【TensorFlow2.0】以后我们再也离不开Keras了？

TensorFlow2.0 Alpha版已经发布，在2.0中最重要的API或者说到处都出现的API是谁，那无疑是Keras。因此用过2.0的人都会吐槽全世界都是Keras。今天我们就来说说Keras这个高级API。

 作者 | 汤兴旺

 编辑 | 汤兴旺

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1 Keras概述

在TensorFlow2.0中，Keras是一个用于构建和训练深度学习模型的高阶 API。因此如果你正在使用TensorFow2.0，那么使用Keras构建深度学习模型是您的不二选择。在Keras API中总共有如下三大块：

在Modules中有构建训练模型各种必备的组件，如**函数activations、损失函数losses、优化器optimizers等；在Class中有Sequential和Model两个类，它们用来堆叠模型；在Functions中有Input()函数，它用来实例化张量。

因此若您使用的深度学习框架是TensorFlow，而且是2.0版本，那么你就不可能不使用tensorflow.keras。这也就是使用过TensorFlow2.0版本的都在吐槽全世界都是Keras的原因。

2 Modules

通过上面的介绍，我们知道在Modules中有activations、losses、optimizers等构建训练模型时各种必备的组件。下图就是Modules中有所的模块。

下面我们详细说说里面最常见的几个模块应该如何使用。

1. 常用的数据集（datasets）

在TensorFlow2.0中，常用的数据集需要使用tf.keras.datasets来加载，在datasets中有如下数据集。

对于上图中的数据集我们可以像下面这样加载

(train_images,train_labels),(test_images,test_labels)= keras.datasets.fashion_mnist.load_data()

当然我们平时使用的数据集肯定不在于此，这些数据集都是些最基础的数据集。对于自己的数据如何读取，请期待我们下次的分享。

2. 神经网络层（Layers）

在构建深度学习网络模型时，我们需要定制各种各样的层结构。这时候就要用到layers了，下图是TensorFlow2.0中部分层，它们都是Layer的子类。

那么我们如何使用layer来构建模型呢？方法如下：

from tensorflow.keras import layers

layers.Conv2D()

layers.MaxPool2D()

layers.Flatten()

layers.Dense()

3. **函数（activations）

在构建深度学习网络时，我们经常需要选择**函数来使网络的表达能力更强。下面将介绍TensorFlow2.0中的**函数及它们应该在TensorFlow2.0中该如何使用。下图是TensorFlow2.0中部分**函数：

from tensorflow.keras import layers

layers.Conv2D(...,activation='relu')

layers.Dense(...,activation='softmax'）

4. 优化器（Optimizers）

通常当我们准备好数据，设计好模型后，我们就需要选择一个合适的优化器（Optimizers）对模型进行优化。下面将介绍TensorFlow2.0中的优化器及他们应该在TensorFlow2.0中该如何使用。下图是TensorFlow2.0中所有的优化器，它们都是Optimizer的子类。

对于优化器的使用你可以像下面这样使用：

optimizers = tf.keras.optimizers.Adam()

optimizers = tf.keras.optimizers.SGD()

...

5.损失函数（Loss function）

我们知道当我们设计好模型时我们需要优化模型，所谓的优化就是优化网络权值使损失函数值变小，但是损失函数变小是否能代表精度越高呢？那么多的损失函数，我们又该如何选择呢？接下来我们了解下在TensorFlow2.0中如何使用损失函数。下图是TensorFlow2.0中所有的损失函数，它们都是Loss的子类。

对于损失函数的使用你可以像下面这样使用：

loss = tf.keras.losses.SparseCategoricalCrossentropy()

loss = tf.keras.losses.mean_squared_error()

...

3 Class

在Class中有Sequential和Model两个类，它们分别是用来堆叠网络层和把堆叠好的层实例化可以训练的模型。

1. Model

对于实例化Model有下面两种方法

(1).使用keras.Model API

import tensorflow as tf
inputs = tf.keras.Input(shape=(3,))
x=tf.keras.layers.Dense(4,activation=tf.nn.relu(inputs)
outputs=tf.keras.layers.Dense(5, activation=tf.nn.softmax)(x)
model=tf.keras.Model(inputs=inputs, outputs=outputs)

(2).继承Model类

import tensorflow as tf
class MyModel(tf.keras.Model):
  def __init__(self):
    super(MyModel, self).__init__()
    self.dense1 = tf.keras.layers.Dense(4, activation=tf.nn.relu)
    self.dense2 = tf.keras.layers.Dense(5, activation=tf.nn.softmax)
  def call(self, inputs):
    x = self.dense1(inputs)
    return self.dense2(x)
model = MyModel()

2. Sequential

在TensorFlow2.0中，我们可以使用Sequential模型。具体方式如下：

model = keras.Sequential()

model = model.add(layers.Conv2D(input_shape=(x_train.shape[1], x_train.shape[2],x_train.shape[3]),filters=32,kernel_size=(3,3), strides=(1,1), padding='valid',activation='relu'))

model.add(layers.MaxPool2D(pool_size=(2,2)))

model.add(layers.Flatten())model.add(layers.Dense(32,activation='relu'))

model.add(layers.Dense(10, activation='softmax'))

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

4 Functions

在Functions中，有一个Input函数，其用来实例化Keras张量。对于Input函数，它有如下参数

tf.keras.Input(
    shape=None,
    batch_size=None,
    name=None,
    dtype=None,
    sparse=False,
    tensor=None,
    **kwargs
)

具体方法如下：

x = Input(shape=(32,))
y = Dense(16, activation='softmax')(x)
model = Model(x, y)

5 简单的图像分类模型实例

#1导入相应的API

import tensorflow as tf

from tensorflow import keras

from tensorflow.keras import layers

#2加载数据

(train_images,train_labels),(test_images,test_labels)= keras.datasets.fashion_mnist.load_data()

#3构建网络

model = keras.Sequential()

model = model.add(layers.Conv2D(input_shape=(x_train.shape[1], x_train.shape[2],x_train.shape[3]),filters=32,kernel_size=(3,3), strides=(1,1), padding='valid',activation='relu'))

model.add(layers.MaxPool2D(pool_size=(2,2)))

model.add(layers.Flatten())model.add(layers.Dense(32,activation='relu'))

model.add(layers.Dense(10, activation='softmax'))

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

#4模型显示

model.summary()

#5模型训练

model_train=model.fit(x_train, y_train, batch_size=64, epochs=5, validation_split=0.1)

总结

在本讲中，我们简单的了解了TensorFlow2.0中高级API Keras是如何使用的，我们可以看到Keras真的是无处不在，如果你想学好TensorFlow2.0，那么你必须掌握好Kears。

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