tensorflow import keras
import kerastuner as kt
#1 下载数据集
#使用Keras Tuner为从Fashion MNIST数据集中分类服装图像的机器学习模型找到最佳超参数。
(img_train, label_train), (img_test, label_test) = keras.datasets.fashion_mnist.load_data()
# Normalize pixel values between 0 and 1
#2 将想素值归一化到0和1之间
img_train = img_train.astype('float32') / 255.0
img_test = img_test.astype('float32') / 255.0
#3 定义模型
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在为超调构建模型时，除了模型体系结构之外，还定义了超参数搜索空间。为超参数调节设置的模型称为超模型。
可以通过两种方法定义超模型：
    1,通过使用模型生成器函数
    2,通过对Keras调谐器API的超模型类进行子类化
对于计算机视觉应用程序，还可以使用两个预定义的超模型类HyperXception和HyperResNet。
下面将使用模型生成器函数定义图像分类模型。modelbuilder函数返回已编译的模型，并使用在内联中定义的超参数对模型进行超调节。
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def model_builder(hp):
  model = keras.Sequential()
  model.add(keras.layers.Flatten(input_shape=(28, 28)))

  # 调整第一个密集层（Dense layer）中的单元数
  # 选择32-512之间的最佳值
  hp_units = hp.Int('units', min_value=32, max_value=512, step=32)
  model.add(keras.layers.Dense(units=hp_units, activation='relu'))
  model.add(keras.layers.Dense(10))

  # 调整优化器的学习速率
  # 从0.01、0.001或0.0001中选择一个最佳值
  hp_learning_rate = hp.Choice('learning_rate', values=[1e-2, 1e-3, 1e-4])

  model.compile(optimizer=keras.optimizers.Adam(learning_rate=hp_learning_rate),
                loss=keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy(from_logits=True),
                metrics=['accuracy'])

  return model
#4 实例化调谐器并执行超调
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Keras Tuner有四个可用的调谐器：
RandomSearch、Hyperband、BayesianOptimization和Sklearn。我们将使用Hyperband调谐器。
要实例化Hyperband Tuner，必须指定超模型、要优化的目标和要训练的最大epoch数（max_epochs）。
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tuner = kt.Hyperband(model_builder,
                     objective='val_accuracy',  # 优化的目标，验证集accuracy
                     max_epochs=10,  # 最大迭代次数
                     factor=3,#有人知道这个有啥作用吗？？？
                     directory='my_dir',  # my_dir/intro_to_kt目录包含超参数搜索期间运行的详细日志和checkpoints
                     project_name='intro_to_kt')

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 Hyperband算法采用自适应资源分配(adaptive resource allocation)和提前停止(early-stopping )的方法快速收敛于高性能模型。
 这是通过使用类似于体育锦标赛风格的赛制（bracket，括号）。该算法在几个时期内训练了大量的模型，只将性能最好的一半模型进行下一轮训练。
 Hyperband通过计算多于一个的对数因子（logfactor(max_epochs)）并将其四舍五入到最接近的整数来确定要在括号中训练的模型数。 
'''
# 在达到验证损失的某个值后，创建回调以提前停止训练。
#！！！注意 tensorflow2.00-2.2支持tuner1.01不支持1.02，只有2.3支持1.029
stop_early = tf.keras.callbacks.EarlyStopping(monitor='val_loss', patience=5)
# 运行超参数搜索。搜索方法的参数与tf.keras.model.fit，除了上面的回调。

tuner.search(img_train, label_train, epochs=10, validation_data=(img_test, label_test),
             callbacks=[stop_early])

# 获取最优超参数
best_hps=tuner.get_best_hyperparameters(num_trials=1)[0]

print(f"""
超参数搜索已完成。在第一密集连接层中的最佳单元数为{best_hps.get('units')} 优化器的最优学习率为 {best_hps.get('learning_rate')}.
""")
#5 训练模型
#利用搜索得到的超参数，找到训练模型的最优次数。
# 用最优超参数建立模型，并在50个epoch的数据上进行训练
model = tuner.hypermodel.build(best_hps)
history = model.fit(img_train, label_train, epochs=50, validation_split=0.2)

val_acc_per_epoch = history.history['val_accuracy']
best_epoch = val_acc_per_epoch.index(max(val_acc_per_epoch)) + 1
print('Best epoch: %d' % (best_epoch,))
#重新实例化超模型，并用上面的最佳历元数对其进行训练。
hypermodel = tuner.hypermodel.build(best_hps)

# 重新选练model
hypermodel.fit(img_test, label_test, epochs=best_epoch)
#在测试数据上评估超模型
eval_result = hypermodel.evaluate(img_test, label_test)
print("[test loss, test accuracy]:", eval_result)
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my_dir/intro_to_kt目录包含在超参数搜索期间运行的每个试验（模型配置）的详细日志和检查点。
如果重新运行超参数搜索，Keras调谐器将使用这些日志中的现有状态来恢复搜索。要禁用此行为,在实例
化调谐器时传递另一个overwrite=True参数。
'''

标签：img,keras,模型,参数,test,Tuner,model
来源： https://blog.csdn.net/weixin_40959890/article/details/114333589