keras的siamese(孪生网络)实现案例

2023-11-09 01:40

本文主要是介绍keras的siamese(孪生网络)实现案例,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

keras的siamese(孪生网络)实现案例

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代码位于keras的官方样例,并做了微量修改和大量学习?。

最终效果:

import keras
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

import random

from keras.callbacks import TensorBoard
from keras.datasets import mnist
from keras.models import Model
from keras.layers import Input, Flatten, Dense, Dropout, Lambda
from keras.optimizers import RMSprop
from keras import backend as K

num_classes = 10
epochs = 20

def euclidean_distance(vects):
x, y = vects
sum_square = K.sum(K.square(x - y), axis=1, keepdims=True)
return K.sqrt(K.maximum(sum_square, K.epsilon()))

def eucl_dist_output_shape(shapes):
shape1, shape2 = shapes
return (shape1[0], 1)

def contrastive_loss(y_true, y_pred):
‘’'Contrastive loss from Hadsell-et-al.‘06
http://yann.lecun.com/exdb/publis/pdf/hadsell-chopra-lecun-06.pdf
‘’’
margin = 1
sqaure_pred = K.square(y_pred)
margin_square = K.square(K.maximum(margin - y_pred, 0))
return K.mean(y_true * sqaure_pred + (1 - y_true) * margin_square)

def create_pairs(x, digit_indices):
‘’‘Positive and negative pair creation.
Alternates between positive and negative pairs.
‘’’
pairs = []
labels = []
n = min([len(digit_indices[d]) for d in range(num_classes)]) - 1
for d in range(num_classes):
for i in range(n):
z1, z2 = digit_indices[d][i], digit_indices[d][i + 1]
pairs += [[x[z1], x[z2]]]
inc = random.randrange(1, num_classes)
dn = (d + inc) % num_classes
z1, z2 = digit_indices[d][i], digit_indices[dn][i]
pairs += [[x[z1], x[z2]]]
labels += [1, 0]
return np.array(pairs), np.array(labels)

def create_base_network(input_shape):
‘’‘Base network to be shared (eq. to feature extraction).
‘’’
input = Input(shape=input_shape)
x = Flatten()(input)
x = Dense(128, activation=‘relu’)(x)
x = Dropout(0.1)(x)
x = Dense(128, activation=‘relu’)(x)
x = Dropout(0.1)(x)
x = Dense(128, activation=‘relu’)(x)
return Model(input, x)

def compute_accuracy(y_true, y_pred): # numpy上的操作
‘’‘Compute classification accuracy with a fixed threshold on distances.
‘’’
pred = y_pred.ravel() < 0.5
return np.mean(pred == y_true)

def accuracy(y_true, y_pred): # Tensor上的操作
‘’‘Compute classification accuracy with a fixed threshold on distances.
‘’’
return K.mean(K.equal(y_true, K.cast(y_pred < 0.5, y_true.dtype)))

def plot_train_history(history, train_metrics, val_metrics):
plt.plot(history.history.get(train_metrics), ‘-o’)
plt.plot(history.history.get(val_metrics), ‘-o’)
plt.ylabel(train_metrics)
plt.xlabel(‘Epochs’)
plt.legend([‘train’, ‘validation’])

the data, split between train and test sets

(x_train, y_train), (x_test, y_test) = mnist.load_data()
x_train = x_train.astype(‘float32’)
x_test = x_test.astype(‘float32’)
x_train /= 255
x_test /= 255
input_shape = x_train.shape[1:]

create training+test positive and negative pairs

digit_indices = [np.where(y_train == i)[0] for i in range(num_classes)]
tr_pairs, tr_y = create_pairs(x_train, digit_indices)

digit_indices = [np.where(y_test == i)[0] for i in range(num_classes)]
te_pairs, te_y = create_pairs(x_test, digit_indices)

network definition

base_network = create_base_network(input_shape)

input_a = Input(shape=input_shape)
input_b = Input(shape=input_shape)

because we re-use the same instance base_network,

the weights of the network

will be shared across the two branches

processed_a = base_network(input_a)
processed_b = base_network(input_b)

distance = Lambda(euclidean_distance,
output_shape=eucl_dist_output_shape)([processed_a, processed_b])

model = Model([input_a, input_b], distance)
keras.utils.plot_model(model,“siamModel.png”,show_shapes=True)
model.summary()

train

rms = RMSprop()
model.compile(loss=contrastive_loss, optimizer=rms, metrics=[accuracy])
history=model.fit([tr_pairs[:, 0], tr_pairs[:, 1]], tr_y,
batch_size=128,
epochs=epochs,verbose=2,
validation_data=([te_pairs[:, 0], te_pairs[:, 1]], te_y))

plt.figure(figsize=(8, 4))
plt.subplot(1, 2, 1)
plot_train_history(history, ‘loss’, ‘val_loss’)
plt.subplot(1, 2, 2)
plot_train_history(history, ‘accuracy’, ‘val_accuracy’)
plt.show()

compute final accuracy on training and test sets

y_pred = model.predict([tr_pairs[:, 0], tr_pairs[:, 1]])
tr_acc = compute_accuracy(tr_y, y_pred)
y_pred = model.predict([te_pairs[:, 0], te_pairs[:, 1]])
te_acc = compute_accuracy(te_y, y_pred)

print(’* Accuracy on training set: %0.2f%%’ % (100 * tr_acc))
print(’* Accuracy on test set: %0.2f%%’ % (100 * te_acc))

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