Keras中几个重要函数用法

转载自http://blog.csdn.net/u012969412/article/details/70882296，仅用作个人学习。

官方keras例子：http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/getting_started/sequential_model/

模块需导入包：

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1. from keras.models import Sequential  
2. from keras.layers import Dense, Dropout, Activation, Flatten  
3. from keras.layers.convolutional import Conv2D  
4. from keras.layers.pooling import MaxPooling2D  
5. from keras.layers import Embedding, LSTM  
6. from keras.utils import np_utils  
7. from keras.datasets import mnist  

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1.   

激活函数有如下几种类型可选：

softmax、elu、softplus、softsign、relu、tanh、sigmoid、hard_sigmoid、linear

1、Dense（全连接层）

官方链接：http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/layers/core_layer/

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1. keras.layers.core.Dense ( units, activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='glorot_uniform', bias_initializer='zeros', kernel_regularizer=None, bias_regularizer=None, activity_regularizer=None, kernel_constraint=None, bias_constraint=None  )  

units：大于0的整数，代表该层的输出维度。
activation：激活函数，为预定义的激活函数名（参考激活函数），或逐元素（element-wise）的Theano函数。如果不指定该参数，将不会使用任何激活函数（即使用线性激活函数：a(x)=x）
use_bias: 布尔值，是否使用偏置项
kernel_initializer：权值初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
bias_initializer：权值初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
kernel_regularizer：施加在权重上的正则项，为Regularizer对象
bias_regularizer：施加在偏置向量上的正则项，为Regularizer对象
activity_regularizer：施加在输出上的正则项，为Regularizer对象
kernel_constraints：施加在权重上的约束项，为Constraints对象
bias_constraints：施加在偏置上的约束项，为Constraints对象

input_dim:可以指定输入数据的维度

2、Conv2D （卷积层）

官方链接：http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/layers/convolutional_layer/

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1. keras.layers.convolutional.Conv2D(filters, kernel_size, strides=(1,1), padding='valid', data_format=None, dilation_rate=(1,1),activation=None, use_bias=True, kernel_initializer='glorot_uniform', bias_initializer='zeros', kernel_regularizer=None, bias_regularizer=None, activity_regularizer=None, kernel_constraint=None,bias_constraint=None, input_shape = (rows,cols,channels) )  

filters：卷积核的数目（即输出的维度）
kernel_size：单个整数或由两个整数构成的list/tuple，卷积核的宽度和长度。如为单个整数，则表示在各个空间维度的相同长度。
strides：单个整数或由两个整数构成的list/tuple，为卷积的步长。如为单个整数，则表示在各个空间维度的相同步长。任何不为1的strides均与任何不为1的dilation_rata均不兼容
padding：补0策略，为“valid”, “same” 。“valid”代表只进行有效的卷积，即对边界数据不处理。“same”代表保留边界处的卷积结果，通常会导致输出shape与输入shape相同。
activation：激活函数，为预定义的激活函数名（参考激活函数），或逐元素（element-wise）的Theano函数。如果不指定该参数，将不会使用任何激活函数（即使用线性激活函数：a(x)=x）
dilation_rate：单个整数或由两个个整数构成的list/tuple，指定dilated convolution中的膨胀比例。任何不为1的dilation_rata均与任何不为1的strides均不兼容。
data_format：字符串，“channels_first”或“channels_last”之一，代表图像的通道维的位置。该参数是Keras 1.x中的image_dim_ordering，“channels_last”对应原本的“tf”，“channels_first”对应原本的“th”。以128x128的RGB图像为例，“channels_first”应将数据组织为（3,128,128），而“channels_last”应将数据组织为（128,128,3）。该参数的默认值是~/.keras/keras.json中设置的值，若从未设置过，则为“channels_last”。
use_bias:布尔值，是否使用偏置项
kernel_initializer：权值初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
bias_initializer：权值初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
kernel_regularizer：施加在权重上的正则项，为Regularizer对象
bias_regularizer：施加在偏置向量上的正则项，为Regularizer对象
activity_regularizer：施加在输出上的正则项，为Regularizer对象
kernel_constraints：施加在权重上的约束项，为Constraints对象
bias_constraints：施加在偏置上的约束项，为Constraints对象

3、MaxPooling2D（池化层）

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1. keras.layers.pooling.MaxPooling2D( pool_size=(2, 2), strides=None, padding='valid', data_format=None )  

pool_size：整数或长为2的整数tuple，代表在两个方向（竖直，水平）上的下采样因子，如取（2，2）将使图片在两个维度上均变为原长的一半。为整数意为各个维度值相同且为该数字。
strides：整数或长为2的整数tuple，或者None，步长值。
padding：‘valid’或者‘same’
data_format：字符串，“channels_first”或“channels_last”之一，代表图像的通道维的位置。该参数是Keras 1.x中的image_dim_ordering，“channels_last”对应原本的“tf”，“channels_first”对应原本的“th”。以128x128的RGB图像为例，“channels_first”应将数据组织为（3,128,128），而“channels_last”应将数据组织为（128,128,3）。该参数的默认值是~/.keras/keras.json中设置的值，若从未设置过，则为“channels_last”。

4、Embedding（嵌入层）

官方链接：http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/layers/embedding_layer/

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1. keras.layers.embeddings.Embedding( input_dim, output_dim, embeddings_initializer='uniform', embeddings_regularizer=None, activity_regularizer=None, embeddings_constraint=None, mask_zero=False, input_length=None)  

作用：嵌入层将正整数（下标）转换为具有固定大小的向量，如[[4],[20]]->[[0.25,0.1],[0.6,-0.2]]。Embedding层只能作为模型的第一层。

input_dim：大或等于0的整数，字典长度，即输入数据最大下标+1，就是矩阵中的最大值
output_dim：大于0的整数，代表全连接嵌入的维度
embeddings_initializer: 嵌入矩阵的初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
embeddings_regularizer: 嵌入矩阵的正则项，为Regularizer对象
embeddings_constraint: 嵌入矩阵的约束项，为Constraints对象
mask_zero：布尔值，确定是否将输入中的‘0’看作是应该被忽略的‘填充’（padding）值，该参数在使用递归层处理变长输入时有用。设置为True的话，模型中后续的层必须都支持masking，否则会抛出异常。如果该值为True，则下标0在字典中不可用，input_dim应设置为|vocabulary| + 2。
input_length：当输入序列的长度固定时，该值为其长度。如果要在该层后接Flatten层，然后接Dense层，则必须指定该参数，否则Dense层的输出维度无法自动推断。

关于embeding作用的详细介绍：http://spaces.ac.cn/archives/4122/

比如说我的测试：[ batch，200 ]的训练数据 ，数据类型为int型 最大不超过4000。期望的输出为[ batch，32*200 ](其中32含义是每个int或者单词id转换成32维的词向量)。

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1. model.add( Embedding(input_dim=4000, output_dim=32,input_length=200) )  #生成中间矩阵大小为[batch,200,32]  
2. model.add( Flatten() )  

5、LSTM (长短时记忆)

官方链接：http://keras-cn.readthedocs.io/en/latest/layers/recurrent_layer/

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1. keras.layers.recurrent.LSTM(units, activation='tanh', recurrent_activation='hard_sigmoid', use_bias=True, kernel_initializer='glorot_uniform', recurrent_initializer='orthogonal', bias_initializer='zeros', unit_forget_bias=True, kernel_regularizer=None, recurrent_regularizer=None, bias_regularizer=None, activity_regularizer=None, kernel_constraint=None, recurrent_constraint=None, bias_constraint=None, dropout=0.0, recurrent_dropout=0.0)  

units：输出维度
activation：激活函数，为预定义的激活函数名（参考激活函数）
recurrent_activation: 为循环步施加的激活函数（参考激活函数）
use_bias: 布尔值，是否使用偏置项

return_sequences：=True时，返回（None,timesteps,output_dim）;=False时，返回（None，output_dim）

kernel_initializer：权值初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
recurrent_initializer：循环核的初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
bias_initializer：权值初始化方法，为预定义初始化方法名的字符串，或用于初始化权重的初始化器。参考initializers
kernel_regularizer：施加在权重上的正则项，为Regularizer对象
bias_regularizer：施加在偏置向量上的正则项，为Regularizer对象
recurrent_regularizer：施加在循环核上的正则项，为Regularizer对象
activity_regularizer：施加在输出上的正则项，为Regularizer对象
kernel_constraints：施加在权重上的约束项，为Constraints对象
recurrent_constraints：施加在循环核上的约束项，为Constraints对象
bias_constraints：施加在偏置上的约束项，为Constraints对象
dropout：0~1之间的浮点数，控制输入线性变换的神经元断开比例
recurrent_dropout：0~1之间的浮点数，控制循环状态的线性变换的神经元断开比例

9、compile（编译模型）

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1. model.compile(optimizer, loss, metrics=None, sample_weight_mode=None)  

编译用来配置模型的学习过程，其参数有
optimizer：字符串（预定义优化器名）或优化器对象，参考优化器 
loss：字符串（预定义损失函数名）或目标函数，参考损失函数
metrics：列表，包含评估模型在训练和测试时的网络性能的指标，典型用法是metrics=['accuracy']
sample_weight_mode：如果你需要按时间步为样本赋权（2D权矩阵），将该值设为“temporal”。默认为“None”，代表按样本赋权（1D权）。在下面fit函数的解释中有相关的参考内容。
kwargs：使用TensorFlow作为后端请忽略该参数，若使用Theano作为后端，kwargs的值将会传递给 K.function

如实例：

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1. model.compile( loss='categorical_crossentropy', optimizer='adam',metrics=['accuracy'] )  

10、fit

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1. fit(self, x, y, batch_size=32, epochs=10, verbose=1, callbacks=None, validation_split=0.0,validation_data=None, shuffle=True, class_weight=None, sample_weight=None, initial_epoch=0 )  

x：输入数据。如果模型只有一个输入，那么x的类型是numpy array，如果模型有多个输入，那么x的类型应当为list，list的元素是对应于各个输入的numpy array

y：标签，numpy array
batch_size：整数，指定进行梯度下降时每个batch包含的样本数。训练时一个batch的样本会被计算一次梯度下降，使目标函数优化一步。
epochs：整数，训练的轮数，每个epoch会把训练集轮一遍。
verbose：日志显示，0为不在标准输出流输出日志信息，1为输出进度条记录，2为每个epoch输出一行记录
callbacks：list，其中的元素是keras.callbacks.Callback的对象。这个list中的回调函数将会在训练过程中的适当时机被调用，参考回调函数
validation_split：0~1之间的浮点数，用来指定训练集的一定比例数据作为验证集。验证集将不参与训练，并在每个epoch结束后测试的模型的指标，如损失函数、精确度等。注意，validation_split的划分在shuffle之前，因此如果你的数据本身是有序的，需要先手工打乱再指定validation_split，否则可能会出现验证集样本不均匀。
validation_data：形式为（X，y）的tuple，是指定的验证集。此参数将覆盖validation_spilt。
shuffle：布尔值或字符串，一般为布尔值，表示是否在训练过程中随机打乱输入样本的顺序。若为字符串“batch”，则是用来处理HDF5数据的特殊情况，它将在batch内部将数据打乱。
class_weight：字典，将不同的类别映射为不同的权值，该参数用来在训练过程中调整损失函数（只能用于训练）

sample_weight：权值的numpy array，用于在训练时调整损失函数（仅用于训练）。可以传递一个1D的与样本等长的向量用于对样本进行1对1的加权，或者在面对时序数据时，传递一个的形式为（samples，sequence_length）的矩阵来为每个时间步上的样本赋不同的权。这种情况下请确定在编译模型时添加了sample_weight_mode='temporal'。

initial_epoch: 从该参数指定的epoch开始训练，在继续之前的训练时有用。