如何在Python中检查神经网络的层数以及何时应该增加层数?

请对您的想法进行最少的评论,以便我可以改进我的查询。谢谢。-)


我正在使用MNIST数据集并编写一些CNN代码。然而,我对CNN代码中的一些点感到困惑。如何知道神经网络中的层数?根据我目前的理解,我认为这有6层,其中4层是隐藏层。这是对的吗?如果我需要扩展到10层,该怎么做?

from tensorflow.keras.models import Sequentialfrom tensorflow.keras.layers import Dense, Conv2D, Dropout, Flatten, MaxPooling2Dmodel = Sequential()model.add(Conv2D(28, kernel_size=(3,3),                     input_shape = ...))model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2,2)))model.add(Flatten())model.add(Dense(128, activation=tf.nn.relu))model.add(Dropout(0.2))model.add(Dense(10, activation=tf.nn.softmax))

回答:

如果你打印你的模型的.summary(),你会得到

Model: "sequential_1"_________________________________________________________________Layer (type)                 Output Shape              Param #   =================================================================conv2d_1 (Conv2D)            (None, 26, 26, 28)        280       _________________________________________________________________max_pooling2d_1 (MaxPooling2 (None, 13, 13, 28)        0         _________________________________________________________________flatten_1 (Flatten)          (None, 4732)              0         _________________________________________________________________dense (Dense)                (None, 128)               605824    _________________________________________________________________dropout (Dropout)            (None, 128)               0         _________________________________________________________________dense_1 (Dense)              (None, 10)                1290      =================================================================Total params: 607,394Trainable params: 607,394Non-trainable params: 0print(len(model.layers)) # 6

如你所见,你构建了一个有6层的深度神经网络 – 其中一些是可训练层,还有一些是不可训练层。所以,如果有人问你模型的层数,它就是简单的6层。


那么,如何扩展或添加更多层呢?这就像往杯子里加水一样简单。就像这样

import tensorflow as tffrom tensorflow.keras.models import Sequentialfrom tensorflow.keras.layers import (Dense, Conv2D, Dropout,                                     Flatten, MaxPooling2D, BatchNormalization)model = Sequential()model.add(Conv2D(16, kernel_size=(3,3),                     input_shape = (28,28,1)))model.add(Conv2D(32, kernel_size=(3, 3), activation="relu"))model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))model.add(Conv2D(64, kernel_size=(3, 3), activation="relu"))model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))model.add(Flatten())model.add(Dense(128, activation=tf.nn.relu))model.add(BatchNormalization())model.add(Dropout(0.2))model.add(Dense(10, activation=tf.nn.softmax))model.summary()print(len(model.layers)) # 10

现在,请注意,虽然使用tf.keras(或其他框架如pytorch)我们可以很容易地做到这些,但我们应该考虑我们正在做什么以及为什么这样做。我不会在这方面描述太多,因为这超出了这个问题的范围。但我强烈建议你查看tf.keras官方代码示例


隐藏层这个术语只是早期经常使用的命名约定(据我所知),主要在全连接层(在CNN之前)。因此,为了简单起见,我会说就忘记这个术语。我们应该将层称为可训练不可训练,这在现在更有意义。

在你的模型中,第一个CNN(可训练层),第二个MaxPool2D(不可训练),第三个Flatten(不可训练),第四个Dense(可训练),第五个Dropout(不可训练),最后是第六个Dense(可训练)。你也可以在model.summary()中的Param #列中看到,那些不可训练层的参数为零 – 该层没有可训练的变量。假设,在你的模型中,第一层定义为,

model.add(Conv2D(28, kernel_size=(3,3),                     input_shape = ...))

无论预期的input_shape是什么,将3 x 3大小的滤波器(总共28个)应用于输入并进行卷积操作,生成一些特征图。因此,在这一层的末尾,我们将得到总共28个特征图。下一层

model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2,2)))

只是简单地从这28个特征图中池化最大值,其他什么也没有。所以没有计算操作 – 这就是为什么没有可训练的参数。


隐藏层简单地指的是位于深度神经网络的输入层和输出层之间的层。但在你的模型中,第一个Conv2D层是一个隐藏层,它不是输入层。这里,输入层在我们将input_shape参数传递给第一个Conv2D层时隐式存在。所以,如果我们严格按照隐藏层的命名约定来看,我们可以说,在你的模型中,有5个隐藏层(从第一个Conv2DDropout)。输入层隐式存在,输出层是最后一个Dense层。

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